和利時推出HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)

1 概述

隨著儀器儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的智能儀表應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，選擇使用智能儀表實現(xiàn)工廠自動化生產(chǎn)已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，而智能設(shè)備管理產(chǎn)品也逐漸成為工業(yè)過程控制領(lǐng)域一項不可或缺的重要組成部分。

目前許多工業(yè)現(xiàn)場已安裝的自動化設(shè)備，在數(shù)量和復(fù)雜程度上都不斷的增長，智能設(shè)備（HART\FF\Profibus）投資占了總資產(chǎn)的主要部分，該類儀表對于工廠的生產(chǎn)和運行有著重要的影響，國內(nèi)工廠管理層逐漸重視和關(guān)注設(shè)備管理維護類產(chǎn)品的價值，以求實現(xiàn)企業(yè)運行最優(yōu)化的目標(biāo)。而國內(nèi)生產(chǎn)廠商也逐漸開始進行對設(shè)備集成技術(shù)的研究和開發(fā)，并力求將EDDL技術(shù)和FDT技術(shù)進行結(jié)合使用，從而可發(fā)揮兩種技術(shù)各自的優(yōu)勢，也滿足用戶對不同技術(shù)產(chǎn)品的需求。

和利時公司目前已對這兩種技術(shù)（EDDL、FDT/DTM）進行了大量的研究和驗證，并將設(shè)備集成技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)進行緊密結(jié)合，應(yīng)用到設(shè)備管理維護類產(chǎn)品的開發(fā)中，推出的相應(yīng)產(chǎn)品HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)（簡稱：HAMS系統(tǒng)）支持對工廠儀表的遠程配置與診斷、在線調(diào)校、標(biāo)定管理、預(yù)測性維護以及日志記錄跟蹤等功能。HAMS提供的設(shè)備管理與維護功能，使智能設(shè)備能夠發(fā)揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本，為用戶提供一個快速方便統(tǒng)一的管理平臺，使得工廠能夠在減少操作、降低維護工作量和減少運營成本的同時，大幅提高工廠設(shè)備的可用性、生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。

2 現(xiàn)場總線設(shè)備集成技術(shù)

設(shè)備集成（Device Integration）技術(shù)是在自動化控制系統(tǒng)中集中的調(diào)用現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)和功能，充分利用網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化技術(shù)，整合不同廠商、不同類型、不同協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備的一種技術(shù)。集成的目標(biāo)是用一種標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)將不同現(xiàn)場總線系統(tǒng)、不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備集成在一起，對于最終用戶而言，面對的是統(tǒng)一的操作流程和訪問方法。

目前，較為流行的兩種設(shè)備集成技術(shù)包括：電子設(shè)備描述語言EDDL（Electronic Device Description Language）和現(xiàn)場設(shè)備工具/設(shè)備類型管理器（Field Device Tool/Device Type Management）。和利時公司將這兩種技術(shù)充分融合到設(shè)備管理系統(tǒng)產(chǎn)品，實現(xiàn)了EDDL和FDT兩種技術(shù)的結(jié)合使用，有利于發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢。

2.1 與EDDL技術(shù)的集成

EDDL是一種基于文本的電子設(shè)備描述語言，設(shè)備制造商使用這種標(biāo)準(zhǔn)的文本語言對設(shè)備參數(shù)和參數(shù)訪問方式進行描述，生成EDD文件。上位機軟件工具通過特定的EDDL語言解釋器解釋EDD，為用戶生成一個操作界面和相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備信息。

EDD技術(shù)是將FF、HART和Profibus現(xiàn)場總線集成到主系統(tǒng)的軟件技術(shù)，通過使用一種電子文件（EDD文件），按一種公共語言來描述智能設(shè)備，以一種機器可讀格式，通過手操器或應(yīng)用軟件（DCS配置工具或者智能設(shè)備管理軟件）進行通信，它使上述三種現(xiàn)場總線集成到同一軟件工具中成為可能。

l HART總線與EDDL技術(shù)的集成

HART設(shè)備采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言DDL/EDDL。現(xiàn)場設(shè)備開發(fā)商采用EDDL標(biāo)準(zhǔn)語言描述設(shè)備特性，并由HART基金會負責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運用DDL技術(shù)來理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)專用接口。

和利時HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)嵌入了FDT應(yīng)用框架的功能接口，允許各種協(xié)議的設(shè)備DTM在HAMS系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)對各種協(xié)議設(shè)備的組態(tài)配置和診斷，下圖為支持FF協(xié)議的美卓ND9000閥門定位器設(shè)備DTM在HAMS系統(tǒng)中的運行界面。

