柳晓福

(中韩(武汉)石油化工有限公司，湖北 武汉 430000)

1 前言

HART协议采用基于Bell202标准的FSK(频移键控)信号,在低频的4-20mA模拟信号上叠加一个频率信号进行双向数字通讯[1]。HART协议智能仪表可同时测量多个参数，主要的变量和控制信息由4-20mA信号传输，其他过程参数、设备组态信息，诊断信息通过HART协议访问。

HART协议智能仪表被广泛地应用于化工企业装置中,作为DCS系统中的检测仪表，其数字功能未能充分利用，在不影响原有的仪表测量功能的情况下，充分发挥HART智能仪表数字信息，实现在仪表设备数据管理和测量解决问题等多方面的应用。本文以Honeywell公司的EPKS DCS系统为例，介绍了HART智能仪表在化工生产中应用案例。

2 实时设备管理系统的实施

Honeywell公司的现场设备管理器(FDM)是一个仪表资产管理系统(IAMS)，用于配置和维护智能现场设备。FDM使用开放的标准和协议，使用单一工具就可以实现对不同厂家不同类型的智能设备进行管理。FDM使用未经修改的供应商设备描述(DD)文件和电子设备描述语言(EDDL)文件，以及设备类型用于执行设备配置、管理和诊断任务的管理器。

FDM通过以太网与DCS服务器提供的HART接口访问连接到相应I/O的设备。HART的I/O设备同时使用模拟和数字数据，但只将数字HART信息传递给FDM。在DCS中设置专用的AMS操作站，借助于DCS系统强大的运算能力和网络拓展能力，HART数据被用于生产、维护、资源管理等方面，从而最大程度地发挥了HART协议的优点[2]。使用FDM的优点如下：

(1) FDM可实时读出HART智能仪表主变量参数(过程测量值或过程输出值)、各副变量值参数单位等信息。仪表人员可通过在线进行巡检维护，与传统的定期定时定点巡检相比，节约巡检时间和降低维护成本和人力成本。

(2)设备状态预警，可及时发现问题，避免因仪表原因引起停车。HART仪表可以提供仪表自身的状态信息，仪表人员通过在线查看仪表信号报警，便能准确地判断仪表的故障原因。

(3)简化维护工作。通过FDM程序软件可以实现在线组态仪表参数，无需在现场用手操器进行调试。在软件上向HART智能仪表发出一个指定的模拟信号，对比现场仪表的动作情况，判断仪表控制回路是否正常工作，从而极大地减少现场仪表的调试时间。阀门的调校，定位器的标定都可以在FDM软件上进行调试。根据阀门定位器的设备参数信息判断现场控制阀门的工作状态，实现阀门的预防性检修。通过这种预测机制，仪表人员有依据进行备件的提报采购，制定合理的检维修计划，从而降低维护成本。

3 测量仪表多变量传输功能

Honeywell公司的EPKS系统，选用的模拟量输入卡件为Series_C系列，这种类型卡件支持HART信号采集功能。在DCS中的HART信号采集在DCS中完成I/O通道组态的基础上，只需要组态HART采集的通道和HART采集参数，这样就可以方便地显示和使用HART仪表的多个参数。

使用EPKS系统的组态软件Control Builder，组态模拟量通道时，需要通过HART协议采集使用多个参数，前提需激活卡件的HART功能。在输入功能块的参数一览表的HART Configuration下勾选激活Enable HART功能。HART采集参数在输入功能块的参数一览表的HART Variables下进行组态设置。组态一质量流量计位号为3400FT50101,正常组态时只能在DCS上显示质量流量计的流量，但工艺操作员需要查看测量介质的温度和体积密度参数，可以通过HART协议组态添加所需的信息参数，从而将其参数在DCS画面上显示。组态信息如图1所示。

使用HART协议测量仪表多变量功能还可以应用在质量流量计的流量温压补偿上。流量计测量气体时，气体的流量与气体的密度成正比，气体的密度易受温度、压力的影响，从而导致测量结果产生误差，一般情况下会对气体质量流量的测量进行温压补偿。例如采用差压变送器测量气体流量，需将流量、温度、压力三个信号引入DCS中，通过组态软件对三者信号进行流量的温压补偿计算组态。HART仪表可提供多个测量参数，通过DCS采集数据，只需一个带HART的功能仪表就可实现气体流量计的温压补偿。在施工困难和时间成本紧张的情况下，可以采用此方法进行设计施工，方便快捷的实现设计功能要求。

图1 HART仪表多参数组态设置画面

4 仪表伴热在线监测功能

检查仪表保温伴热，是仪表人员的日常维护工作。它关系到防止仪表冻表，保证仪表测量系统的正常运行。检查仪表保温伴热是通过人员定期巡检和冻凝发生后的仪表维护的方式来实现的，传统人工巡检方式实时性不强，且仪表安装分布广，高空处仪表检查周期少，存在巡检死角。这种巡检制度和维护方式不能为维护人员提供温度预警，存在一定的安全隐患。HART协议的智能仪表表体温度可以代替测温元件用于测量仪表箱的环境温度，因此可以在不影响测量信号传输的前提下，通过HART协议将变送器膜盒的温度引入DCS系统，在DCS系统内建立温度显示及设置温度低报警功能，实现全面监视冬季仪表的运行状况。

绘制关键仪表数据监控画面。将关键仪表表体温度统一显示在DCS画面上，达到实时监控现场仪表伴热温度，仪表人员可以随时查询伴热温度信息，并且可以通过查看报警事件记录，及时发现处理伴热故障。同时对伴热温度增加历史趋势功能，仪表人员可以通过温度升降趋势的进行分析，以最大程度地减少伴热冻凝、设备冻坏事故。

5 结束语

利用HART协议对化工装置生产过程设备信息进行管理和共享，实现对仪表设备运行情况进行管理，对现场仪表实施预防性检维修。同时根据各装置具体的生产要求，合理使用实时数据管理系统和HART智能仪表数字信息功能，将HART协议应用于化工装置生产管理和运行维护。