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          √ HART 診斷              √ 在現(xiàn)有的HART設(shè)備上添加無線功能

          √ 診斷應(yīng)用的障礙         √ 無線技術(shù)的優(yōu)勢

          √ 無線方式

概述

    在大多數(shù)過程工廠的操作過程中，都有富有價值的診斷信息被“擱淺”在儀器當(dāng)中，雖然這些信息可以用來幫助對業(yè)務(wù)進行改善，卻無法加以利用。 

    這些診斷信息來自于應(yīng)用HART通信技術(shù)的儀器設(shè)備當(dāng)中。 HART技術(shù)是過程操作儀器中使用最為廣泛的通信協(xié)議， 自從上世紀(jì)80年代晚期引入以來， 已經(jīng)有超過兩千萬臺設(shè)備被安裝使用。 

    考慮到HART設(shè)備所帶來的潛在利益，它的廣泛使用并不令人驚訝。 這些利益包括： 

    同現(xiàn)有的4-20mA配線相兼容

    安裝、組態(tài)和調(diào)試更加方便

    可靠性和工作性能的提高

    在線設(shè)備的診斷

    前面的三種利益很容易得到認(rèn)可并加以利用。 但是診斷功能是一種隱藏的能力，常常處于擱置不用的狀態(tài)。 在實際情形中， 工廠常常會忘記診斷功能所帶來的機會：降低維護成本，改善設(shè)備性能。 

    本文將討論基于HART技術(shù)的診斷功能， 為何許多工廠不能利用這種功能的原因，以及如何應(yīng)用無線技術(shù)除掉應(yīng)用障礙等內(nèi)容。

HART 診斷

    任何設(shè)備的故障或者性能降低，都會對安全、環(huán)境或財務(wù)方面帶來負(fù)面的沖擊。 診斷功能可以幫助您探測甚至預(yù)測此類故障，從而減少停工時間，降低反應(yīng)性維護的費用。 

    在最簡單的HART診斷形式中，基本的報警功能例如高/低限位報警或者閥門的行程偏差報警都是具備的。 

    如上圖所示的控制閥，HART診斷提供儀器設(shè)備的健康狀況評估功能。 

    I在HART設(shè)備最高級的形式中， 儀表的診斷功能會利用來自于傳感器、儀器以及周圍的環(huán)境的數(shù)據(jù)，以實時方式提供關(guān)于過程和設(shè)備的健康狀況及工作性能的詳細(xì)信息。 

    例如，某些先進的診斷功能可以探測壓力變送器中引壓管堵塞的狀況，或鑒別控制閥組件中的動力油缸內(nèi)活塞環(huán)泄漏的情況。 

    對有定期維修要求的儀器或者對裝置至關(guān)重要的“關(guān)鍵過程”設(shè)備而言，此類診斷功能特別具有應(yīng)用價值。 

    那么，既然診斷功能如此有用，而且大多數(shù)儀器都能夠?qū)⒃\斷信息通過HART設(shè)備進行傳遞，為什么所有的工廠都將它束之高閣呢？ 

使用HART診斷功能的障礙

    據(jù)HART通信基金會執(zhí)行董事 Ron Helson所言，“到目前為止在全世界安裝的兩千多萬臺HART設(shè)備當(dāng)中，僅有10％的設(shè)備能夠完全發(fā)揮它們的診斷能力”。 

    相對而言，只有很少的HART設(shè)備實際通過HART網(wǎng)絡(luò)來傳遞診斷信息。而訪問診斷信息仍然具有的障礙， 意味著這些信息依然被“擱淺”在設(shè)備當(dāng)中。 

    由于有些老式的控制系統(tǒng)不支持?jǐn)?shù)字HART通信，有兩千萬已經(jīng)安裝使用的HART設(shè)備所產(chǎn)生的診斷信息處于“擱淺”狀態(tài)。 

    通常情況下，最大的障礙來自于老舊過時的控制系統(tǒng)，因為這些系統(tǒng)無法完全支持HART通信。 有許多仍然擁有此類控制系統(tǒng)的工廠設(shè)施，成功利用HART多路轉(zhuǎn)換器、濾波器以及輸入輸出卡等將診斷信息傳遞給在線資產(chǎn)管理應(yīng)用系統(tǒng)。 但是其它工廠難以應(yīng)用這些有線方案來達到訪問診斷信息的目的，這是因為存在下列制約因素：

    機房空間有限；

    對添加新設(shè)備須打破原有線路存在擔(dān)心；

    資金不足以支持購買所需的硬件設(shè)備。

    如果不具備能夠?qū)ART數(shù)據(jù)傳遞到控制室所需要的基礎(chǔ)設(shè)施，獲取診斷信息的唯一方法就是用戶不得不親自到現(xiàn)場去一趟。 利用手提電腦或者HART現(xiàn)場通信裝置， 跟控制閥件或者傳感器進行實質(zhì)性連接。 

    然而這種直接訪問的方式仍有缺點。 在危險區(qū)域工作，需要獲取工作許可或者須特別著裝。 許可、程序、運輸?shù)臅r間等等都會增加獲取信息的費用。 

    現(xiàn)在有一種更加簡便的方法可以獲取HART診斷功能帶來的好處。 

無線方式

    我們已經(jīng)知道，訪問診斷信息的困難使有些工廠不得不讓這些有用的信息擱淺在他們的HART設(shè)備當(dāng)中，從而失去這些信息可以帶來的好處。 

    我們的解決方案是，使用無線技術(shù)，創(chuàng)建一個單獨的HART數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 這個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)只用于HART通信和診斷數(shù)據(jù)的傳輸，與控制無關(guān)。 過程控制仍然交給有線方式的4-20mA模擬信號來完成。 

