資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的HART應用
本文針對最終用戶最為關心的幾個問題,從優(yōu)化儀表資產(chǎn)全生命周期性能的角度做了探討。對于復雜的資產(chǎn)管理程序,HART信息是否足以應付?支持HART功能的本地I/O端口是否必需?是否有切實可行的方法將其應用于老式I/O端口環(huán)境?在原有設備作業(yè)狀況依舊良好的情況下,用戶是否愿意做較大的硬件改動?
背景假設
越來越多的生產(chǎn)廠商開始使用儀表資產(chǎn)管理系統(tǒng)(Instrument Asset Management Systems ,以下簡稱IAMS)來提高其作業(yè)效率,減少維護頻次,提升總體生產(chǎn)率。有效的資產(chǎn)管理策略能夠極大地降低作業(yè)成本和生產(chǎn)停機時間。生產(chǎn)廠商很大一部分利潤消耗在維護上,所以這些成本降低能夠為公司帶來顯著的經(jīng)濟效益。
儀表投運之后就開始面臨老化的問題。流程本身、人機交互和時間都會使過程設備和相關的現(xiàn)場儀表的功能開始下降。為了控制并延緩這種老化,工廠維護人員需要對設備的作業(yè)進行監(jiān)督和定期維修。他們所面臨的挑戰(zhàn)就是一方面要確保安裝的設備能夠正常運行,另一方面又要降低維護作業(yè)所需的資源和人力成本??梢允褂帽镜夭僮鲉T接口界面或者手操器與智能現(xiàn)場儀表設備進行臨時的現(xiàn)場交互,但是真正所需的是一種可以在全廠區(qū)范圍內(nèi)連續(xù)與現(xiàn)場儀表進行交互的方法,以獲取預防性維護信息,并適當?shù)剡M行遠程服務。這就是IAMS的一個基本功能。
了解這種技術
最近幾年,支持數(shù)字技術的現(xiàn)場設備和現(xiàn)場儀表在典型的過程工廠中大放異彩。數(shù)字設備能夠提供關于作業(yè)環(huán)境的大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以被應用程序用于防止損耗和停機,提高質量和可靠性,并降低維護成本。
數(shù)字設備技術獲得發(fā)展并開始普及的原因之一就是HART通信協(xié)議的廣泛應用,這種通訊協(xié)議提供了一種開放式的標準,改善了與智能現(xiàn)場儀表的4-20mA通信。大多數(shù)現(xiàn)代DCS解決方案都集成了HART I/O端口模塊,可以與智能設備相連。這種I/O端口本質上是新老技術的混合,因為它一方面支持傳統(tǒng)的4-20mA信號(看起來與老式的非HART I/O端口很類似),另一方面它又可以支持數(shù)字編碼的HART信號。
在任何DCS中采用資產(chǎn)管理系統(tǒng)都需要將資產(chǎn)管理軟件與HART I/O端口和設備相連。雖然在所有控制系統(tǒng)中基本的協(xié)議都很相似,但這種集成機制通常都是專用的,每一個供應商都可以選擇自認為最好的實施辦法。這其中有很多 “機密技術”,以便更好地利用HART協(xié)議所能使用的有限的帶寬。
盡管缺乏一個集成HART I/O端口的開放式標準,自動化最終用戶還是期望在所有的DCS平臺上實現(xiàn)一些特定的功能。例如,I/O端口應該能夠使用來自于智能HART部分的儀表量程信息,并自動告知模擬部分應該如何映射4-20mA輸出。此外,諸如工程單位、數(shù)字過程變量和報警信息之類的標準HART信息應該能為DCS所用,用于控制目的并且可以被每一臺現(xiàn)場儀表所用,無須知道這些現(xiàn)場儀表的細節(jié)。HART協(xié)議就具有獲得這些信息的通用命令。
如果本地HART I/O不可用,那么單臺儀表或者成組儀表的接口就將數(shù)字數(shù)據(jù)剝離,然后再發(fā)送給控制主機。圖片來源:Moore Indistries International公司
很多自動化設備供應商現(xiàn)在使用FDT/DTM(現(xiàn)場設備工具/設備類型管理器)技術,有了這種技術,他們就能夠呈現(xiàn)更多有意義的設備信息。DTM是含有特定設備數(shù)據(jù)、功能和邏輯組件的軟件模塊,從簡單的用于設定設備參數(shù)的圖形用戶接口工具,到能夠針對診斷和維護目的執(zhí)行復雜計算的尖端應用程序,或者為設備校準設置復雜的業(yè)務邏輯。DTM也具有類似接口,可以與之相連接的系統(tǒng)或者工具通訊。
設備供應商能夠以一種方法在DTM中嵌入智能性,但這種方法很難在DD文檔中實現(xiàn),例如一些圖形結構就無法使用DD技術來表達。而且,DTM依賴于特定設備和版本,所以它需要對控制網(wǎng)絡上的每一臺設備的特定版本有所了解。自動化業(yè)界對IAMS表達了強烈的興趣,實際上DTM才是對最終用戶真正有價值的東西。IAMS僅僅是通信的載體,組織信息的一種方法和與技術人員或者操作人員交流的途徑而已。
需要考慮的問題
雖然FDT/DTM技術能夠提供一些很有吸引力的功能,但是用戶應該知道一些注意事項和警告。首先也是最為重要的一點就是實際上DTM必須安裝于每一個客戶端(框架)上。所以,如果最終用戶希望在10個客戶端上使用來自于10個不同供應商的DTM文件包的話,就必須要進行至少100次安裝作業(yè)——甚至更多,因為可能有些供應商具有多個DTM文件包,再加上每一個DTM文件包可能具有的多個版本,最終結果就是維護面臨著巨大的挑戰(zhàn)。未來的FDM版本(2.0版)允許DTM安裝在服務器并應用在客戶端上,但是目前,DTM只能這樣管理。相比之下,大多數(shù)系統(tǒng)對DTM只能一笑而過,繼續(xù)使用DD。
由于DTM是微軟Windows程序,所以它依賴于Windows版本,對框架(例如DOT NET)、編程工具以及框架版本有一定的要求。工作于一種環(huán)境下的DTM可能無法工作于另一種環(huán)境,所以用戶在使用的時候必須很小心地查閱DTM供應商提供的說明書,如果有疑問,那么就先測試。
而且,DTM有時候在一些龐大的獨立框架下的表現(xiàn)與DCS環(huán)境不盡相同,例如PactWare。在獨立框架下,設備路徑相對較短,而且沒有帶寬限制,而DCS必須嚴格管理有限的帶寬,特別是對于HART設備。DTM并不知曉自己工作于何種環(huán)境之下,所以它不知道如何進行排隊等待作業(yè),結果就是在DCS環(huán)境下所表現(xiàn)出來的性能可能很差。設備供應商對這個問題越來越明確,但是最終用戶仍舊需謹慎對待。
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