專利名稱：一種hart儀表的在線診斷與管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種Hart (Highway Addressable Remote Transducer可尋址
遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議)儀表的在線診斷和管理系統(tǒng)，通過(guò)采集、 分析和管理Hart儀表的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能儀表運(yùn)行狀況的在線診斷、在線 設(shè)置和在線管理，并向局域網(wǎng)發(fā)布智能儀表信息，主要應(yīng)用于具有智能儀表的冶 金、輕工、化工等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，越來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表用于過(guò)程控制系統(tǒng)，其中最廣泛使用的是采 用Hart協(xié)議的智能儀表，包括溫度變送器、壓力變送器、液位計(jì)、流量計(jì)、調(diào) 節(jié)閥、分析儀表等幾乎所有類型的儀表。Hart協(xié)議是采用基于Bel1202通訊標(biāo) 準(zhǔn)的移頻鍵控技術(shù)，通過(guò)在4 20m A標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)上迭加頻率信號(hào)來(lái)完成數(shù)字 通訊。模擬信號(hào)傳輸過(guò)程信號(hào)，數(shù)字信號(hào)則提供了校準(zhǔn)、組態(tài)、診斷、維修和其 他包含儀表狀態(tài)的很多信息。
目前廣泛使用的DCS (Distributed Control System分散控制系統(tǒng))可以對(duì)系統(tǒng) 本身進(jìn)行診斷，包括對(duì)輸入、輸出卡件、控制器、通訊總線等進(jìn)行診斷；并可對(duì) 斷偶、輸出開(kāi)路等報(bào)警。但它的缺陷是1、診斷范圍很小。DCS分散控制、集 中管理的內(nèi)容僅限于生產(chǎn)過(guò)程信息，信息量相當(dāng)有限。采用DCS只能在一定程 度上提高可靠度，只是整個(gè)控制系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié),不提高現(xiàn)場(chǎng)儀表和調(diào)節(jié)閥的可 靠度，因此不能從根本上解決問(wèn)題。2、 DCS大多還不是數(shù)字系統(tǒng)，因此實(shí)際上 只能使用常規(guī)模擬信號(hào)，即把智能儀表當(dāng)作普通儀表使用。在大部分工廠現(xiàn)場(chǎng)中， 數(shù)字通訊僅在校表時(shí)通過(guò)一個(gè)手操器使用，這樣智能儀表的數(shù)字功能沒(méi)有得到充 分的利用，在功能上是一個(gè)很大的浪費(fèi)。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)不但越來(lái)越需要進(jìn)行良 好的過(guò)程控制，還需要了解更多信息，包括儀表性能、閥門、測(cè)量?jī)x表、故障控 制和現(xiàn)場(chǎng)管理信息；要求更高的檢測(cè)控制回路可靠度與更低的誤報(bào)警、停車率； 要求儀表人員更高的工作效率。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種HART儀表的在線診 斷與管理系統(tǒng)，不影響工廠現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)運(yùn)行的Hart儀表數(shù)字信號(hào)采集方法 及相應(yīng)的設(shè)備裝置，利用智能儀表的數(shù)字信息，擴(kuò)充工廠的信息量，提高控制系統(tǒng)可靠性。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是將多個(gè)智能儀表的輸出分別連接其相應(yīng)的 多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置的輸入、多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置的輸出并接到服務(wù)器， 多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置的輸出連接其相應(yīng)的多個(gè)通訊服務(wù)器的輸入，將多個(gè)通 訊服務(wù)器并聯(lián)接入一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，該數(shù)據(jù)服務(wù)器的輸出分別連接到多個(gè)客戶 端，多個(gè)客戶端和一個(gè)總服務(wù)器連接。
本實(shí)用新型可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)安裝，可解析相關(guān)儀表的Hart協(xié)議讀寫命令號(hào)及返 回?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)Hart智能儀表信息的在線采集、傳輸和存儲(chǔ)，并對(duì)Hart智 能儀表進(jìn)行診斷、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、管理和調(diào)校，對(duì)現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)無(wú)任何影響，降 低誤報(bào)警誤停車幾率，最大程度上減少現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)量和降低維護(hù)費(fèi)用。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)連接簡(jiǎn)圖2是

圖1中HART協(xié)議通信裝置5的連接原理示意圖3是圖2中HART協(xié)議網(wǎng)橋10的連接原理示意圖4是本實(shí)用新型的軟件體系結(jié)構(gòu)圖5是本實(shí)用新型的軟件功能模塊圖。
