孔倩倩

(中石化川氣東送天然氣管道有限公司，武漢 430040)

AMS系統(tǒng)在工業(yè)HART儀表維護中的應用

孔倩倩

(中石化川氣東送天然氣管道有限公司，武漢 430040)

分析了AMS系統(tǒng)在HART智能儀表管理與維護中的4種解決方案，以某大型煉油化工企業(yè)常減壓裝置為例，闡述了基于多路轉(zhuǎn)換器的工廠信息網(wǎng)結(jié)構(gòu)，給出了針對HART協(xié)議的AMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置和C/S模式組態(tài)，分析了項目實施過程中的難點和重點，列出了AMS系統(tǒng)實施傳統(tǒng)儀表維護的優(yōu)勢。

AMS系統(tǒng) HART儀表 網(wǎng)絡(luò)配置 C/S模式組態(tài)

HART協(xié)議基于傳統(tǒng)4～20mA模擬量傳輸?shù)脑O(shè)計，具有穩(wěn)定性好、雙向通信等優(yōu)勢，被工業(yè)自動化領(lǐng)域廣泛應用[1]。Emerson公司在智能設(shè)備管理領(lǐng)域的AMS系統(tǒng)軟件緊密貼近HART技術(shù)的發(fā)展，有機地將它納入產(chǎn)品的設(shè)計體系，為企業(yè)的儀表設(shè)備維護提供了有力工具[2，3]。AMS系統(tǒng)憑借先進的設(shè)計理念、簡明的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和強大的設(shè)備管理功能，依托與DeltaV DCS的有機結(jié)合，可高效管理DCS通信卡件中的HART智能儀表等設(shè)備；同時，依托成熟的TCP/IP、485通信協(xié)議和光電轉(zhuǎn)換模塊，AMS系統(tǒng)有機地實現(xiàn)了對第三方系統(tǒng)中的智能設(shè)備的組態(tài)、校準、報警和報表管理，極大地提高了儀表工程師進行儀表維護與診斷的效率。

1 HART網(wǎng)絡(luò)方案

在AMS系統(tǒng)的工程實施前期，需要對工廠的儀表分布和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行全面分析，以便于具體方案的確定和軟硬件的配置。按照HART儀表接入工廠信息網(wǎng)的硬件鏈路方式，可將AMS系統(tǒng)中涉及到的HART網(wǎng)絡(luò)拓撲類型分為以下4類。

1.1DeltaV卡件

如圖1中的虛線框1所示，AMS系統(tǒng)中的服務(wù)器與客戶端是作為DCS中的節(jié)點而存在的，由于DeltaV系統(tǒng)主副控制網(wǎng)絡(luò)中各站與控制器中的數(shù)據(jù)通過OPC協(xié)議實現(xiàn)實時更新，而控制器及其總線底板下的各模塊量卡件均支持HART協(xié)議，故可直接讀取HART儀表，并分離出HART信號作為獨立數(shù)據(jù)傳送到AMS系統(tǒng)服務(wù)器中參與設(shè)備維護。因此，AMS系統(tǒng)服務(wù)器可依托于DeltaV系統(tǒng)的工廠主副控制網(wǎng)直接讀取DCS中的HART智能儀表，并提供給客戶端相關(guān)服務(wù)功能參與維護。

1.2多路轉(zhuǎn)換器

如圖1中的虛線框4所示，由于工藝要求現(xiàn)場存在多套生產(chǎn)裝置，因而會有多套控制系統(tǒng)或安全系統(tǒng)并存的情況，而每套系統(tǒng)中均有大量HART儀表需要進行維護管理，非DeltaV系統(tǒng)中的智能儀表由于無法直接連入DeltaV控制網(wǎng)絡(luò)進入AMS系統(tǒng)服務(wù)器，而需要借助獨立的多路轉(zhuǎn)換器對儀表設(shè)備中的HART信號與傳統(tǒng)模擬量信號進行分離和采集，將模擬量信號接入原有控制系統(tǒng)，而將HART信號轉(zhuǎn)為485雙工信號后經(jīng)485/Ethernet轉(zhuǎn)換器并聯(lián)入工廠信息網(wǎng)通過光電和電光轉(zhuǎn)換實現(xiàn)遠距離傳輸，最終通過TCP/IP協(xié)議接入AMS系統(tǒng)，工程師可以通過AMS系統(tǒng)將相應的維護與組態(tài)指令下傳進入每個多路轉(zhuǎn)換器尋址的相應HART設(shè)備，從而實現(xiàn)通過AMS系統(tǒng)服務(wù)器對第三方系統(tǒng)的智能設(shè)備進行維護和監(jiān)控的目標。

