咨询热线:+(86)10 63308519
您现在所在位置:首页 > 新闻
ABB WirelessHART升级型HART无线适配器
来源: ceasia-china.com作者: Kenny Fu时间:2020-02-13 18:51:20点击:6708

在当今的经济环境下,最大程度利用工厂设施和减少意外停工已成为降低成本和提高生产率的关键因素。目前,过程仪表所获取的潜在的有价值信息仅仅滞留在现场。如果能够创建反馈主控制系统的通信通道,则可监控此类信息。现有的仪表都配备内置 HART 通信协议,但通常在仪表调试时运用。世界范围的无线标准,例如 WirelessHARTTM 的设立,促使 ABB 开发升级其无线适配器,它可安装在现有的 HART 仪表上,为远程状态监控程序 (例如 ABB 的AssetVisionProfessional) 提供低成本高效益的可靠通信通道。 过程仪表采用 HART 通信协议(可寻址远程传感器高速通道开放通信协议),将过程测量结果与诊断信息以数字方式发送至智能主机,例如分布式控制系统 (DCS) 或HART手操器。HART 数字协议作为频移键控 (FSK) 予以实施,被复合到 4 至 20 mA 信号进行输出。作为控制系统的组成部分,有线 HART 设备可与 4 至20 mA 模拟输入/输出模块相连接,无论其是否可以通过 HART 进行通信。如今 HART 已经成为占据绝对优势的仪表通信协议,全球安装了大约 3,000 万台 4 至20 mA HART 仪表。虽然已经出现了更为完善的纯数字总线,它们通常被视为十分复杂 ,但 HART 作为市场领先者的地位仍不可动摇。

滞留在仪表内的有价值信息HART 通信经常在现场仪表调试时使用,HART 手持式通讯工具一般直接与现场仪表相连,其中设置了诸如范围和传感器类型等参数。一旦断开手操器,所有剩余的仪表信息将被滞留在仪表内,除非能够建立返回主机的通讯。据估计,1989 年以来安装的 3,000 万台 HART 仪表中仅有 10% 配备了同主机的通讯功能 1 )。该远程访问将使操作和维护能够全面受益于仪表内的仪表状态及信息,从而实现以下功能:

过程监控

一些仪表 (例如流量计) 经常测量其它过程数据,例如累积值、密度或温度,所有这些都有助于过程监控。

状态监控

过程连接问题 (例如用于差压流量计的插脉冲线检测或通过信号分析进行的控制阀状态监控) 和仪表问题(例如分析仪表的耗件寿命或分析仪探头状态) 监控过程状态。

配置数据库

此数据库用于管理仪表配置和维护检查。滞留于仪表内的信息的价值很大程度上取决于其测量或控制的对象,也取决于仪表本身的能力。例如一些分析仪含有缓冲液以便定期校准,这些缓冲液容器将需要重新注液,这就需要维护警报。其它含有运动部件(例如变频器或阀门) 的设备同样有基于其状态的提前预警的维护需求。当业界致力于应对当前经济下滑时,资产的现场及时维护成为关注的焦点。因此必须寻求各种方法,以经济的、低风险的方式获取滞留于仪表中的有用信息,从而提高工效率。据估计,1989 年以来安装的 3,000 万台 HART仪表中仅有 10 % 配备了返回主机的通道。

获取信息

传统的 4 至 20 mA 控制系统包含可编程逻辑控制器(PLC) 和输入/输出模块,通过集线柜用多芯电缆与现场连接。集线柜包含相关的电源和隔离器或绝缘体。通过连接主机系统的串行链路改进 HART 复用单元, 以便访问 HART 数据。复用器的最佳位置是在集线柜内,每个仪表信号也在柜内依次连接。可以将 HART 复用器添加到现有设备,但是必须注意一些问题,例如: 最新的面板接线图必须正确且随时可用。 为集线柜提供适当的空间。

安装时,每个回路都应与复用器断开。 可能需要等待工厂停工。另一项选择是添加无线网络用以将HART 信息从每个仪表回传至主机系统以便进行适当的监控。因此需要在每个仪表上添加一个无线适配器以传送有价值的信息。通过 4~20 mA 回路或其它电源 (例如电池、局部供电、太阳能) 为该适配器供电。此类解决方案将能以低成本、点对点的方式将仪表添加至无线网络,旨在与资产管理系统进行通信,例如 ABB Asset VisionProfessional (AVP)。为每个仪表添加无线适配器,旨在将信息传送至资产管理系统,例如 ABB Asset VisionProfessional。点对点远程访问的添加逐步安装,颇具成本效益,它不需要对集线柜重新布线或者依赖接线图,因此安装风险更低。 我们应该使用 WiFi 吗?