圖中l(wèi).客戶端，2.總服務(wù)器,3.數(shù)據(jù)服務(wù)器，4.通訊服務(wù)器，5.HART協(xié)議 通訊裝置，6.智能儀表，7.上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備，8. RS85/RS232轉(zhuǎn)換器，9. RS485網(wǎng) 絡(luò)，IO.HART協(xié)議網(wǎng)橋，ll.定時(shí)器電路，12.CPU， 13.RS485接口電路，14. HART 調(diào)制解調(diào)器，15.通道選擇電路，16.耦合電路。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型主要由智能儀表6、 HART協(xié)議通訊裝置夂HART通訊 服務(wù)器4、數(shù)據(jù)服務(wù)器3、總服務(wù)器2和客戶端1組成。將多個(gè)智能儀表6的輸出分 別連接其相應(yīng)的多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置5的輸入、多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置5的輸出 并接到服務(wù)器。其中多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置5的輸出連接其相應(yīng)的多個(gè)通訊服務(wù) 器4的輸入，將多個(gè)通訊服務(wù)器4并聯(lián)接入一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器3，該數(shù)據(jù)服務(wù)器3的輸 出分別連接到多個(gè)客戶端l，多個(gè)客戶端1和一個(gè)總服務(wù)器2連接。 智能儀表6主要是指基于HART協(xié)議的儀表，常見(jiàn)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5負(fù)責(zé)采集和傳輸智能儀表6的數(shù)字信
4號(hào)，通過(guò)亞當(dāng)模塊傳送給上位機(jī)的RS-232串口，由COM服務(wù)器軟件對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行 解析，并通過(guò)SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)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(guò)OPC通訊服務(wù)器軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。應(yīng)用總服務(wù)器2主要功 能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表6進(jìn)行組態(tài)與監(jiān)控，提供可視化用戶界面，方面用戶操作。 客戶端1負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)智能儀表6的監(jiān)控信息，連接情況等。
如圖2所示，HART協(xié)議通信裝置5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10。將多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置5的輸出數(shù)字信號(hào)匯集組成 相應(yīng)的多個(gè)HART協(xié)議網(wǎng)橋10，多個(gè)HART協(xié)議網(wǎng)橋10通過(guò)相應(yīng)連接的多個(gè)RS485 網(wǎng)絡(luò)線9連接到一個(gè)RS85/RS232轉(zhuǎn)換器8、 RS85/RS232轉(zhuǎn)換器8的輸出連接上 位機(jī)監(jiān)控設(shè)備7的輸入。通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)線9總線連接并與上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備7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10可以采集12路HART信號(hào)，因 此HART協(xié)議通信裝置5可以實(shí)現(xiàn)與240臺(tái)HART智能儀表6的獨(dú)立通信。符合 HART協(xié)議的信號(hào)經(jīng)HART協(xié)議網(wǎng)橋10處理后，RS485網(wǎng)絡(luò)線9通訊線并經(jīng) RS485/RS232轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換為RS—232信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)。20塊HART協(xié)議網(wǎng)橋10 采用24V/1A電源統(tǒng)一供電，RS485/RS232轉(zhuǎn)換器8采用24V/0. 5A電源獨(dú)立供電。
如圖3所示，HART協(xié)議網(wǎng)橋10硬件電路主要包括中央處理器CPU 12、 HART 調(diào)制解調(diào)器14及耦合電路16、與通道選擇電路15、 RS485接口電路13、定時(shí)器 電路11等幾個(gè)部分。HART協(xié)議網(wǎng)橋IO在原網(wǎng)橋基礎(chǔ)上根據(jù)用戶的定制要求進(jìn) 行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)12點(diǎn)HART信號(hào)的點(diǎn)點(diǎn)隔離輸入和現(xiàn)場(chǎng)側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的隔離。HART 協(xié)議網(wǎng)橋10包括CPU 12的輸出連接定時(shí)器電路11、 CPU 12的輸入分別連接通 道選擇電路15、 HART調(diào)制解調(diào)器14和RS485接口電路13;耦合電路16和HART 調(diào)制解調(diào)器14相連；RS485接口電路13的另一端連接RS85/RS232轉(zhuǎn)換器8，耦 合電路16的輸入端連接智能儀表6。 HART協(xié)議網(wǎng)橋10作為第一主設(shè)備對(duì)符合 HART協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表6進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理，并允許 手持操作器等HART協(xié)議第二主設(shè)備同時(shí)接入HART網(wǎng)絡(luò)。HART協(xié)議網(wǎng)橋10 可以采集12路HART信號(hào)，使用時(shí)占用機(jī)籠一個(gè)槽位，不可冗余。當(dāng)符合HART 協(xié)議的信號(hào)經(jīng)處理后，通過(guò)獨(dú)立的RS485網(wǎng)絡(luò)線9通信線進(jìn)入計(jì)算機(jī)。
