HART智能儀表在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1 智能儀表的廣泛應(yīng)用

　　隨著過程控制技術(shù)和智能儀表的發(fā)展，DCS已經(jīng)在石油、化工、鋼鐵、冶金和電力等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)操作的高度自動(dòng)化。智能傳感器技術(shù)的發(fā)展和微電子技術(shù)的成熟，也為充分發(fā)揮DCS的優(yōu)越性提供了可靠的保證。

　　基于HART協(xié)議的智能儀表已經(jīng)在DCS中得到廣泛應(yīng)用。如何最大限度地利用先期制造生產(chǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)的昂貴投資，在已有智能儀表設(shè)備和DCS的基礎(chǔ)上，在不影響原有DCS正常工作的情況下，構(gòu)成企業(yè)智能儀表的在線診斷和管理系統(tǒng)，并向局域網(wǎng)發(fā)布實(shí)時(shí)智能儀表信息，讓實(shí)時(shí)過程管理擴(kuò)展到現(xiàn)場信息系統(tǒng)的每個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為自動(dòng)化領(lǐng)域有待解決的技術(shù)課題。針對企業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際，能滿足上述需要的在線診斷和管理系統(tǒng)顯得尤為必要。本文將探討一種在線診斷管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

　　2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)主要由智能儀表、HART協(xié)議通訊裝置、HART服務(wù)器通訊軟件（包括COM 服務(wù)器軟件和OPC服務(wù)器軟件）、數(shù)據(jù)庫、上位機(jī)管理軟件（包括應(yīng)用服務(wù)器和客戶端）組成。智能儀表主要是指基于HART協(xié)議的儀表，常見類型有差壓變送器、壓力變送器、閥門定位器、流量計(jì)等。HART協(xié)議通訊裝置負(fù)責(zé)采集和傳輸智能儀表的數(shù)字信號，通過亞當(dāng)模塊傳送給上位機(jī)的RS一232 串口，由COM 服務(wù)器軟件對該數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并通過sQL Server數(shù)據(jù)庫對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，其他自動(dòng)化系統(tǒng)可以通過OPC通訊服務(wù)器軟件對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。應(yīng)用服務(wù)器主要功能是對現(xiàn)場智能儀表進(jìn)行組態(tài)與監(jiān)控，提供可視化用戶界面，方便用戶操作?？蛻舳素?fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布現(xiàn)場智能儀表的監(jiān)控信息，連接情況等。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　3 HART協(xié)議通訊裝置

　　3．1 HART協(xié)議通訊裝置概述

　　HART 協(xié)議通信裝置在不影響現(xiàn)有DCS正常運(yùn)行的前提下將現(xiàn)場HART智能儀表的數(shù)字信號從模擬信號中剝離，完成儀表基本信息和過程變量的讀取，并通過RS一 232傳送給上位機(jī)；同時(shí)支持上位機(jī)常用特殊命令的轉(zhuǎn)發(fā)，讀取儀表的特殊命令信息并返回給上位機(jī)。HART協(xié)議通信裝置和HART協(xié)議通信服務(wù)器軟件配合完成對現(xiàn)場HART智能儀表的信息讀取、命令轉(zhuǎn)發(fā)。并提供足夠的接口組件，方便應(yīng)用服務(wù)器軟件的開發(fā)和擴(kuò)展。可以根據(jù)HART協(xié)議通信服務(wù)器軟件提供的接口，自定義開發(fā)應(yīng)用服務(wù)器軟件的界面和功能，實(shí)現(xiàn)對HART智能儀表的組態(tài)和監(jiān)控。

　　HART協(xié)議通信裝置的主體部分是安裝于端子板支架上的若干塊HART協(xié)議網(wǎng)橋（本文以20塊網(wǎng)橋?yàn)槔M(jìn)行說明），通過RS一485總線連接并與上位機(jī)進(jìn)行通訊，網(wǎng)橋地址可以選擇0～30的任意值，但不可重復(fù)。20塊網(wǎng)橋默認(rèn)地址為按安裝位置順序1～20。

　　每塊HART協(xié)議網(wǎng)橋可以采集12路HART信號，因此HART協(xié)議通信裝置可以實(shí)現(xiàn)與240臺(tái)HART智能儀表的獨(dú)立通信。符合HART協(xié)議的信號經(jīng) HART網(wǎng)橋處理后，通過RS一485通訊線并經(jīng)RS一485／RS-232轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RS一232信號進(jìn)入計(jì)算機(jī)。20塊HART 協(xié)議網(wǎng)橋采用 24 v／1 A電源統(tǒng)一供電，RS一485／RS一232轉(zhuǎn)換器采用24 v／o．5 A 電源獨(dú)立供電。HART協(xié)議通信裝置的系統(tǒng)連接示意圖如圖2 所示。

　　3．2 HART協(xié)議網(wǎng)橋FW581

　　FW581的原理框圖如圖3所示。硬件電路主要包括：中央處理器（CPU）、HART調(diào)制解調(diào)器（Modem）及耦合電路、與現(xiàn)場儀表的信號選擇及隔離電路、RS一485接口電路、WDT電路等幾個(gè)部分。

　　FW581 分為兩層，通過兩組排針相連接。上層板包括DC—DC模塊、CPU模塊、RS一485接口模塊、地址設(shè)置模塊、指示燈等。上層板的CPU模塊和RS一 485接口模塊放在板子的背面，這使得FW581更加美觀和安全。下層板的兩對RS一485總線接口是對等并接的，方便同一RS一485總線上多塊 FW581的接線。

　　FW581的RS一485通訊信號必須通過RS一485／RS一232轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成RS一232信號后，才能和上位管理軟件通訊。通訊速率為19．2 Kbps。

　　FW581 可以采用冗余的兩路24 V電源供電。兩對RS一485總線接口對等并接，方便多塊FW581的接線。上層板有4個(gè)指示燈用于顯示FW581的工作狀態(tài)；撥鍵開關(guān)用于設(shè)置FW581的地址。FW581地址的設(shè)置通過上層板上的SW4Ol撥鍵開關(guān)實(shí)現(xiàn)。撥鍵開關(guān)上的“1”是最低位；“8”是最高位；“ON” 一側(cè)表示邏輯1；反之是邏輯o。地址設(shè)置符合二進(jìn)制編碼，因此撥鍵開關(guān)直接顯示卡件的二進(jìn)制地址。將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變成十進(jìn)制數(shù)后，就是卡件的十進(jìn)制地址。