使用HART和资产管理系统

在过程工厂环境中实现覆盖现场仪器仪表的资产管理系统需要某种类型的智能设备平台。由于大多数现代现场设备除了模拟过程变量外，还提供HART通信能力，因此工厂可能不得不权衡采用传统或集成HART I/O的方法，作为转向仪器资产管理系统的决定的一部分。

本文为寻求优化其仪器资产的生命周期性能的最终用户研究了一些关键问题。HART信息对于一个全面的资产管理计划是否足够?支持本机hart的I/O是必需的吗，或者在遗留的I/O环境中有实用的方法使用它吗?用户是否应该期望对硬件进行重大更改以使其运行良好?

背景的假设

越来越多的制造商正在转向仪器资产管理系统(IAMS)来提高他们的流程效率，减少维护需求，并提高整体生产力。通过实施有效的资产管理策略，工厂可以显著降低运营成本和生产停机时间。由于生产收入的很大一部分用于维护，这些节省对公司的底线有很大的贡献。

工厂的设备一旦投入使用，就容易老化。工艺、人际交往和时间共同破坏了工艺设备和相关现场设备的功能。为了控制和减缓下降，工厂维护小组负责设备的运行监督和及时维修。他们面临的挑战是保持已安装资产的正常运行，同时减少维护功能所需的资源和人员。本地操作员界面或手持通信器可用于与智能现场仪器设备的临时现场交互。我们需要的是一种方法，可以在整个工厂范围内连续与现场仪器连接，以获取预防性维护信息，并进行适当的远程服务活动。这是IAMS的基本功能。

了解技术

近年来，现场设备和支持数字技术的设备已被证明为典型的工艺工厂操作提供了好处。数字设备提供了大量有关操作环境的数据。应用程序可以利用这些数据来防止损失或中断，提高质量和可靠性，并降低维护成本。

数字设备技术增长和流行的原因之一是HART通信协议的广泛采用，该协议为智能现场仪器的数字增强4-20 mA通信提供了开放标准。大多数现代分布式控制系统(DCS)解决方案都包括连接到智能设备的集成HART I/O模块。这个I/O本质上是混合的，因为它的一部分处理传统的4-20 mA信号——看起来非常像旧的非HART I/O，而另一部分处理数字编码的HART信号。

在任何DCS中，集成资产管理系统基本上需要一种将资产管理软件连接到HART I/O并连接到设备的方法。虽然在所有控制系统中，基本协议几乎是相同的，但这种集成的机制通常是专有的，由每个供应商选择最适合他们的实现方法。在更好地利用HART协议所提供的有限带宽方面，一些“秘密武器”还有很大的空间。

尽管缺乏集成HART I/O的开放标准，但自动化终端用户希望在所有DCS平台中都具有某些特性。例如，I/O应该能够使用来自智能HART端的仪器范围信息自动告诉模拟端如何设置4-20 mA输出范围。此外，标准HART信息，如工程单元、数字过程变量和报警信息，应可用于DCS控制目的，并且在不了解设备细节的情况下，可以从每个现场仪器访问这些信息。HART协议具有用于获取此信息的通用命令。

智能仪器中用于配置、校准、故障排除、维护和诊断的其余独特信息在其设备描述(DD)文件中进行了描述。DD技术已经经过了改进，以包括有用的图形和组织结构，这种改进被称为EDDL，或电子设备描述语言。dd是二进制文件，包含主机应用程序与设备通信所需的参数和功能的电子描述。检测工具供应商使用特定的编程工具和标记器来创建编码的DD文件。使用DD信息的软件或工具通常被认为是资产管理系统，它主要是仪器维护技术人员感兴趣的。

许多自动化设备供应商现在使用FDT/DTM(现场设备工具/设备类型管理器)技术，因此他们可以提供更有意义的设备信息。dtm是包含特定于设备的数据、功能和逻辑元素的软件组件。它们可以是用于设置设备参数的简单图形用户界面，也可以是执行复杂计算以用于诊断和维护的高度复杂应用程序，或者实现用于设备校准的复杂业务逻辑。DTM还包含用于与所连接的系统或工具通信的接口。

设备供应商能够以DD文件很难实现的方式将智能嵌入到DTM中，例如在DD技术中无法表示的许多图形结构。此外，DTM是特定于设备和版本的，因此它具有关于控制网络上每个设备的特定版本的知识。有趣的是，自动化行业如此重视IAMS，而真正对最终用户有价值的是DTM的内容。IAMS只是一个能够与设备进行通信的容器，是一种组织信息的方式，以及与技术人员或操作员联系的路径。

需要考虑的问题

虽然FDT/DTM技术提供了一些非常有吸引力的优点，但终端用户应该注意一些实际的注意事项。首先，也是最重要的一点是，DTM必须安装在每个需要它的客户端(帧)中。因此，一个终端用户如果有10个客户机分布在工厂各处，并且有来自10个不同供应商的DTM包，则必须执行至少100次安装——如果给定的供应商有多个DTM包，则可能执行更多。将其与给定DTM包的多个可用修订相结合，结果可能是一个重大的维护问题。FDM规范的未来修订版(Rev 2.0)承诺允许将ddm加载到服务器并部署到客户端，但目前，这是ddm必须管理的方式。相比之下，对于大多数使用dd的系统来说，它是读取后就忘记的。