1.3HART Modem

如圖1中的虛線框2所示，此情形可作為多路轉(zhuǎn)換器的替代解決方案，即來自第三方系統(tǒng)中的HART智能儀表由于無法直接通過DeltaV控制網(wǎng)絡(luò)，而需要額外的HART分離與提取硬件并傳輸進入AMS系統(tǒng)服務(wù)器；但走的網(wǎng)絡(luò)鏈路是截然不同，現(xiàn)場HART儀表首先接入HART Mod-em，而后轉(zhuǎn)換為USB串口信號接入服務(wù)器的串口通信接口上，AMS系統(tǒng)服務(wù)器則通過配置相應的HART Modem網(wǎng)絡(luò)參數(shù)讀取儀表信息。

圖1 AMS系統(tǒng)管理HART儀表設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓撲

此類型方案的缺點之一是為了避免影響輪詢時間而建議HART Modem所連接的儀表數(shù)目不宜超過16臺；缺點之二則是由于直接利用了HART Modem輸出的USB信號而影響了其實際工業(yè)應用的可行性。因此，這種類型的方案大多用于在現(xiàn)場進行儀表的通信調(diào)試和網(wǎng)絡(luò)診斷階段的工具。

1.4無線網(wǎng)關(guān)

如圖1中的虛線框3所示，工業(yè)現(xiàn)場增補或是非關(guān)鍵區(qū)域在施工階段，考慮到工程成本造價和維護成本，會考慮選購無線HART儀表，它本身只是現(xiàn)場監(jiān)測而非重要數(shù)據(jù)，但儀表的維護與監(jiān)控數(shù)據(jù)對AMS系統(tǒng)同樣重要，因此，需要借助合理分布的無線網(wǎng)關(guān)蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取到分散四處的智能儀表，然后借助TCP/IP協(xié)議進入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，通過這一拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)HART信號的提取與傳輸，從而實現(xiàn)通過AMS系統(tǒng)服務(wù)器對它們進行維護與監(jiān)控的目的。

2 AMS系統(tǒng)方案實施

上述4種方案，以多路轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)的AMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲在實施過程中因其集成速度快、工程成本低及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好等優(yōu)點而在工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛認可和應用。某大型化工企業(yè)的常減壓裝置分為DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)，其中DCS系統(tǒng)采用DeltaV集散控制系統(tǒng)，而SIS和ITCC則采用北京康吉森的Tricon安全系統(tǒng)，同時在原料罐區(qū)安裝了大量先進的Rosemont無線智能儀表。AMS系統(tǒng)實施過程中也采用了基于多路轉(zhuǎn)換器的方案。

2.1網(wǎng)絡(luò)配置

如圖2所示，該常減壓裝置中來自SIS系統(tǒng)的HART智能儀表的4～20mA模擬量信號直接接入相應系統(tǒng)的模塊量卡件，因此增加了相應的多路轉(zhuǎn)換器來進行4～20mA模擬量信號與HART信號的分離，而分離出的HART則通過多路轉(zhuǎn)換器輸出485雙工信號，而后經(jīng)過485轉(zhuǎn)Ethernet轉(zhuǎn)換器連接至工廠信息網(wǎng)，中間經(jīng)過光纖延長通信距離，連接至位于中央控制室的AMS系統(tǒng)服務(wù)器，通過服務(wù)器內(nèi)配置的虛擬串口取得智能儀表的HART信號。

圖2 常減壓裝置AMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

AMS系統(tǒng)獲取多路轉(zhuǎn)換器下的HART智能儀表信號的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)通信的硬件選型與設(shè)置。本裝置中，多路轉(zhuǎn)換器選用HIDMux2700，屬于24V機柜軌道式安裝；而485/Ethernet轉(zhuǎn)換器選用NPortIA5150AI，同樣屬于24V機柜軌道式安裝，且具有浪涌保護。

按圖3中的參數(shù)表通過撥碼開關(guān)對HID-Mux2700進行設(shè)置，通過MOXA的配置軟件NPort Administrator按照圖4中的參數(shù)對485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器進行掃描和設(shè)置，首先通過掃描查到默認IP地址的485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，然后利用COM MAPPING選項來對NPortIA5150AI的IP地址和串口通信參數(shù)進行修改，并同步將參數(shù)燒制到轉(zhuǎn)換器物理固件中。在完成對轉(zhuǎn)換器的設(shè)置后，表明從AMS系統(tǒng)服務(wù)器到多路轉(zhuǎn)換器的物理層已連通。接下來可以通過服務(wù)器的設(shè)置，直接讀到轉(zhuǎn)換器下的智能儀表。

圖3 HIDMux2700參數(shù)

圖4 NPortIA5150AI參數(shù)

2.2C/S配置

AMS系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式的工作機制，所安裝AMS系統(tǒng)軟件版本為V11.1.1c，對應的操作系統(tǒng)為Window Server 2008 SP2和Windows 7 SP1。對于AMS系統(tǒng)服務(wù)器的設(shè)置如圖5所示，AMS系統(tǒng)客戶端的設(shè)置如圖6所示。為了保證工廠信息網(wǎng)各節(jié)點通信正常，設(shè)置AMS系統(tǒng)服務(wù)器與客戶端的IP分別為172.24.64.222與172.24.16.21。需注意的是，首先要安裝設(shè)置好服務(wù)器，并對服務(wù)器進行授權(quán)認證，之后在客戶端側(cè)必須保證它與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)Ping通后才可以加入AMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。如果作為DeltaV的節(jié)點工作，還需要對AMS系統(tǒng)各節(jié)點進行下載，以同步網(wǎng)絡(luò)信息。

