专利名称：基于无线hart协议的智能仪表在线诊断与管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能仪表的在线诊断和管理系统，具体是一种基于无线Hart (Highway Addressable Remote ^Transducer可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议) 协议的智能仪表在线诊断和管理系统。
背景技术：
一直以来，现有的设备仪表大多以有线方式连接并且年代久远，有线连接方式存在着以下几个问题1、维护困难、成本高。当电缆线路发生故障或者要更改线路时，势必要重新铺设电缆，这一方面现场施工有一定困难，另一方面原有线路被抛弃而无法利用，显然会造成浪费而增加成本。2、灵活性差。网络架设好后，要进行变更是相当困难的，而增加设备又要铺设更多的电缆，随着年代的增长，甚至会出现电缆线路已饱和无法再重新铺设更多的电缆这样的问题。3、适用范围窄。有线方式对于地域广，设备分散的应用场合并不适用，因为铺设电缆难度大且不太方便。显然，采用无线方式的需求越来越迫切，同时事实也证明，无线网络技术更有利于现场数据的控制和管理。目前，无线网络技术已经有了长足的发展，在很多场合都有了广泛的应用。随着无线网络技术的深入研究和不断推广，工业无线网络以其组网灵活、投资少、维护简单等优点正在成为工控领域的应用热点。工控领域中应用的无线网络技术有好几种，其中的无线 Hart协议由于其对现有Hart设备仪表的良好兼容性而有着更广泛的应用前景。无线Hart是一种专门为工业过程自动化应用设计的无线网格型网络通信协议，无线Hart标准于2007年正式发布，其以Hart协议为基础，采用工作于2. 4GHz ISM (Industrial Scientific Medical工业、科学、医学)射频频段，具有安全、稳健的网格拓扑联网技术。无线Hart向后兼容于现有的Hart设备仪表，并进行了功能补充和应用拓展，现有的Hart应用无需进行任何软件升级，都可以利用无线Hart协议。
发明内容
本发明针对现有有线工业自动化现场设备仪表存在的不足，提供了一种基于无线 Hart协议的智能仪表在线诊断与管理系统，不影响工厂现有运行的Hart仪表数字信号采集方法及相应的设备装置，利用无线Hart网络技术采集智能仪表的数字信息，并对信息进行分析，从而实现对智能仪表的在线诊断、设置和管理，改善质量，提高控制系统的可靠性和安全性。本发明包括无线Hart现场设备仪表、无线网络模块、网络管理器、应用服务模块， 所述无线Hart现场设备仪表通过无线网络模块与应用服务模块通信，网络管理器实现对无线网络的配置、调度和管理。所述的无线Hart现场设备仪表包括无线Hart设备仪表和带有无线Hart适配器的传统Hart设备仪表。所述的无线网络模块包括一个无线Hart网关，还包括与所述无线Hart网关分别连接的若干AP接入点，以及分别与所述AP接入点通讯连接的无线Hart手持设备。整个无线Hart网络采用Mesh网络结构，网络中的每台无线Hart设备仪表都可以通过AP接入无线Hart网关和工厂通信网络的应用服务模块通信，此外，一台无线Hart设备仪表还可以直接与下一台最近的其他设备仪表通信，而不必通过网关，同时，无线Hart手持设备支持从邻近无线Hart现场设备仪表直接存取信息。所述的应用服务模块包括数据服务器、应用总服务器和若干客户端，所述各客户端分别通过所述应用总服务器与所述数据服务器连接。本发明无线Hart设备仪表通过AP接入点接入无线Hart网关和数据服务器通信， 数据服务器的输出连接到一个总服务器，一个总服务器和各个客户端连接；各无线Hart设备仪表相互之间可以直接通信，传统Hart设备仪表必须通过无线Hart适配器实现无线通信；无线Hart手持设备可以从邻近无线Hart现场设备仪表或者带有无线Hart适配器的传统Hart设备仪表直接存取信息。本发明可实施现场安装，可解析相关设备仪表的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。本发明适用于具有智能仪表的电力、石油、化工等工业领域。
图1为本发明的网络结构连接图。图2为图1中无线Hart适配器的结构框图。图3为本发明的软件体系结构图。图4为本发明的软件功能模块图。
具体实施例方式如图1所示，1为客户端，2为数据服务器，3为应用总服务器，4为网络管理器，5为无线Hart网关，6为AP接入点，7为无线Hart设备仪表，8为传统Hart设备仪表，9为无线 Hart适配器，10为无线Hart手持设备。本发明主要由无线Hart现场设备仪表、无线网络模块、网络管理器4和应用服务模块组成。其中无线Hart现场设备仪表包括无线Hart设备仪表7和带有无线Hart适配器9 的传统Hart设备仪表8 ；无线网络模块包括无线Hart网关5、AP接入点6和无线Hart手持设备10 ；应用服务模块包括应用总服务器3、数据服务器2和客户端1。无线网络中的无线Hart设备仪表7可以通过AP接入点6接入无线Hart网关5 和工厂通信网络的数据服务器2通信，此外，无线Hart设备仪表7相互之间也可以直接通信，而不必通过无线Hart网关5。对于传统Hart设备仪表8则可以通过加载无线Hart适配器9来实现无线通信。同时，无线Hart手持设备10支持从邻近无线Hart现场设备仪表 7或者带有无线Hart适配器9的传统Hart设备仪表8直接存取信息。网络管理器4负责配置网络、调度设备之间的通信、管理路由表以及监测报告网络的状态。