由于dtm是Microsoft Windows程序，因此它们依赖于Windows版本、支持的基础设施(如DOT NET)、编程工具和特定的框架修订级别。在一个环境中工作的DTM可能还没有在另一个环境中测试过。因此，最终用户必须仔细检查DTM供应商提供的所有规范。有疑问时，先测试一下。

此外，dtm在单片或独立框架(如PactWare)中的行为有时与它们在DCS环境中的行为不同。使用独立帧，到设备的路径可以相对较短和简单，没有带宽限制。DCS必须仔细管理有限的可用带宽，特别是对于HART设备。DTM不知道它所处的环境，因此它无法知道如何排队等候。结果可能是在DCS环境中明显的性能较差。设备供应商在这个问题上变得越来越精明，但最终用户仍然必须小心偶尔的侵犯者。

最后，一些dtm是脆弱的，可能会崩溃，甚至会使客户端一起崩溃。这通常不是灾难性的，但可能会很烦人。DD技术可能并不完美，但在游戏的这个阶段，它已经被证明更成熟，更容易管理。

在过去的几年里，一直在努力统一DD和FDT/DTM技术，并为现场设备集成(FDI)提供一个单一的解决方案。FDI Cooperation, LLC的成立是为了响应最终用户对跨工业网络更容易集成自动化和控制设备的需求。虽然很明显，这一努力将意味着智能设备技术供应链各方面的大量工作，但对于最终用户来说，即将到来的变化有多透明还有待观察。DD文件和dtm不会消失，并且承诺向后兼容，这非常令人放心。

终端用户面临的选择

寻求实施基于HART技术的全面仪器资产管理解决方案的过程制造商面临着许多重要的选择。例如，工厂能否利用与不完全支持HART I/O的控制系统连接的智能现场设备的解决方案?

在大多数情况下，使用遗留DCS平台的操作如果希望使用IAMS，则必须依赖外部HART多路复用器(muxs)将数字HART消息引入IAMS。多路复用器用于剥离数字HART消息并将其提供给IAMS软件包。多路复用器硬件模块将HART模拟信号和数字信号路由到两条独立的通信路径。标准模拟4-20 mA信号被路由到一个标准的、不启用hart的模拟输入模块，而数字信号通过多路复用器硬件并通过RS-485网络传输到仪器管理系统。

经验表明，HART多路复用器可以提供非常灵活和可靠的系统，用于在单个网络上处理少量到数千个HART设备。通常情况下，mux方法是将旧控制系统向前推进的唯一方法，除非工厂想使用手持设备或升级DCS，但这通常不是一个选项。然而，对于某些业务来说，这并不值得投资。

由当前DCS技术实现的首选集成解决方案采用支持HART的I/O模块，支持HART数字设备数据以及4-20 mA模拟数据。使用该技术，来自启用hart的I/O的数字设备数据与模拟过程变量数据一起处理，这些数据紧密集成到控制系统环境中。这使得使用附加的过程变量(例如PV、SV、TV和FV)、范围信息、设备识别信息和设备状态(一般的和设备特定的)作为控制策略的一部分成为可能。

通过启用hart的I/O，设备诊断可以紧密地集成到DCS告警/事件子系统和资产管理应用程序中。不需要单独的仪器监测系统或软件包。仪器报警要么在用于配置、故障排除和诊断的软件包中处理，要么最好在控制系统本身中处理，在控制系统中可以隔离警报供维护技术人员使用。

一些自动化供应商开发了健壮的设备管理解决方案，用于与连接到支持HART的I/O的HART设备以及连接到硬件多路复用器、远程I/O系统和HART调制解调器的HART设备通信。这些解决方案为工厂仪器工程师、技术人员和维护人员提供了一个优化的环境，简化了任务，实现了远程设备管理，自动识别和分类出现故障或需要诊断的仪器。例如，这些解决方案与安全系统HART I/O集成在一起，使用连接设备的实时数据建立数据库记录并分配模板，以便维护人员可以比较一台设备与另一台设备的配置，或同一台设备或另一台设备的历史配置。

设备管理解决方案可以采用一种称为“mux监控”的技术，将非集成HART数据带到控制室。Mux监视允许工厂人员监视硬件多路复用器/远程I/O网络上的HART设备，并从这些设备向DCS警报和事件系统提供警报。这种方法简化了从传统控制系统到新的DCS平台的迁移，同时保留了已安装的现场设备和智能仪器的价值。简化的导出-导入功能使现有数据库的迁移更容易且不那么密集。

未来的前景

世界各地的公司已经开始正式计划在他们的HART智能仪器中使用诊断数据。HART现场设备响应包含有关设备健康状况的有价值的信息，将这些数据与每条消息一起发送，使工厂人员对过程测量的完整性充满信心，并立即通知任何问题。

尽管智能仪器仪表正在不断进步，例如由DDs和dtm交付的仪器仪表，但如果没有一个功能强大的仪器资产管理系统，智能设备的价值就无法实现。从维护的角度来看，支持hart的资产管理解决方案允许从单个位置监控整个工厂，通常远程执行故障诊断。许多HART仪器提供额外的状态信息，可用于设备的预测性维护和按需更换。这减少了维护次数，减少了进程中断，提高了系统可用性。

Yingst是霍尼韦尔过程解决方案的高级首席产品经理。

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