圖5 AMS系統(tǒng)服務(wù)器參數(shù)設(shè)置

圖6 AMS系統(tǒng)客戶端參數(shù)設(shè)置

如圖7所示，需要在AMS系統(tǒng)服務(wù)器上對多路轉(zhuǎn)換器進行再次設(shè)置，包括HART多路轉(zhuǎn)換器的掃描地址范圍等，以確保AMS系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與機柜內(nèi)部多路轉(zhuǎn)換器的硬件設(shè)置保持一致，從而使AMS系統(tǒng)服務(wù)器能夠通過485尋址建立與多路轉(zhuǎn)換器的通信。通過對多路轉(zhuǎn)換器的485尋址范圍進行設(shè)置，可確定從AMS系統(tǒng)讀取到的儀表數(shù)量。在AMS系統(tǒng)過程中很重要的一個設(shè)置是關(guān)于多路轉(zhuǎn)換器的主從模式，由于AMS系統(tǒng)通過多路轉(zhuǎn)換器從第三方系統(tǒng)中將儀表的HART信號分離并傳輸，故應將原控制系統(tǒng)作為主系統(tǒng)，而將AMS系統(tǒng)作為從系統(tǒng)來處理。在以上配置與調(diào)試后，表明從現(xiàn)場儀表到服務(wù)器的整個物理網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滿足軟件調(diào)試的必要條件，接下來通過AMS系統(tǒng)軟件進行組態(tài)與設(shè)置。

圖7 AMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置界面

當完成圖7所示的網(wǎng)絡(luò)配置后，會在AMS系統(tǒng)中出現(xiàn)Multiplexer Network的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，此時執(zhí)行“Rebuild Hierarchy”時，AMS系統(tǒng)會按照圖示參數(shù)進行HART網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與輪詢確認。圖8所示為MOXA轉(zhuǎn)換器下僅連接一塊多路轉(zhuǎn)換器時的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行”Scan all devices”命令輪詢包括HIDMux 2700和所有HART智能儀表的HART信息并同步到AMS系統(tǒng)中。由圖8可以看到，此時可以對任一儀表設(shè)備進行監(jiān)控、組態(tài)、診斷及仿真等。依次完成其他多路轉(zhuǎn)換器下所有儀表的接線與掃描，即可將現(xiàn)場所有HART智能儀表收入AMS系統(tǒng)，建立相應AMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并進行優(yōu)化整理，建立起相應的報警機制，即可實時進行儀表設(shè)備的監(jiān)控和維護。

圖8 AMS系統(tǒng)服務(wù)器工作界面

3 結(jié)束語

相對于傳統(tǒng)手操器設(shè)置和其他3種AMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實施方案，基于多路轉(zhuǎn)換器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靈活地將任一支持HART協(xié)議的設(shè)備接入AMS系統(tǒng)，極大地提高了工廠信息化管理水平，將儀表工程師從繁瑣的現(xiàn)場組態(tài)與調(diào)試工作中解放出來。AMS系統(tǒng)的實施因為借助工廠信息網(wǎng)而使得規(guī)模不受限制，可在項目任何階段進行而不影響正常生產(chǎn)。

[1] 劉龍龍.HART多路復用器研究及其硬件系統(tǒng)設(shè)計[D].上海:華東理工大學,2014.

[2] 謝碧蓉,向賢兵,高倩霞,等.AMS系統(tǒng)智能設(shè)備管理系統(tǒng)的應用[J].重慶電力高等?？茖W校學報,2013,18(6):59～62.

[3] 陳西杰,許明姝.AMS系統(tǒng)簡介及電站應用實例[J].自動化博覽,2001,18(2):11～12.

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system were introduced. The load tester consists of downhole data acquisition system and ground data playback system and when the underground test is finished, testing mechanical short with column is salvaged from the well. Through the ground data playback analysis system, the load data of the oil-well pipe string packer can be reached. Indoor testing shows that, this system can achieve the targets expected and the scheme feasibility is verified.

Keywordspipe string load tester of oil well packer, stain-testing technique, load detection

AMSApplicationinHARTInstrumentMaintenanceofChemicalPlant

KONG Qian-qian

(SinopecSichuantoEastGasTransmissionCo.,Ltd.,Wuhan430040,China)

AMS system’s four solutions to HART instrument management and maintenance were analyzed. Taking atomspheric and vacuum distillation unit in a chemical plant as example, the multiplexer-based plant information network was discussed, and the HART protocol-oriented AMS network configuration and C/C configuration were presented, as well as both difficulties and key points in project enforcement were analyzed and advantages of AMS HART system compared to traditional methods were listed.

AMS system, HART instrument, network configuration, C/C configuration

TH865

A

1000-3932(2016)11-1203-05

2016-07-28(修改稿)