HART智能仪表在线监控系统的设计与实现

2010-11-14 18:48:22来源: 互联网

1 智能仪表的广泛应用

  随着过程控制技术和智能仪表的发展,DCS已经在石油、化工、钢铁、冶金和电力等领域得到广泛的应用,实现了企业生产操作的高度自动化。智能传感器技术的发展和微电子技术的成熟,也为充分发挥DCS的优越性提供了可靠的保证。

  基于HART协议的智能仪表已经在DCS中得到广泛应用。如何最大限度地利用先期制造生产的自动化系统的昂贵投资,在已有智能仪表设备和DCS的基础上,在不影响原有DCS正常工作的情况下,构成企业智能仪表的在线诊断和管理系统,并向局域网发布实时智能仪表信息,让实时过程管理扩展到现场信息系统的每个领域,已经成为自动化领域有待解决的技术课题。针对企业现场生产的实际,能满足上述需要的在线诊断和管理系统显得尤为必要。本文将探讨一种在线诊断管理系统的设计和实现方法。

2 系统体系结构

  该系统主要由智能仪表、HART协议通讯装置、HART服务器通讯软件(包括COM 服务器软件和OPC服务器软件)、数据库、上位机管理软件(包括应用服务器和客户端)组成。智能仪表主要是指基于HART协议的仪表,常见类型有差压变送器、压力变送器、阀门定位器、流量计等。HART协议通讯装置负责采集和传输智能仪表的数字信号,通过亚当模块传送给上位机的RS一232串口,由COM 服务器软件对该数据进行解析,并通过sQL Server数据库对采集数据进行实时存储,其他自动化系统可以通过OPC通讯服务器软件对现场仪表的数据进行远程访问。应用服务器主要功能是对现场智能仪表进行组态与监控,提供可视化用户界面,方便用户操作。客户端负责在网络上发布现场智能仪表的监控信息,连接情况等。系统体系结构如图1所示。

3   HART协议通讯装置

  3.1 HART协议通讯装置概述

  HART协议通信装置在不影响现有DCS正常运行的前提下将现场HART智能仪表的数字信号从模拟信号中剥离,完成仪表基本信息和过程变量的读取,并通过RS一232传送给上位机;同时支持上位机常用特殊命令的转发,读取仪表的特殊命令信息并返回给上位机。HART协议通信装置和HART协议通信服务器软件配合完成对现场HART智能仪表的信息读取、命令转发。并提供足够的接口组件,方便应用服务器软件的开发和扩展。可以根据HART协议通信服务器软件提供的接口,自定义开发应用服务器软件的界面和功能,实现对HART智能仪表的组态和监控。

  HART协议通信装置的主体部分是安装于端子板支架上的若干块HART协议网桥(本文以20块网桥为例进行说明),通过RS一485总线连接并与上位机进行通讯,网桥地址可以选择0~30的任意值,但不可重复。20块网桥默认地址为按安装位置顺序1~20。

  每块HART协议网桥可以采集12路HART信号,因此HART协议通信装置可以实现与240台HART智能仪表的独立通信。符合HART协议的信号经HART网桥处理后,通过RS一485通讯线并经RS一485/RS-232转换器转换为RS一232信号进入计算机。20块HART 协议网桥采用24 v/1 A电源统一供电,RS一485/RS一232转换器采用24 v/o.5 A 电源独立供电。HART协议通信装置的系统连接示意图如图2所示。


  3.2  HART协议网桥FW581

  FW581的原理框图如图3所示。硬件电路主要包括:中央处理器(CPU)、HART调制解调器(Modem)及耦合电路、与现场仪表的信号选择及隔离电路、RS一485接口电路、WDT电路等几个部分。

  FW581分为两层,通过两组排针相连接。上层板包括DC—DC模块、CPU模块、RS一485接口模块、地址设置模块、指示灯等。上层板的CPU模块和RS一485接口模块放在板子的背面,这使得FW581更加美观和安全。下层板的两对RS一485总线接口是对等并接的,方便同一RS一485总线上多块FW581的接线。

  FW581的RS一485通讯信号必须通过RS一485/RS一232转换器,转换成RS一232信号后,才能和上位管理软件通讯。通讯速率为19.2 Kbps。

  FW581可以采用冗余的两路24 V电源供电。两对RS一485总线接口对等并接,方便多块FW581的接线。上层板有4个指示灯用于显示FW581的工作状态;拨键开关用于设置FW581的地址。FW581地址的设置通过上层板上的SW4Ol拨键开关实现。拨键开关上的“1”是最低位;“8”是最高位;“ON”一侧表示逻辑1;反之是逻辑o。地址设置符合二进制编码,因此拨键开关直接显示卡件的二进制地址。将二进制数转变成十进制数后,就是卡件的十进制地址。

[1] [2]

关键字:HART协议  FW581  转换器  智能仪表

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/1114/article_3209.html
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