√ HART 診斷              √ 在現有的HART設備上添加無線功能

          √ 診斷應用的障礙         √ 無線技術的優勢

          √ 無線方式

概述

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

    這些診斷信息來自于應用HART通信技術的儀器設備當中。 HART技術是過程操作儀器中使用最為廣泛的通信協議， 自從上世紀80年代晚期引入以來， 已經有超過兩千萬臺設備被安裝使用。 

    考慮到HART設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： 

    同現有的4-20mA配線相兼容

    安裝、組態和調試更加方便

    可靠性和工作性能的提高

    在線設備的診斷

    前面的三種利益很容易得到認可并加以利用。 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。 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，改善設備性能。 

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

HART 診斷

    任何設備的故障或者性能降低，都會對安全、環境或財務方面帶來負面的沖擊。 診斷功能可以幫助您探測甚至預測此類故障，從而減少停工時間，降低反應性維護的費用。 

    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診斷提供儀器設備的健康狀況評估功能。 

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

    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活塞環泄漏的情況。 

    對有定期維修要求的儀器或者對裝置至關重要的“關鍵過程”設備而言，此類診斷功能特別具有應用價值。 

    那么，既然診斷功能如此有用，而且大多數儀器都能夠將診斷信息通過HART設備進行傳遞，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HART通信基金會執行董事 Ron Helson所言，“到目前為止在全世界安裝的兩千多萬臺HART設備當中，僅有10％的設備能夠完全發揮它們的診斷能力”。 

    相對而言，只有很少的HART設備實際通過HART網絡來傳遞診斷信息。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”在設備當中。 

    由于有些老式的控制系統不支持數字HART通信，有兩千萬已經安裝使用的HART設備所產生的診斷信息處于“擱淺”狀態。 

    通常情況下，最大的障礙來自于老舊過時的控制系統，因為這些系統無法完全支持HART通信。 有許多仍然擁有此類控制系統的工廠設施，成功利用HART多路轉換器、濾波器以及輸入輸出卡等將診斷信息傳遞給在線資產管理應用系統。 但是其它工廠難以應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；

    對添加新設備須打破原有線路存在擔心；

    資金不足以支持購買所需的硬件設備。

    如果不具備能夠將HART數據傳遞到控制室所需要的基礎設施，獲取診斷信息的唯一方法就是用戶不得不親自到現場去一趟。 利用手提電腦或者HART現場通信裝置， 跟控制閥件或者傳感器進行實質性連接。 

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

    現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設備當中，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，創建一個單獨的HART數據網絡。 這個數據網絡只用于HART通信和診斷數據的傳輸，與控制無關。 過程控制仍然交給有線方式的4-20mA模擬信號來完成。 

    創建網絡的過程，從安裝一個工業化的無線收發裝置開始。這個裝置稱作無線升級模件，被安裝在已有的HART現場設備，例如傳感器和閥件上面。 

    無線升級模件包括無線發送器、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準的電氣通道入口連接。 它跟有線回路相連接，并訪問HART數據，但是并不影響模擬控制信號。 

    無線設備彼此之間進行通話，形成一個自組織網絡。 如果網絡中的某個節點發生故障，通信就通過其它節點繼續進行。HART數據通過網絡，達到網關設備。 網關是一種類似于有線多路轉換器的設備，它將來自于所有設備的數據集中到一起，送到一個中央位置，在這里您可以使用資產管理軟件來訪問診斷信息。 

    為每臺設備加裝無線模件，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絡。用于診斷目的的無線HART網絡可以與用于控制目的的有線模擬網絡共同存在。 

為現有的HART設備添加無線功能

    將現有的儀器升級到無線網絡中，有兩條基本的原則。 

    獲取HART診斷數據的設備須同HART兼容。 

    無線網絡中的每臺設備必須處于至少一臺其它設備或者網關的發送接受范圍之內。 

    一旦有合適的儀器被選用為無線網絡的一部分，無線升級模塊（包含無線收發裝置）則必須連接到各臺設備上去。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備的接線槽中去的期間，設備將暫時中止工作。連接之后模塊就可以將HART數據直接從設備中進行“剝離”。 

    各臺設備通電工作之后，自組織網絡也就開始成形了。每臺新安裝到網絡中的設備都開始確定臨近設備的位置，并通過他們跟網關之間進行通信，從而接入電腦，通過資產管理軟件進行工作。對于軟件來說，這些數據好像來自于多路轉換器一樣。 

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

無線方案的優勢

    利用單獨的無線網絡來獲得HART診斷功能可以帶來幾種好處： 

    可避免改裝有線網絡以提取HART數據所帶來的成本問題和潛在的困難。 

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

    挑選希望置入網絡中的儀器設備很容易。 

    用戶可以將整個網絡建立在現有的HART儀表之上，從一套較小的關鍵儀表開始，并在利益（及預算）有所增長時添加新的網絡節點。 

    通常情況下，過程設備總會同各種閥件和傳感器相伴而存在，因此要為關鍵設備創建一個小型網絡是很容易的。 

    向網狀網絡添加的設備愈多，系統也就愈加完善可靠。這是由于隨著節點的增加，數據傳輸的路徑也增加了。 

    對于由于無線節點，網關以及資產管理軟件而帶來的成本增加，通過HART設備診斷數據的使用，過程性能的改善，以及無需親臨現場考察即可做出適當的維護決定而帶來的好處， 即可加以彌補。 

總結

    無線技術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的上百萬臺HART設備中。

    需要注意的是：

    儀表診斷常常是沒有被利用到的HART技術優勢。

    對于老式的控制系統和傳統接線網絡來說，要想獲得這些診斷數據是困難的事，而且可能需要額外的成本。

    通過在現有HART設備上增加無線模塊，能夠方便地建立一個獨立的無線HART數據網絡以獲得診斷信息。

    這個網絡可以從一小部分重要的設備開始逐步增加節點， 其價值也將隨之增長。