3 HAMS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于目前大部分自動化工廠對于眾多儀表維護的現(xiàn)狀和困難，和利時公司針對工廠設(shè)備資產(chǎn)管理提供了良好的解決方案產(chǎn)品HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)，該產(chǎn)品以HART、FF、Profibus等總線技術(shù)為基礎(chǔ)，以國外先進設(shè)備集成技術(shù)EDDL和FDT/DTM為技術(shù)手段，集數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析、遠程配置與診斷、在線調(diào)校、標(biāo)定管理、預(yù)測性維護、日志記錄跟蹤、設(shè)備資產(chǎn)管理功能于一體。HAMS提供的設(shè)備管理與維護功能，使智能設(shè)備自身能夠發(fā)揮最大的生產(chǎn)效益，減少儀表的損耗并降低維護成本，為用戶提供一個快速、方便、統(tǒng)一的管理平臺，不僅可以使工廠在減少操作、維護的工作量和運營成本，大幅提高工廠設(shè)備的可用性、生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以實現(xiàn)HAMS系統(tǒng)與DCS的無縫集成。

3.1. HAMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HAMS系統(tǒng)由兩部分組成：HAMS信息平臺和HAMS工作站。HAMS系統(tǒng)上層可與信息管理網(wǎng)相連，并通過HAMS信息平臺利用Internet網(wǎng)可訪問所有HAMS工作站相應(yīng)的設(shè)備資產(chǎn)信息，并且對設(shè)備的相關(guān)信息進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，有利于工廠資產(chǎn)優(yōu)化，并為上層管理層建立合理的維護策略提供依據(jù)。

HAMS工作站部署于中央控制室，并作為客戶端與DCS系統(tǒng)的控制網(wǎng)連接，對于DCS系統(tǒng)現(xiàn)場儀表的HART信息，可直接通過HART I/O卡件實現(xiàn)對HART智能儀表的管理和維護，同時HAMS系統(tǒng)支持直接導(dǎo)入DCS的工程組態(tài)信息，不需要重新手動組態(tài)，也不需要增加任何的額外硬件，省時、省力并降低了大量硬件成本；若I/O卡件不帶HART協(xié)議功能或與第三方系統(tǒng)進行相連，則可選擇多路轉(zhuǎn)換器，HART儀表的信息通過多路轉(zhuǎn)換器的RS-485接口經(jīng)串行通信到HAMS系統(tǒng)。HOLLiAS 智能設(shè)備管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3.2. HAMS主要功能

HOLLiAS設(shè)備管理軟件（HAMS）的主要功能有：

1) 多種儀表統(tǒng)一管理

HAMS系統(tǒng)對所有（不同廠商，不同類型-壓力變送器、閥門等，不同協(xié)議類型-HART、FF等）設(shè)備的操作提供了統(tǒng)一的用戶界面和操作方法，從而避免了操作人員需要熟悉多種特定的配置軟件的環(huán)節(jié)，也為工廠節(jié)省了由于多種配置軟件產(chǎn)生的升級和培訓(xùn)費用等。

HAMS提供友好直觀的中文界面，多窗口、多視圖的分布結(jié)構(gòu)，使得用戶可以同時查看多個儀表的狀況信息。同時，用戶可按照自己的喜好任意拖放排列不同窗口：設(shè)備列表窗口、設(shè)備管理窗口、設(shè)備參數(shù)窗口，用戶可根據(jù)自己的操作習(xí)慣進行設(shè)置。

2) 遠程管理

不需要進入現(xiàn)場，操作人員在中控室就可遠程獲取或設(shè)置現(xiàn)場所有智能儀表的參數(shù)，查看儀表的健康狀況。同時，支持對在線對儀表的調(diào)校、調(diào)整量程和零點等。在安全區(qū)域就可解決設(shè)備維護問題，大大減少了維護人員出現(xiàn)在危險區(qū)域的幾率，將維修時間和風(fēng)險降到最低限度。為適應(yīng)不同用戶的需求，HAMS軟件提供兩種參數(shù)組態(tài)界面供用戶使用，對儀表的遠程操作和診斷進行了分類管理。

3) 預(yù)測性維護

通過對儀表當(dāng)前運行狀態(tài)的診斷和分析，可實現(xiàn)對智能儀表進行的預(yù)測性維護，不需要每日進行例行檢查維護，只需要設(shè)置維護條件和觸發(fā)條件，在設(shè)備即將發(fā)生故障時給出報警提示和建議性的解決方案，從而降低了儀表故障率，延長了儀表的使用壽命降低了運行和維護成本；