无线Hart网关5负责采集和传输无线Hart设备仪表7和带有无线Hart适配器 9的传统Hart设备仪表8的数字信号，通过工厂网络传送给数据服务器2，由通讯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3主要功能是对现场智能设备仪表进行组态与监控，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设备仪表的监控信息，连接情况等。如图2所示，无线Hart适配器9的硬件电路包括电流检测和Hart通信线路、 环路取电电路、微控制器及射频部分。电流检测使用了具有良好共模电压抑制效果的高端电流放大器对环路采样电阻的电压进行放大后进行AD采集，HART通信线路则使用 Hart调制解调芯片实现与Hart设备仪表间的数据交换；环路取电电路采用集成一体化的并联稳压电源芯片，其工作电流范围为10 μ A至20mA，输出电压可通过电阻调整，为 1. 24V至5. 3V ；微控制器及射频部分是适配器的硬件核心，一款成熟的集成无线通信模块 WIAPA-M1800，WIAPA-M1800是一种低能耗、短程无线通信设备，工作在全球免费的基于工业标准802. 15. 4的2. 4GHz频段。WIAPA-M1800集成了 SIA2420无线模块及WIA-PA核心协议，可以连接现场仪表设备，使其可以接入无线网络中，并且具备网络路由功能。如图3所示，智能仪表在线诊断与在线管理系统采用模块化编程思想，包括用户应用程序、任务调度、数据库以及无线Hart协议栈。无线Hart协议栈模块包括应用和通信两部分，应用部分负责网络的配置和组建，以及通信资源管理，通信部分包括物理层、数据链路层和网络层，分别实现射频通信、链路控制、选路和端到端通信等功能；任务调度模块完成对整个软件模块的任务调度和管理等功能；数据库部分用来存放采集的数据；用户应用程序则根据实际需求，通过任务调度模块调用底层协议栈的相关函数来实现对智能设备仪表的监控、检测、诊断、设置和管理。整个系统采用目前较为流行的服务器/客户机(krver/Client)模式，多个客户端1可以共享服务器3的实时信息，用户可以通过服务器3远离现场对智能仪表进行检测和维护。这种模式的特点是专业性强，安全性好，交互能力强。无线Hart网关5采集的数据存入指定的数据库中，由应用总服务器3从数据库中读取实时信息，然后通过客户端1进行网络发布。如图4所示，系统主要有九个子系统二十三个功能模块组成组态模块、校准模块、初始化模块、记录跟踪模块，仪表模块，查看模块，曲线图/棒图模块，故障诊断模块，用户管理模块。组态模块，选择相应的组态项进行修改，如位号、描述等；校准模块，修改量程上下限为当前的PV值；初始化模块，对仪表、网关和服务器进行初始化；记录跟踪模块，对操作和报警分别进行记录，操作记录包括对操作时间，操作位号，操作员以及具体操作的记录，便于管理人员及时查看，报警记录包括报警的设备、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；仪表模块，可以观察仪表的当前百分量，量程上下限等；查看模块，对所有在线的设备进行查看，按生产厂商来查看相应的仪表信息，以及对仪表进行删除操作，便于操作员对指定厂商进行查看，便捷有效；曲线图/棒图模块对仪表的PV值进行记录；故障诊断模块对阀门定位器进行诊断，对现场阀门定位器的维护起到至关重要的作用；用户管理模块，便于用户的登录和责任到个人的操作。
权利要求
1.基于无线HART协议的智能仪表在线诊断与管理系统，其特征在于包括无线Hart 现场设备仪表、无线网络模块、网络管理器、应用服务模块，所述无线Hart现场设备仪表通过无线网络模块与应用服务模块通信，网络管理器实现对无线网络的配置、调度和管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线HART协议的智能仪表在线诊断与管理系统，其特征在于所述的无线Hart现场设备仪表包括无线Hart设备仪表和带有无线Hart适配器的传统Hart设备仪表。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线HART协议的智能仪表在线诊断与管理系统，其特征在于所述的无线网络模块包括一个无线Hart网关，还包括与所述无线Hart网关分别连接的若干AP接入点，以及分别与所述AP接入点通讯连接的无线Hart手持设备。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线HART协议的智能仪表在线诊断与管理系统，其特征在于所述的应用服务模块包括数据服务器、应用总服务器和若干客户端，所述各客户端分别通过所述数据服务器与所述应用总服务器连接。
全文摘要
基于无线HART协议的智能仪表在线诊断与管理系统，涉及基于无线Hart协议的智能仪表在线诊断和管理系统。无线Hart现场设备仪表、无线网络模块、网络管理器、应用服务模块，所述无线Hart现场设备仪表通过无线网络模块与应用服务模块通信，网络管理器实现对无线网络的配置、调度和管理，或实现对智能仪表的在线诊断、设置和管理，改善质量，提高控制系统的可靠性和安全性。
文档编号H04L29/08GK102223403SQ20111014901
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者潘操, 王洪元, 高晋树 申请人:常州大学