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艾默生（美国纽约证券交易所代码: EMR）是一家全球性的技术与工程公司，为工业、商业及住宅市场客户提供创新性解决方案。自动化解决方案业务帮助过程、混合和离散行业制造商优化其能效和运营成本，促进生产，确保人员安全和保护环境。商住解决方案帮助确保人类舒适度和健康，保障食品质量和安全，提升能效，打造可持续发展的基础设施。如欲了解更多信息，欢迎访问：www.emerson.cn。

  • 公司类型：供应商

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案例详细
标题PlantWeb大学：访问诊断信息
技术领域运动控制
行业
简介
内容           √ HART 诊断              √ 在现有的HART设备上添加无线功能

          √ 诊断应用的障碍         √ 无线技术的优势

          √ 无线方式

概述

    在大多数过程工厂的操作过程中，都有富有价值的诊断信息被“搁浅”在仪器当中，虽然这些信息可以用来帮助对业务进行改善，却无法加以利用。 

    这些诊断信息来自于应用HART通信技术的仪器设备当中。 HART技术是过程操作仪器中使用最为广泛的通信协议， 自从上世纪80年代晚期引入以来， 已经有超过两千万台设备被安装使用。 

    考虑到HART设备所带来的潜在利益，它的广泛使用并不令人惊讶。 这些利益包括： 

    同现有的4-20mA配线相兼容

    安装、组态和调试更加方便

    可靠性和工作性能的提高

    在线设备的诊断

    前面的三种利益很容易得到认可并加以利用。 但是诊断功能是一种隐藏的能力，常常处于搁置不用的状态。 在实际情形中， 工厂常常会忘记诊断功能所带来的机会：降低维护成本，改善设备性能。 

    本文将讨论基于HART技术的诊断功能， 为何许多工厂不能利用这种功能的原因，以及如何应用无线技术除掉应用障碍等内容。

HART 诊断

    任何设备的故障或者性能降低，都会对安全、环境或财务方面带来负面的冲击。 诊断功能可以帮助您探测甚至预测此类故障，从而减少停工时间，降低反应性维护的费用。 

    在最简单的HART诊断形式中，基本的报警功能例如高/低限位报警或者阀门的行程偏差报警都是具备的。 

    如上图所示的控制阀，HART诊断提供仪器设备的健康状况评估功能。 

    I在HART设备最高级的形式中， 仪表的诊断功能会利用来自于传感器、仪器以及周围的环境的数据，以实时方式提供关于过程和设备的健康状况及工作性能的详细信息。 

    例如，某些先进的诊断功能可以探测压力变送器中引压管堵塞的状况，或鉴别控制阀组件中的动力油缸内活塞环泄漏的情况。 

    对有定期维修要求的仪器或者对装置至关重要的“关键过程”设备而言，此类诊断功能特别具有应用价值。 

    那么，既然诊断功能如此有用，而且大多数仪器都能够将诊断信息通过HART设备进行传递，为什么所有的工厂都将它束之高阁呢？ 

使用HART诊断功能的障碍

    据HART通信基金会执行董事 Ron Helson所言，“到目前为止在全世界安装的两千多万台HART设备当中，仅有10％的设备能够完全发挥它们的诊断能力”。 

    相对而言，只有很少的HART设备实际通过HART网络来传递诊断信息。而访问诊断信息仍然具有的障碍， 意味着这些信息依然被“搁浅”在设备当中。 

    由于有些老式的控制系统不支持数字HART通信，有两千万已经安装使用的HART设备所产生的诊断信息处于“搁浅”状态。 

    通常情况下，最大的障碍来自于老旧过时的控制系统，因为这些系统无法完全支持HART通信。 有许多仍然拥有此类控制系统的工厂设施，成功利用HART多路转换器、滤波器以及输入输出卡等将诊断信息传递给在线资产管理应用系统。 但是其它工厂难以应用这些有线方案来达到访问诊断信息的目的，这是因为存在下列制约因素：

    机房空间有限；

    对添加新设备须打破原有线路存在担心；

    资金不足以支持购买所需的硬件设备。

    如果不具备能够将HART数据传递到控制室所需要的基础设施，获取诊断信息的唯一方法就是用户不得不亲自到现场去一趟。 利用手提电脑或者HART现场通信装置， 跟控制阀件或者传感器进行实质性连接。 

