柳曉福

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

1 前言

HART協(xié)議采用基于Bell202標準的FSK(頻移鍵控)信號,在低頻的4-20mA模擬信號上疊加一個頻率信號進行雙向數(shù)字通訊[1]。HART協(xié)議智能儀表可同時測量多個參數(shù)，主要的變量和控制信息由4-20mA信號傳輸，其他過程參數(shù)、設備組態(tài)信息，診斷信息通過HART協(xié)議訪問。

HART協(xié)議智能儀表被廣泛地應用于化工企業(yè)裝置中,作為DCS系統(tǒng)中的檢測儀表，其數(shù)字功能未能充分利用，在不影響原有的儀表測量功能的情況下，充分發(fā)揮HART智能儀表數(shù)字信息，實現(xiàn)在儀表設備數(shù)據(jù)管理和測量解決問題等多方面的應用。本文以Honeywell公司的EPKS DCS系統(tǒng)為例，介紹了HART智能儀表在化工生產(chǎn)中應用案例。

2 實時設備管理系統(tǒng)的實施

Honeywell公司的現(xiàn)場設備管理器(FDM)是一個儀表資產(chǎn)管理系統(tǒng)(IAMS)，用于配置和維護智能現(xiàn)場設備。FDM使用開放的標準和協(xié)議，使用單一工具就可以實現(xiàn)對不同廠家不同類型的智能設備進行管理。FDM使用未經(jīng)修改的供應商設備描述(DD)文件和電子設備描述語言(EDDL)文件，以及設備類型用于執(zhí)行設備配置、管理和診斷任務的管理器。

FDM通過以太網(wǎng)與DCS服務器提供的HART接口訪問連接到相應I/O的設備。HART的I/O設備同時使用模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)，但只將數(shù)字HART信息傳遞給FDM。在DCS中設置專用的AMS操作站，借助于DCS系統(tǒng)強大的運算能力和網(wǎng)絡拓展能力，HART數(shù)據(jù)被用于生產(chǎn)、維護、資源管理等方面，從而最大程度地發(fā)揮了HART協(xié)議的優(yōu)點[2]。使用FDM的優(yōu)點如下：

(1) FDM可實時讀出HART智能儀表主變量參數(shù)(過程測量值或過程輸出值)、各副變量值參數(shù)單位等信息。儀表人員可通過在線進行巡檢維護，與傳統(tǒng)的定期定時定點巡檢相比，節(jié)約巡檢時間和降低維護成本和人力成本。

(2)設備狀態(tài)預警，可及時發(fā)現(xiàn)問題，避免因儀表原因引起停車。HART儀表可以提供儀表自身的狀態(tài)信息，儀表人員通過在線查看儀表信號報警，便能準確地判斷儀表的故障原因。

(3)簡化維護工作。通過FDM程序軟件可以實現(xiàn)在線組態(tài)儀表參數(shù)，無需在現(xiàn)場用手操器進行調試。在軟件上向HART智能儀表發(fā)出一個指定的模擬信號，對比現(xiàn)場儀表的動作情況，判斷儀表控制回路是否正常工作，從而極大地減少現(xiàn)場儀表的調試時間。閥門的調校，定位器的標定都可以在FDM軟件上進行調試。根據(jù)閥門定位器的設備參數(shù)信息判斷現(xiàn)場控制閥門的工作狀態(tài)，實現(xiàn)閥門的預防性檢修。通過這種預測機制，儀表人員有依據(jù)進行備件的提報采購，制定合理的檢維修計劃，從而降低維護成本。

3 測量儀表多變量傳輸功能

Honeywell公司的EPKS系統(tǒng)，選用的模擬量輸入卡件為Series_C系列，這種類型卡件支持HART信號采集功能。在DCS中的HART信號采集在DCS中完成I/O通道組態(tài)的基礎上，只需要組態(tài)HART采集的通道和HART采集參數(shù)，這樣就可以方便地顯示和使用HART儀表的多個參數(shù)。

使用EPKS系統(tǒng)的組態(tài)軟件Control Builder，組態(tài)模擬量通道時，需要通過HART協(xié)議采集使用多個參數(shù)，前提需激活卡件的HART功能。在輸入功能塊的參數(shù)一覽表的HART Configuration下勾選激活Enable HART功能。HART采集參數(shù)在輸入功能塊的參數(shù)一覽表的HART Variables下進行組態(tài)設置。組態(tài)一質量流量計位號為3400FT50101,正常組態(tài)時只能在DCS上顯示質量流量計的流量，但工藝操作員需要查看測量介質的溫度和體積密度參數(shù)，可以通過HART協(xié)議組態(tài)添加所需的信息參數(shù)，從而將其參數(shù)在DCS畫面上顯示。組態(tài)信息如圖1所示。

使用HART協(xié)議測量儀表多變量功能還可以應用在質量流量計的流量溫壓補償上。流量計測量氣體時，氣體的流量與氣體的密度成正比，氣體的密度易受溫度、壓力的影響，從而導致測量結果產(chǎn)生誤差，一般情況下會對氣體質量流量的測量進行溫壓補償。例如采用差壓變送器測量氣體流量，需將流量、溫度、壓力三個信號引入DCS中，通過組態(tài)軟件對三者信號進行流量的溫壓補償計算組態(tài)。HART儀表可提供多個測量參數(shù)，通過DCS采集數(shù)據(jù)，只需一個帶HART的功能儀表就可實現(xiàn)氣體流量計的溫壓補償。在施工困難和時間成本緊張的情況下，可以采用此方法進行設計施工，方便快捷的實現(xiàn)設計功能要求。

圖1 HART儀表多參數(shù)組態(tài)設置畫面

4 儀表伴熱在線監(jiān)測功能

檢查儀表保溫伴熱，是儀表人員的日常維護工作。它關系到防止儀表凍表，保證儀表測量系統(tǒng)的正常運行。檢查儀表保溫伴熱是通過人員定期巡檢和凍凝發(fā)生后的儀表維護的方式來實現(xiàn)的，傳統(tǒng)人工巡檢方式實時性不強，且儀表安裝分布廣，高空處儀表檢查周期少，存在巡檢死角。這種巡檢制度和維護方式不能為維護人員提供溫度預警，存在一定的安全隱患。HART協(xié)議的智能儀表表體溫度可以代替測溫元件用于測量儀表箱的環(huán)境溫度，因此可以在不影響測量信號傳輸?shù)那疤嵯拢ㄟ^HART協(xié)議將變送器膜盒的溫度引入DCS系統(tǒng)，在DCS系統(tǒng)內建立溫度顯示及設置溫度低報警功能，實現(xiàn)全面監(jiān)視冬季儀表的運行狀況。

繪制關鍵儀表數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面。將關鍵儀表表體溫度統(tǒng)一顯示在DCS畫面上，達到實時監(jiān)控現(xiàn)場儀表伴熱溫度，儀表人員可以隨時查詢伴熱溫度信息，并且可以通過查看報警事件記錄，及時發(fā)現(xiàn)處理伴熱故障。同時對伴熱溫度增加歷史趨勢功能，儀表人員可以通過溫度升降趨勢的進行分析，以最大程度地減少伴熱凍凝、設備凍壞事故。

5 結束語

利用HART協(xié)議對化工裝置生產(chǎn)過程設備信息進行管理和共享，實現(xiàn)對儀表設備運行情況進行管理，對現(xiàn)場儀表實施預防性檢維修。同時根據(jù)各裝置具體的生產(chǎn)要求，合理使用實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和HART智能儀表數(shù)字信息功能，將HART協(xié)議應用于化工裝置生產(chǎn)管理和運行維護。