    創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的過程，從安裝一個工業(yè)化的無線收發(fā)裝置開始。這個裝置稱作無線升級模件，被安裝在已有的HART現(xiàn)場設(shè)備，例如傳感器和閥件上面。 

    無線升級模件包括無線發(fā)送器、無線接收器、微處理器以及天線裝置，以插裝的方式跟一個標(biāo)準(zhǔn)的電氣通道入口連接。 它跟有線回路相連接，并訪問HART數(shù)據(jù)，但是并不影響模擬控制信號。 

    無線設(shè)備彼此之間進行通話，形成一個自組織網(wǎng)絡(luò)。 如果網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點發(fā)生故障，通信就通過其它節(jié)點繼續(xù)進行。HART數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)，達到網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 網(wǎng)關(guān)是一種類似于有線多路轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，它將來自于所有設(shè)備的數(shù)據(jù)集中到一起，送到一個中央位置，在這里您可以使用資產(chǎn)管理軟件來訪問診斷信息。 

    為每臺設(shè)備加裝無線模件，可以將診斷功能加以啟用。模件相互之間進行通信形成自組織網(wǎng)絡(luò)。用于診斷目的的無線HART網(wǎng)絡(luò)可以與用于控制目的的有線模擬網(wǎng)絡(luò)共同存在。 

為現(xiàn)有的HART設(shè)備添加無線功能

    將現(xiàn)有的儀器升級到無線網(wǎng)絡(luò)中，有兩條基本的原則。 

    獲取HART診斷數(shù)據(jù)的設(shè)備須同HART兼容。 

    無線網(wǎng)絡(luò)中的每臺設(shè)備必須處于至少一臺其它設(shè)備或者網(wǎng)關(guān)的發(fā)送接受范圍之內(nèi)。 

    一旦有合適的儀器被選用為無線網(wǎng)絡(luò)的一部分，無線升級模塊（包含無線收發(fā)裝置）則必須連接到各臺設(shè)備上去。通常情況下，由于連接的需要，在將來自于升級模塊的引線連接到設(shè)備的接線槽中去的期間，設(shè)備將暫時中止工作。連接之后模塊就可以將HART數(shù)據(jù)直接從設(shè)備中進行“剝離”。 

    各臺設(shè)備通電工作之后，自組織網(wǎng)絡(luò)也就開始成形了。每臺新安裝到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都開始確定臨近設(shè)備的位置，并通過他們跟網(wǎng)關(guān)之間進行通信，從而接入電腦，通過資產(chǎn)管理軟件進行工作。對于軟件來說，這些數(shù)據(jù)好像來自于多路轉(zhuǎn)換器一樣。 

    此時，診斷信息不再處于擱淺狀態(tài)。操作人員，技術(shù)人員以及其他需要利用信息對設(shè)備的健康狀況或狀態(tài)之改變進行監(jiān)測和評估的人員均可以方便地訪問這些信息。 

無線方案的優(yōu)勢

    利用單獨的無線網(wǎng)絡(luò)來獲得HART診斷功能可以帶來幾種好處： 

    可避免改裝有線網(wǎng)絡(luò)以提取HART數(shù)據(jù)所帶來的成本問題和潛在的困難。 

    無線網(wǎng)絡(luò)同已有的線路、接線盒以及接線板等等分開設(shè)置，這就意味著用戶無需安裝多路轉(zhuǎn)換器并重新布線。由于原有線路的接線板無需觸及，安裝風(fēng)險因此減少了。事實上，用戶需要擔(dān)心的所有問題，僅僅是將每臺無線設(shè)備置于其它設(shè)備的覆蓋范圍之內(nèi)而已。  

    挑選希望置入網(wǎng)絡(luò)中的儀器設(shè)備很容易。 

    用戶可以將整個網(wǎng)絡(luò)建立在現(xiàn)有的HART儀表之上，從一套較小的關(guān)鍵儀表開始，并在利益（及預(yù)算）有所增長時添加新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。 

    通常情況下，過程設(shè)備總會同各種閥件和傳感器相伴而存在，因此要為關(guān)鍵設(shè)備創(chuàng)建一個小型網(wǎng)絡(luò)是很容易的。 

    向網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)添加的設(shè)備愈多，系統(tǒng)也就愈加完善可靠。這是由于隨著節(jié)點的增加，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂揭苍黾恿恕?nbsp;

    對于由于無線節(jié)點，網(wǎng)關(guān)以及資產(chǎn)管理軟件而帶來的成本增加，通過HART設(shè)備診斷數(shù)據(jù)的使用，過程性能的改善，以及無需親臨現(xiàn)場考察即可做出適當(dāng)?shù)木S護決定而帶來的好處， 即可加以彌補。 

總結(jié)

    無線技術(shù)帶來了這種獲取診斷價值的方便可行的方法，否則這些診斷信息就會被滯留在安裝于各工廠內(nèi)的上百萬臺HART設(shè)備中。

    需要注意的是：

    儀表診斷常常是沒有被利用到的HART技術(shù)優(yōu)勢。

    對于老式的控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)接線網(wǎng)絡(luò)來說，要想獲得這些診斷數(shù)據(jù)是困難的事，而且可能需要額外的成本。

    通過在現(xiàn)有HART設(shè)備上增加無線模塊，能夠方便地建立一個獨立的無線HART數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以獲得診斷信息。

    這個網(wǎng)絡(luò)可以從一小部分重要的設(shè)備開始逐步增加節(jié)點， 其價值也將隨之增長。