专利名称：一种hart仪表的在线诊断与管理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种Hart (Highway Addressable Remote Transducer可寻址
远程传感器高速通道的开放通信协议)仪表的在线诊断和管理系统，通过采集、 分析和管理Hart仪表的数字信号，实现对智能仪表运行状况的在线诊断、在线 设置和在线管理，并向局域网发布智能仪表信息，主要应用于具有智能仪表的冶 金、轻工、化工等领域。
背景技术：
目前，越来越多的现场智能仪表用于过程控制系统，其中最广泛使用的是采 用Hart协议的智能仪表，包括温度变送器、压力变送器、液位计、流量计、调 节阀、分析仪表等几乎所有类型的仪表。Hart协议是采用基于Bel1202通讯标 准的移频键控技术，通过在4 20m A标准模拟信号上迭加频率信号来完成数字 通讯。模拟信号传输过程信号，数字信号则提供了校准、组态、诊断、维修和其 他包含仪表状态的很多信息。
目前广泛使用的DCS (Distributed Control System分散控制系统)可以对系统 本身进行诊断，包括对输入、输出卡件、控制器、通讯总线等进行诊断；并可对 断偶、输出开路等报警。但它的缺陷是1、诊断范围很小。DCS分散控制、集 中管理的内容仅限于生产过程信息，信息量相当有限。采用DCS只能在一定程 度上提高可靠度，只是整个控制系统的一个环节,不提高现场仪表和调节阀的可 靠度，因此不能从根本上解决问题。2、 DCS大多还不是数字系统，因此实际上 只能使用常规模拟信号，即把智能仪表当作普通仪表使用。在大部分工厂现场中， 数字通讯仅在校表时通过一个手操器使用，这样智能仪表的数字功能没有得到充 分的利用，在功能上是一个很大的浪费。与此同时，现场不但越来越需要进行良 好的过程控制，还需要了解更多信息，包括仪表性能、阀门、测量仪表、故障控 制和现场管理信息；要求更高的检测控制回路可靠度与更低的误报警、停车率； 要求仪表人员更高的工作效率。 发明内容
本实用新型为克服现有技术存在的不足，提供了一种HART仪表的在线诊 断与管理系统，不影响工厂现有的DCS系统运行的Hart仪表数字信号采集方法 及相应的设备装置，利用智能仪表的数字信息，扩充工厂的信息量，提高控制系统可靠性。
本实用新型采用的技术方案是将多个智能仪表的输出分别连接其相应的 多个HART协议通讯装置的输入、多个HART协议通讯装置的输出并接到服务器， 多个HART协议通讯装置的输出连接其相应的多个通讯服务器的输入，将多个通 讯服务器并联接入一个数据服务器，该数据服务器的输出分别连接到多个客户 端，多个客户端和一个总服务器连接。
本实用新型可实施现场安装，可解析相关仪表的Hart协议读写命令号及返 回数据，实现对现场Hart智能仪表信息的在线采集、传输和存储，并对Hart智 能仪表进行诊断、监测、统计、管理和调校，对现有的DCS系统无任何影响，降 低误报警误停车几率，最大程度上减少现场仪表的维护量和降低维护费用。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明。
图l是本实用新型的结构连接简图2是
图1中HART协议通信装置5的连接原理示意图3是图2中HART协议网桥10的连接原理示意图4是本实用新型的软件体系结构图5是本实用新型的软件功能模块图。
图中l.客户端，2.总服务器,3.数据服务器，4.通讯服务器，5.HART协议 通讯装置，6.智能仪表，7.上位机监控设备，8. RS85/RS232转换器，9. RS485网 络，IO.HART协议网桥，ll.定时器电路，12.CPU， 13.RS485接口电路，14. HART 调制解调器，15.通道选择电路，16.耦合电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型主要由智能仪表6、 HART协议通讯装置夂HART通讯 服务器4、数据服务器3、总服务器2和客户端1组成。将多个智能仪表6的输出分 别连接其相应的多个HART协议通讯装置5的输入、多个HART协议通讯装置5的输出 并接到服务器。其中多个HART协议通讯装置5的输出连接其相应的多个通讯服务 器4的输入，将多个通讯服务器4并联接入一个数据服务器3，该数据服务器3的输 出分别连接到多个客户端l，多个客户端1和一个总服务器2连接。 智能仪表6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5负责采集和传输智能仪表6的数字信
4号，通过亚当模块传送给上位机的RS-232串口，由COM服务器软件对该数据进行 解析，并通过SQLSERVER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。应用总服务器2主要功 能是对现场智能仪表6进行组态与监控，提供可视化用户界面，方面用户操作。 客户端1负责在网络上发布现场智能仪表6的监控信息，连接情况等。