如圖4所示，智能儀表6在線診斷與在線管理系統(tǒng)采用目前較為流行的服務(wù) 器/客戶機(jī)(Server/Client)模式，多個(gè)客戶端1可以共享服務(wù)器2的實(shí)時(shí)信息，用戶可以通過(guò)服務(wù)器2遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能儀表6進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)。這種模式的特點(diǎn) 是專業(yè)性強(qiáng)，安全性好，交互能力強(qiáng)。COM通訊服務(wù)器采集數(shù)據(jù)后，存入指定的 數(shù)據(jù)庫(kù)中，由應(yīng)用總服務(wù)器2從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取實(shí)時(shí)信息，然后通過(guò)客戶端l進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。為了保證客戶端1與應(yīng)用總服務(wù)器2的儀表視圖保持一致性，由客戶 端1直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載視圖數(shù)據(jù)進(jìn)行視圖更新，從而避免了客戶端1軟件升級(jí)所 帶來(lái)的繁瑣，
如圖5所示，系統(tǒng)主要有六個(gè)子系統(tǒng)二十三個(gè)功能模塊組成設(shè)備訪問(wèn)模 塊、設(shè)備組織視圖模塊、設(shè)備描述文件模塊、記錄審査模塊，用戶管理模塊，數(shù) 據(jù)管理模塊。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備視圖模塊，能根據(jù)智能儀表的生產(chǎn)廠商、設(shè)備類型和設(shè)備 位號(hào)組織視圖，也能按控制回路組織設(shè)備，便于用戶了解每臺(tái)設(shè)備的具體位置， 還能按設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接情況組織視圖，便于用戶了解設(shè)備在哪個(gè)轉(zhuǎn)換器的哪個(gè)接 口上；設(shè)備訪問(wèn)功能模塊主要完成和智能儀表的通訊，獲取智能儀表的參數(shù)，對(duì) 智能儀表進(jìn)行組態(tài)，檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；記錄審査模塊記錄操作人員對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所做的修改操作，包括操作內(nèi)容的舊值和新值，操作的時(shí)間和操作的原 因，記錄現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的報(bào)警狀態(tài)，包括報(bào)警的設(shè)備、報(bào)警的時(shí)間和報(bào)警的內(nèi)容，便 于管理人員及時(shí)作出準(zhǔn)確的決策。
權(quán)利要求1. 一種HART儀表的在線診斷與管理系統(tǒng)，將多個(gè)智能儀表(6)的輸出分別連接其相應(yīng)的多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置(5)的輸入、多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置(5)的輸出并接到服務(wù)器，其特征是多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置(5)的輸出連接其相應(yīng)的多個(gè)通訊服務(wù)器(4)的輸入，將多個(gè)通訊服務(wù)器(4)并聯(lián)接入一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器(3)，該數(shù)據(jù)服務(wù)器(3)的輸出分別連接到多個(gè)客戶端(1)，多個(gè)客戶端(1)和一個(gè)總服務(wù)器(2)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HART儀表的在線診斷與管理系統(tǒng)，其特征是多 個(gè)HART協(xié)議通訊裝置(5)的輸出數(shù)字信號(hào)匯集組成相應(yīng)的多個(gè)HART協(xié)議網(wǎng)橋(10)，多個(gè)HART協(xié)議網(wǎng)橋(10)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)線(9)連接到一個(gè)RS85/RS232 轉(zhuǎn)換器(8)、 RS85/RS232轉(zhuǎn)換器(8)的輸出連接上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備(7)的輸入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種HART儀表的在線診斷與管理系統(tǒng)，其特征是:HART 協(xié)議網(wǎng)橋(10)包括CPU (12)的輸出連接定時(shí)器電路(11)、 CPU (12)的輸入 分別連接通道選擇電路(15)、 HART調(diào)制解調(diào)器(14)和RS485接口電路(13); 耦合電路(16)和HART調(diào)制解調(diào)器(14)相連；RS485接口電路(13)的另一 端連接RS85/RS232轉(zhuǎn)換器(8)，耦合電路(16)的輸入端連接智能儀表(6)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種HART儀表的在線診斷與管理系統(tǒng)，將多個(gè)智能儀表的輸出分別連接其相應(yīng)的多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置的輸入、多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置的輸出并接到服務(wù)器，多個(gè)HART協(xié)議通訊裝置的輸出連接其相應(yīng)的多個(gè)通訊服務(wù)器的輸入，將多個(gè)通訊服務(wù)器并聯(lián)接入一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，該數(shù)據(jù)服務(wù)器的輸出分別連接到多個(gè)客戶端，多個(gè)客戶端和一個(gè)總服務(wù)器連接，本實(shí)用新型可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)安裝，可解析相關(guān)儀表的Hart協(xié)議讀寫命令號(hào)及返回?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)Hart智能儀表信息的在線采集、傳輸和存儲(chǔ)，并對(duì)Hart智能儀表進(jìn)行診斷、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、管理和調(diào)校，降低誤報(bào)警誤停車幾率，減少現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)量和降低維護(hù)費(fèi)用。
文檔編號(hào)G05B23/02GK201251708SQ20082003522
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者王洪元 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院