实现灵活的控制阀故障诊断－－使用PACTware开放软件进行控制阀故障诊断

                                                                图1  HART系统
                                  
    现有工业装置的自动化程度参差不齐，有的未使用先进的控制系统或未能实现现场设备资产管理；有的只部分应用数字式阀门定位器；有的由于控制阀用量少又较分散，使实现控制阀故障诊断的成本高且难度大。这些成为制约实施控制阀预测性维护（性能监视、故障诊断）的原因。一种较为经济、特别适合中小用户的解决方案是不依赖控制系统及其上位管理，采用HART通信的数字式阀门定位器和利用免费的PACTware开放软件平台，实现低成本和灵活的控制阀故障诊断。
    随着数字式阀门定位器的深入研发，控制阀预测性维护所需的状态监测和诊断功能逐渐转移到控制阀本机设备上的诊断体系。以数字式阀门定位器为核心的控制阀数字解决方案，极大提升了控制阀使用性能，使之有一个质的飞跃，进而成为工业现场的智能设备，控制阀预测性维护强化了现场设备动态管理和监测以及设备良好运行的可持续性。
    面临的问题是：现场总线型数字式阀门定位器价位偏高，且大多数的预测性维护依赖于专门的诊断软件、不同的现场总线和控制系统的上位管理；以及现场应用水平不高，部分功能不能发挥作用，致使现阶段控制阀预测性维护成效不显著。再者，现有工业装置的自动化程度参差不齐，有的未使用先进的控制系统或未能实现现场设备资产管理；有的只部分应用数字式阀门定位器；有的由于控制阀用量少又较分散，使实现控制阀故障诊断的成本高且难度大。

                              图2  PACTware软件目前版本为3.6，可以通过互联网登陆进行下载
                                  
     针对国内工业用户HART类型和系统设备存量很大、HART通信容易实现的情况，一种较为经济的解决方案是采用HART通信的数字式阀门定位器和利用免费的PACTware开放软件平台，不依赖现场总线和控制系统及其上位管理，实现灵活的控制阀故障诊断。本文简单叙述HART通信、PACTware 
    开放软件平台，并结合SAMSON公司的3730-3型HART数字式阀门定位器介绍利用PACTware实现控制阀性能监视、故障诊断的预测性维护。
    HART通信
    HART（Highway Addressable Remote Transducer）可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，最初是由美国罗斯蒙特公司（Rosemount，属艾默生公司）在上世纪80年代初发表的，到1989年推出HART 5.1“长指令”后才形成推广态势。HART提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，技术兼有发展、日臻成熟，2007年7月的IEC 61158第四版中正式列为第20种标准类型的现场总线。20多年的应用，已使HART通信从一个过渡性方案发展成为尚能释放很大潜力的通信协议，支持 HART协议的厂商有100多家，认证的HART仪表品种近500种，全球在用HART仪表（包括HART阀门定位器）超过2600万台。我国也有大量的 HART用户，而且1996年国家“九.五”科技重大项目开始对HART技术进行开发，目前已掌握核心技术，具备进一步推广HART技术的条件。HART 通信会与其他类型现场总线一样，在各自适合的范围内持续发展。
    2007年发布、2008年9月被IEC认可的WirelessHARTTM通信规范（HART7.1），更使HART技术有新的飞跃，成为第一个专门为流程工业而设计的开放的可互操作的无线通信标准，满足了工业用户对于可靠、强劲、安全的无线通信方式的迫切需求。同时，HART7.1的向下兼容性能，也为现有用户提供了应用支持。

                                              图3  3730-3型HERT通信数字式阀门定位器
                                  
    HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4~20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通信，数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，成功实现模拟信号和数字信号双向同时通信并无互扰，保证了与现有模拟系统的兼容性。一般情况是主要的控制变量由4~20mA传送，其他的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。
    HART协议参照了国际标准化组织的开放性互连模型，使用OSI标准的物理层、数据链路层和应用层。HART协议规定了传输的物理形式、消息结构、数据格式和一系列操作命令，是一种主从协议。当通信模式为“问答”形式时，一个现场设备只做出被要求的应答。HART协议允许系统中存在2个主设备（例如一个为系统控制，另一个为HART手持式现场通信器）（参见图1），如果不需要模拟信号，多点系统中的一对电缆线上最多可以连接15个从设备。
     HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。

                                                        图4  3730-3型数字式阀门定位器接线图。

    全球主要控制阀（阀门定位器）制造商都生产有HART通信的数字式阀门定位器。
    PACTware开放软件平台
    PACTware过程自动化组态工具（Process Automation Configuration Tool）是一个基于FDT现场设备工具（Field Device Tool）技术、用于操作所有现场仪表、并独立于制造商和现场总线的框架结构软件，是一个免费的开放软件平台。若要不花钱就能熟悉FDT/DTM技术，那么必须了解PACTware软件。这一软件工具目前由公益性的PACTware组织进行推广。
    FDT技术包括三个要素：框架应用程序、设备DTM、通信DTM。DTM是设备类型管理器（Device Type Manager）。PACTware就是一个标准化的框架应用程序，设备DTM是用于现场仪表调整的专有软件模块，在两者之间使用了FDT的标准化接口（通信DTM）。
    PACTware可以独立于各种现场总线并通过各种不同标准的现场总线，访问打开由不同制造商对不同现场仪表创立的设备DTM，全面地调整现场仪表，提供故障诊断和资产管理，最大程度发挥现场仪表功能，使原本封闭的系统环境变为开放的解决方案：一个框架应用程序（PACTware），运行制造商提供的类似文本文件的设备模块（符合FDT标准的设备DTM），通信DTM的驱动程序提供计算机与现场设备的通信，完成对在计算机之外的现场设备物理位置的参数化。

                                        图5  SAMSON网站的PACTware和DTM下载网页。