4) 標(biāo)定管理

HAMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)的標(biāo)定功能支持對設(shè)備標(biāo)定方案的設(shè)定、設(shè)備標(biāo)定預(yù)約和設(shè)備標(biāo)定數(shù)據(jù)的管理，并且HAMS可以對標(biāo)定方案、標(biāo)定計劃的創(chuàng)建、保存、更改等過程進行跟蹤。通過標(biāo)定管理，操作員可輕松設(shè)計標(biāo)定方案，僅需輸入校驗周期、校驗點數(shù)、儀表精度，系統(tǒng)將自動生成校驗方案。

HAMS系統(tǒng)對標(biāo)定結(jié)果自動進行分析和處理，并生成標(biāo)定報告和標(biāo)定趨勢曲線，自動生成誤差趨勢報告，用戶可以根據(jù)標(biāo)定誤差曲線判斷儀表老化程度；HAMS系統(tǒng)可生成標(biāo)定報表，記錄從標(biāo)定任務(wù)的下達到任務(wù)的完成全過程。

5) 操作日志追蹤

對操作員所做的任何操作， HAMS都能進行記錄和追蹤，記錄的信息包括設(shè)備組態(tài)與參數(shù)修改記錄、報警與操作記錄、標(biāo)定管理以及工作票管理過程中涉及的所有操作等。同時日志記錄進行分類顯示，記錄每次操作產(chǎn)生的時間、操作用戶、操作原因等，并且可以對所有的歷史日志進行篩選、查詢和打印；

6) 報表管理

HAMS能提供報表管理功能，可以自定義報表的格式，并進行打印，可打印的數(shù)據(jù)應(yīng)包括設(shè)備標(biāo)定相關(guān)信息、設(shè)備維護相關(guān)信息、設(shè)備診斷相關(guān)信息、設(shè)備報警相關(guān)信息、日志信息等。

7) 用戶權(quán)限管理

HAMS提供強大的用戶管理功能，可以滿足對不同用戶權(quán)限的分級管理需求，對操作用戶進行分級、行分類管理，如操作員和工程師等，并可對每個用戶進行不同權(quán)限的分配，并且用戶所具有的權(quán)限應(yīng)定義到具體的項，如是否有組態(tài)功能、是否有臺帳添加刪除功能、是否有配置功能等，同時支持多用戶間的切換操作。

3.3. HAMS設(shè)計方法

HAMS系統(tǒng)采用組件式開發(fā)方法，所有的功能模塊都是單獨的一個COM組件。根據(jù)系統(tǒng)的總體需求規(guī)格，劃分為17個功能模塊進行設(shè)計實現(xiàn)，分別是：主框架、調(diào)度與控制模塊、監(jiān)視與維護模塊、設(shè)備驅(qū)動管理模塊、報警管理模塊、預(yù)測性維護管理模塊、標(biāo)定管理模塊、報表管理模塊、工作票模塊、臺帳管理模塊、日志管理模塊、用戶管理模塊、數(shù)據(jù)與信息管理模塊、數(shù)據(jù)庫接口模塊、Web接口模塊、OPCServer模塊、信息平臺模塊等。

HAMS的功能結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

3.3.1 EDDL管理模塊設(shè)計

EDDL管理模塊負責(zé)所有HART、FF設(shè)備列表的顯示、配置，所有EDD文件的解析、界面顯示等功能；由于HART、FF協(xié)會分別對EDD源文件進行了編譯，所以HAMS分別對FF和HART進行了處理。

HART協(xié)會將設(shè)備廠商提供的設(shè)備EDD源文件，經(jīng)HCF提供的編譯工具DD-IDE編譯后生成的目標(biāo)文件為二進制文件格式(.fms/.fm6/.fm8), .fms/.fm6/.fm8分別對應(yīng)不同版本的DD-IDE工具生成的目標(biāo)文件。HAMS集成HCF提供的SDC-625進行二進制文件的解析，完成EDD文件的反編譯過程，在HAMS的程序里顯示設(shè)備廠商提供的HART儀表的所有參數(shù)和方法。

FF（Foundation Fieldbus）協(xié)會將設(shè)備廠商提供的EDD源文件，經(jīng)FF提供的編譯工具DD-IDE編譯后生成的目標(biāo)文件后綴為.ffo和.sym，其中.ffo為二進制文件格式。HAMS集成FF提供的AT-401進行二進制文件的解析，在HAMS的程序里顯示由設(shè)備廠商提供的FF儀表的所有參數(shù)和方法。EDD生成、編譯、解析過程如下圖所示。

3.3.2

FDT管理模塊設(shè)計

FDT 管理模塊實現(xiàn)了HAMS 對FDT技術(shù)的支持，它負責(zé)創(chuàng)建、維護、銷毀和管理HAMS軟件整個運行生命周期內(nèi)所有的DTM設(shè)備對象，并對外提供調(diào)用和管理接口，供上層的框架程序使用。通過FDT管理模塊，應(yīng)用層不必關(guān)心FDT技術(shù)在實現(xiàn)方法上的細節(jié)，并且在集成使用上，做到了與EDDL調(diào)用方法的統(tǒng)一，集FDT設(shè)備與EDDL設(shè)備于一個完整統(tǒng)一的框架程序內(nèi)。