如图2所示，HART协议通信装置5的主体部分是安装于端子板支架上的若 干块HART协议网桥10。将多个HART协议通讯装置5的输出数字信号汇集组成 相应的多个HART协议网桥10，多个HART协议网桥10通过相应连接的多个RS485 网络线9连接到一个RS85/RS232转换器8、 RS85/RS232转换器8的输出连接上 位机监控设备7的输入。通过RS485网络线9总线连接并与上位机监控设备7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10可以采集12路HART信号，因 此HART协议通信装置5可以实现与240台HART智能仪表6的独立通信。符合 HART协议的信号经HART协议网桥10处理后，RS485网络线9通讯线并经 RS485/RS232转换器8转换为RS—232信号进入计算机。20块HART协议网桥10 采用24V/1A电源统一供电，RS485/RS232转换器8采用24V/0. 5A电源独立供电。
如图3所示，HART协议网桥10硬件电路主要包括中央处理器CPU 12、 HART 调制解调器14及耦合电路16、与通道选择电路15、 RS485接口电路13、定时器 电路11等几个部分。HART协议网桥IO在原网桥基础上根据用户的定制要求进 行了改进，实现12点HART信号的点点隔离输入和现场侧和系统侧的隔离。HART 协议网桥10包括CPU 12的输出连接定时器电路11、 CPU 12的输入分别连接通 道选择电路15、 HART调制解调器14和RS485接口电路13;耦合电路16和HART 调制解调器14相连；RS485接口电路13的另一端连接RS85/RS232转换器8，耦 合电路16的输入端连接智能仪表6。 HART协议网桥10作为第一主设备对符合 HART协议的现场总线智能仪表6进行数据采集、组态、网络设备管理，并允许 手持操作器等HART协议第二主设备同时接入HART网络。HART协议网桥10 可以采集12路HART信号，使用时占用机笼一个槽位，不可冗余。当符合HART 协议的信号经处理后，通过独立的RS485网络线9通信线进入计算机。
如图4所示，智能仪表6在线诊断与在线管理系统采用目前较为流行的服务 器/客户机(Server/Client)模式，多个客户端1可以共享服务器2的实时信息，用户可以通过服务器2远离现场对智能仪表6进行检测和维护。这种模式的特点 是专业性强，安全性好，交互能力强。COM通讯服务器采集数据后，存入指定的 数据库中，由应用总服务器2从数据库中读取实时信息，然后通过客户端l进行 网络发布。为了保证客户端1与应用总服务器2的仪表视图保持一致性，由客户 端1直接通过网络下载视图数据进行视图更新，从而避免了客户端1软件升级所 带来的繁琐，
如图5所示，系统主要有六个子系统二十三个功能模块组成设备访问模 块、设备组织视图模块、设备描述文件模块、记录审査模块，用户管理模块，数 据管理模块。现场设备视图模块，能根据智能仪表的生产厂商、设备类型和设备 位号组织视图，也能按控制回路组织设备，便于用户了解每台设备的具体位置， 还能按设备的网络连接情况组织视图，便于用户了解设备在哪个转换器的哪个接 口上；设备访问功能模块主要完成和智能仪表的通讯，获取智能仪表的参数，对 智能仪表进行组态，检测设备的实时状态信息；记录审査模块记录操作人员对 现场设备所做的修改操作，包括操作内容的旧值和新值，操作的时间和操作的原 因，记录现场设备的报警状态，包括报警的设备、报警的时间和报警的内容，便 于管理人员及时作出准确的决策。
权利要求1. 一种HART仪表的在线诊断与管理系统，将多个智能仪表(6)的输出分别连接其相应的多个HART协议通讯装置(5)的输入、多个HART协议通讯装置(5)的输出并接到服务器，其特征是多个HART协议通讯装置(5)的输出连接其相应的多个通讯服务器(4)的输入，将多个通讯服务器(4)并联接入一个数据服务器(3)，该数据服务器(3)的输出分别连接到多个客户端(1)，多个客户端(1)和一个总服务器(2)连接。
2. 根据权利要求1所述的一种HART仪表的在线诊断与管理系统，其特征是多 个HART协议通讯装置(5)的输出数字信号汇集组成相应的多个HART协议网桥(10)，多个HART协议网桥(10)通过RS485网络线(9)连接到一个RS85/RS232 转换器(8)、 RS85/RS232转换器(8)的输出连接上位机监控设备(7)的输入。
3. 根据权利要求2所述的一种HART仪表的在线诊断与管理系统，其特征是:HART 协议网桥(10)包括CPU (12)的输出连接定时器电路(11)、 CPU (12)的输入 分别连接通道选择电路(15)、 HART调制解调器(14)和RS485接口电路(13); 耦合电路(16)和HART调制解调器(14)相连；RS485接口电路(13)的另一 端连接RS85/RS232转换器(8)，耦合电路(16)的输入端连接智能仪表(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种HART仪表的在线诊断与管理系统，将多个智能仪表的输出分别连接其相应的多个HART协议通讯装置的输入、多个HART协议通讯装置的输出并接到服务器，多个HART协议通讯装置的输出连接其相应的多个通讯服务器的输入，将多个通讯服务器并联接入一个数据服务器，该数据服务器的输出分别连接到多个客户端，多个客户端和一个总服务器连接，本实用新型可实施现场安装，可解析相关仪表的Hart协议读写命令号及返回数据，实现对现场Hart智能仪表信息的在线采集、传输和存储，并对Hart智能仪表进行诊断、监测、统计、管理和调校，降低误报警误停车几率，减少现场仪表的维护量和降低维护费用。
文档编号G05B23/02GK201251708SQ20082003522
公开日2009年6月3日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者王洪元 申请人:江苏工业学院