使用现有无线网络,例如 WiFi 似乎是最佳方式,但稍加考虑便会明白,此类解决方案会带来太多问题。在办公室或家里传输大型文件、以及将电脑和外围设备联网,WiFi 是不错的解决方案,但业界的要求较为苛刻,尤其在保密性与可靠性方面更加脆弱。  WiFi 的保密性足够吗?  WiFi 能否与其它无线网络共存?  WiFi 能否适应不断变化的环境?  我需要新工具支持它吗?人们在使用 WiFi 时经常遇到令人沮丧的问题,尤其当附近存在其它网络时。对于工业现场,当车辆经过工厂或基础设施发生变化 (例如竖立脚手架、添加新设备) 时,无线电环境也会经常变化 (某些情况下,每天如此)。因此简单地通过无线 (WiFi)网络发送 HART 通讯无法提供工业级的解决方案 2)。

无线 HART 是作为业界标准的HART 的又一次革命性步骤。

无线 HART TM 通过构建多级安全、数据认证和返回主机的冗余通道而提供解决方案。这些功能作为标配,因此兼容设备能够通过无线 HART 网络以可靠安全的途径交流数据。由于并未改变工作工具, 因此构建基于 HART 的无线解决方案也具有成本效益, 您只需升级新设备的 HART DD (设备描述) /DTM (设备类型管理器)。 用于仪表的无线 HART TM过程工业非常严谨, 依赖各种标准,且由标准提供低成本和更多的选择。比如,ABB 的厂商也倾向于以标准为基础进行研发, 因此无线 HART 成为首个可用标准也不足为奇。无线 HART 是作为业界标的 HART 的又一次革命性步骤,是 HART 7 3) 规格的组成部分。 由于已经内置了 HART 通信,因此主机系统几乎未有改变。现场有连接无线HART 网关的高速现场总线干线。无线 HART 网关负责构建和准备无线网, 用以将仪表连接至网络。传统的 HART 手操器用于将无线HART 仪表连接至网络。连接时要求连接密钥(加密密钥) 和网络标识。输入这些参数的最安全方式是用手持式设备从短物理连接输入。

无线 HART 采用多种策略满足终端用户对保密性、可靠性和简单性的要求。ABB 将无线 HART 规格应用于其仪表产品,在其中内置了这些策略。无线 HART 与安装的 3,000万 4 至 20 mA HART仪表完全兼容,如需使用无线HART,只需简单应用回路供电插入式升级适配器,并使用升级了 DD 和 DTM的相同的传统 HART 工具。

可靠性

具备无线 HART 功能的设备使用网状网络,该网络配备了备用路由,用以将所获取的信息发回网关和主机系统。如果一条返回路径断开,则自动选择备用路径。当与其它邻近网络共存时,无线HART 采用以下策略,确保在获取信息时对其它采用类似频道的网络所产生的影响最小化。

频道跳变

每条信息自动使用与上一条信息不同的频率,以避开其它网络 (共有 15个频道可供选择) 。

频道评估

发送数据前, 需要测试所选择的传输频道,以查看是否有其它网络使用该频道 (即避免数据冲突)。

短信息

无线 HART 信息非常短 (10 ms 时隙内占用 3 至 4 秒)。

保密性

无线 HART 设备已经内置了保密功能,且无法禁用。最主要的问题在于数据保密和认证。ABB 在无线 HART 仪表中采用的内置无线 HART 功能概况如下:当数据在网状网络传送时采用不同的加密密钥,从而提供更强的保密性。数据经过认证,以确保其通过网络时未被其它工具改变。设备在加入网络时经过认证,以阻止未授权设备的加入。信息很短,且每次跳变时从不同的频道传输,因此很难发现。ABB 已经意识到用户的紧急需求,并着手培训潜在用户,同时支持 HART 通信基金会 (HCF) 在全球举办的一系列技术路演 4)。 无线 HART 适配器升级后的适配器 (NHU200-WL) 是首个可用的 ABB 无线HART 设备。该设备使操作和维护团队能够获取滞留的信息。设计该适配器旨在简化操作和安全时的使用。通过小型化尺寸及使用绿色能源 (能量提取) 已经实现目标,这意味着不再需要电池维持供电或更换电池。 调试适配器适配器可在仪表所用 4 至 20mA 回路内的任何一处连接。通常用仪表上的备用电缆接头或 T 形接头连接 (只需使用一个接头)。适配器的小型化尺寸容易适应附近的障碍,例如阀门的气动连接。另外可以拆下天线更易于安装。