FDT管理模塊內(nèi)部的邏輯組成以及與上層框架、數(shù)據(jù)信息管理模塊的關(guān)系如下圖所示：

1) 應(yīng)用層接口:負責(zé)提供對外部的調(diào)用接口，主要包括提供本地DTM設(shè)備的列表信息，傳遞上層框架發(fā)送來的添加設(shè)備、刪除設(shè)備、上線、離線、上載參數(shù)、下載參數(shù)等命令，返回設(shè)備的狀態(tài)及執(zhí)行結(jié)果，返回DTM網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的拓撲結(jié)構(gòu)信息。

2) 本地設(shè)備瀏覽對象：負責(zé)掃描并獲取本地注冊的DTM設(shè)備，并提供所有識別設(shè)備的廠商信息、設(shè)備類型信息、版本信息等，并形成列表通過應(yīng)用層接口供主框架使用；

3) 對象調(diào)度與管理：在接收到應(yīng)用層接口傳遞來的指令后，負責(zé)實現(xiàn)對應(yīng)的具體的操作，如創(chuàng)建DTM設(shè)備對象，刪除DTM設(shè)備對象，與實際物理設(shè)備的通信操作，設(shè)備信息的初始化，打開設(shè)備參數(shù)窗口等。

4) 拓撲信息管理對象：負責(zé)保存和管理當(dāng)前程序中FDT網(wǎng)絡(luò)的樹型拓撲結(jié)構(gòu)，其受對象及調(diào)度部分控制，在必要時對外提供FDT網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)信息；

5) 外部接口訪問管理：DTM設(shè)備提供了供外部直接訪問其內(nèi)部信息的接口，外部接口訪問管理相當(dāng)于再其基礎(chǔ)上又進行了封裝，可進行數(shù)據(jù)處理或安全控制等功能的實現(xiàn)；

6) 永久數(shù)據(jù)管理模塊：與外部的數(shù)據(jù)與信息管理對象直接交互，負責(zé)設(shè)備DTM設(shè)備信息的保存與恢復(fù)工作。

7) DTM對象：通信DTM、網(wǎng)關(guān)DTM、設(shè)備DTM對象，所有這些對象被對象管理及調(diào)度部分創(chuàng)建和銷毀，并接受其控制；

8) 遠程通信代理模塊：實現(xiàn)C/S結(jié)構(gòu)下遠程通信的功能；

FDT 管理模塊的外部接口如下：

1) IToplog 接口：負責(zé)提供當(dāng)前FDT物理網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)信息；

2) IDevice 接口：負責(zé)相應(yīng)上層框架發(fā)送來的操作指令；

3) IDeviceStatus接口：負責(zé)提供指定設(shè)備的狀態(tài)信息；

4) IBrowser接口：負責(zé)獲取本地設(shè)備的列表及其DTM的詳細信息；

5) IDeviceProxy：提供直接訪問設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)及信息的接口；

6) IFDTManageCallBack:FDT管理模塊的回調(diào)接口，負責(zé)主動通知上層應(yīng)用框架；

4 結(jié)論

HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)（HAMS）利用EDDL和FDT技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的維護操作方式，并有效的管理了工廠當(dāng)前的資產(chǎn)，可大大降低運行和維護成本，優(yōu)化了生產(chǎn)控制過程，從而達到提升工廠整體維護管理水平、提高生產(chǎn)力、實現(xiàn)企業(yè)運行最優(yōu)化的目標(biāo)。

EDDL和FDT技術(shù)各有利弊，和利時公司利用相關(guān)集成技術(shù)手段將兩種技術(shù)集成在同一個系統(tǒng)里，充分利用了兩種技術(shù)的優(yōu)點，可以給現(xiàn)場用戶帶來更多的先進體驗。

EDDL合作組織（ECT）和FDT集團（FDT Group）已經(jīng)達成一致，將共同致力于設(shè)備集成的統(tǒng)一方案FDI（Future Device Integration）。FDI的主要特點是：基于Client/Server架構(gòu)的通用體系、獨立于平臺和操作系統(tǒng)、獨立于上位機系統(tǒng)、與現(xiàn)存的基于EDDL和DTM的設(shè)備描述兼容、基于OPC UA統(tǒng)一架構(gòu)、適用于任何現(xiàn)場設(shè)備通信技術(shù)、適用于分層的異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓撲等。我們期待新技術(shù)帶給工業(yè)現(xiàn)場更多的便利。(杭州和利時公司供稿）