    然而这种直接访问的方式仍有缺点。 在危险区域工作，需要获取工作许可或者须特别着装。 许可、程序、运输的时间等等都会增加获取信息的费用。 

    现在有一种更加简便的方法可以获取HART诊断功能带来的好处。 

无线方式

    我们已经知道，访问诊断信息的困难使有些工厂不得不让这些有用的信息搁浅在他们的HART设备当中，从而失去这些信息可以带来的好处。 

    我们的解决方案是，使用无线技术，创建一个单独的HART数据网络。 这个数据网络只用于HART通信和诊断数据的传输，与控制无关。 过程控制仍然交给有线方式的4-20mA模拟信号来完成。 

    创建网络的过程，从安装一个工业化的无线收发装置开始。这个装置称作无线升级模件，被安装在已有的HART现场设备，例如传感器和阀件上面。 

    无线升级模件包括无线发送器、无线接收器、微处理器以及天线装置，以插装的方式跟一个标准的电气通道入口连接。 它跟有线回路相连接，并访问HART数据，但是并不影响模拟控制信号。 

    无线设备彼此之间进行通话，形成一个自组织网络。 如果网络中的某个节点发生故障，通信就通过其它节点继续进行。HART数据通过网络，达到网关设备。 网关是一种类似于有线多路转换器的设备，它将来自于所有设备的数据集中到一起，送到一个中央位置，在这里您可以使用资产管理软件来访问诊断信息。 

    为每台设备加装无线模件，可以将诊断功能加以启用。模件相互之间进行通信形成自组织网络。用于诊断目的的无线HART网络可以与用于控制目的的有线模拟网络共同存在。 

为现有的HART设备添加无线功能

    将现有的仪器升级到无线网络中，有两条基本的原则。 

    获取HART诊断数据的设备须同HART兼容。 

    无线网络中的每台设备必须处于至少一台其它设备或者网关的发送接受范围之内。 

    一旦有合适的仪器被选用为无线网络的一部分，无线升级模块（包含无线收发装置）则必须连接到各台设备上去。通常情况下，由于连接的需要，在将来自于升级模块的引线连接到设备的接线槽中去的期间，设备将暂时中止工作。连接之后模块就可以将HART数据直接从设备中进行“剥离”。 

    各台设备通电工作之后，自组织网络也就开始成形了。每台新安装到网络中的设备都开始确定临近设备的位置，并通过他们跟网关之间进行通信，从而接入电脑，通过资产管理软件进行工作。对于软件来说，这些数据好像来自于多路转换器一样。 

    此时，诊断信息不再处于搁浅状态。操作人员，技术人员以及其他需要利用信息对设备的健康状况或状态之改变进行监测和评估的人员均可以方便地访问这些信息。 

无线方案的优势

    利用单独的无线网络来获得HART诊断功能可以带来几种好处： 

    可避免改装有线网络以提取HART数据所带来的成本问题和潜在的困难。 

    无线网络同已有的线路、接线盒以及接线板等等分开设置，这就意味着用户无需安装多路转换器并重新布线。由于原有线路的接线板无需触及，安装风险因此减少了。事实上，用户需要担心的所有问题，仅仅是将每台无线设备置于其它设备的覆盖范围之内而已。  

    挑选希望置入网络中的仪器设备很容易。 

    用户可以将整个网络建立在现有的HART仪表之上，从一套较小的关键仪表开始，并在利益（及预算）有所增长时添加新的网络节点。 

    通常情况下，过程设备总会同各种阀件和传感器相伴而存在，因此要为关键设备创建一个小型网络是很容易的。 

    向网状网络添加的设备愈多，系统也就愈加完善可靠。这是由于随着节点的增加，数据传输的路径也增加了。 

    对于由于无线节点，网关以及资产管理软件而带来的成本增加，通过HART设备诊断数据的使用，过程性能的改善，以及无需亲临现场考察即可做出适当的维护决定而带来的好处， 即可加以弥补。 

总结

    无线技术带来了这种获取诊断价值的方便可行的方法，否则这些诊断信息就会被滞留在安装于各工厂内的上百万台HART设备中。

    需要注意的是：

    仪表诊断常常是没有被利用到的HART技术优势。

    对于老式的控制系统和传统接线网络来说，要想获得这些诊断数据是困难的事，而且可能需要额外的成本。

    通过在现有HART设备上增加无线模块，能够方便地建立一个独立的无线HART数据网络以获得诊断信息。

    这个网络可以从一小部分重要的设备开始逐步增加节点， 其价值也将随之增长。