 适配器与目标仪表串连。

 将传统 HART 工具 (手持式或AssetVision) 连接至 4~20 mA 回路,并设置适配器的连接参数 (连接密钥——网络标识)。

 监控加入状态,并在完成后断开HART 工具。适配器现在可以从目标仪表读取信息并发送回主机系统。 使用适配器适配器的主要用途是连接资产评估工具,例如 ABB AVP,用以监控仪表的维护状态 (见 资料库 1 )。AVP 内置了针对 HART 仪表的资产监控设备。它们用于检查仪表的维护状态并提供额外的信息以帮助查找故障。这些资产监控器无需修改即可与无线 HART 适配器一起使用。

ABB 的无线 HART 适配器的设计有助于安装和操作时易于使用。

适配器在安装之后即可将信息从资产评估系统发送至目标仪表,再发回回复。无线 HARTABB 适配器的无线 HART 设备是网络化系统的组成部分,因此测试所有设备是否符合 HCF 既定规格十分重要。所有 ABB 无线 HART设备经过了多种厂商络中的测试,以检查其内置功能的可靠性和安全性。试验场所——BASF (巴斯夫)巴斯夫已经和 NAMUR (过程工业自动化系统用户协会) 5) 一起探求无线 HART 是否提供无线加工测量和控制设备的单独标准。为获取有关问题的信息和答复,已经选择巴斯夫的 Ludwigshafen 试验场所,旨在安装和测试多个无线 HART网络,这些网络配备有包括ABB 在内的多家厂商的设备。BASF (巴斯夫) 的试验始于 2009 年 7月,包括来自 ABB 和其他几个类似设备提供商的预认证和原型设备。它们与来自 ABB 和另一公司的主机系统相连接。NAMUR 已经制定了名为“ 无线自动化要求” 的建议NE124,它将成为某些测试的基础。ABB 对现场安装调试提供了协助。 试验分为两个阶段。第 1 阶段:实验室测试集中于互通性、可用性和响应时间。其它测试包括与诸如 802.11b/g/n 的其它无线电标准的共存 (用WiFi作为范例)。第 2 阶段:应用测试集中在巴斯夫Ludwigshafen 的多家生产厂的安装和操作性能。本阶段用于验证实验室阶段。开发无线 HART 旨在对有线网络进行补充,应用于安装困难、成本高、或者需要第二个维护网络的情况。这些测试的结果可望在 2009 年第四季度出炉。

在此背景下,NAMUR 的研究有助于制造商和标准化机构为无线传感器网络打造统一且独特的 IEC 标准基础。此类统一的无线标准将帮助制造商和终端用户迅速执行无线应用,掌控此项新技术的潜力。NAMUR 的技术研究不再局限于无线HART 标准。其主旨在于应对早期各项标准之间的冲突,并结合当前无线 HART 和 ISA SP100 倡议的优势。 使用无线!仪表级的无线并非替代有线 4 至 20mA 或其它纯数字现场总线。开发无线 HART 的开发旨在对有线网络进行补充,应用于安装困难、成本高、或者需要第二个维护网络的情况。ABB 将继续监控无线标准的开发,并将根据市场需求提供产品。本文阐述了无线适配器的使用,其使用前提是通过添加无线网络进行状态监控或过程监控以升级现有仪表。纯无线设备 (仅配备无线连接的电池供电的仪表) 不属本文的主题范围,此类设备和无线网络的性能达不到关键过程控制和联锁的要求 6)。纯数字仪表 (电池供电) 有足够的能源可供使用,因此过程刷新率 (可变) 通常在 30 秒或数分钟之内。无线仪表与有线版本各具优势,应予以谨慎考虑,它将可能得到 ABB以及 NAMUR 或 HCF 试验场所报告的支持。

> 相关阅读:
> 评论留言:
热门推荐
联系地址: 北京市西城区马连道路25号 企业邮箱:[email protected]
©2019 版权所有©北京中福必易网络科技有限公司  京公安备11010802012124