一、前言

      吉林石化公司是国有大型综合石油化工生产企业，下设20多个分厂，拥有60余套主要生产装置，115种主要产品。吉林石化公司工厂分布广，装置和产品数量多，计量仪表点多面广，位置分散于工厂内外不同区域，客观上存在管理难度大、仪表状态监控不及时、人为因素风险难以防范等诸多实际问题，计量管理工作量大，困难多，伴随较高的管理风险。
     为不断改进和创新计量管理方式，提升企业计量信息化管理水平，适应千亿元现代化产业基地发展需要和炼化企业管控一体化目标，迫切需要利用先进管理工具增强对各类风险的防范能力，真正实现向精细管理要效益。基于上述需求，我们开发建设了一套基于Hart协议的计量仪表实时在线管理系统，实现对计量仪表和计量数据的在线监控和实时自动采集。

     二、系统技术简介

     1.Hart协议
     Hart协议是一种现场总线技术，是用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。Hart装置提供具有相对低的带宽、适度响应时间的通信，经过10多年的发展，Hart技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。
      2.Hart技术特点
      Hart信号是叠加在(4～20)mA信号上的一种数字信号。Hart协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的(4～20)mA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，数据传输率最高为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，保证了与现有模拟系统的兼容性。在Hart协议通信中主要的变量和控制信息由(4～20)mA信号传送，在需要的情况下，仪表的测量数据、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过Hart协议访问，具有Hart接口的仪表仅需在控制室把(4～20)mA信号接入即可。目前，绝大多数计量仪表都支持Hart协议，采用Hart协议具有接线简单、获取仪表信息数据量多的特点，适合系统和仪表的接口，能充分满足计量仪表的在线管理工作。
     3.Hart仪表信号通信
     Hart信号是基于(4～20)mA进行数据采集的，由于其后端往往还有DCS系统，可采用安全栅把其信号一分为二，一路信号给DCS，一路给计量在线管理系统，选择的安全栅要保证其支持Hart协议。如果不采用安全栅，则可以直接把信号接入接线板，接线板提取Hart数字信号后发给Hart多路复用器，(4～20)mA信号发送给DCS或记录仪等。
     用安全栅方式接线比较简单，所以不再图示。图1是不用安全栅而直接通过接线板获取Hart仪表数字信号的接线方式。
现场仪表数据经过接线板，数字信号后端接入Hart多路复用器，从中提取Hart数字信号发送给前端采集计算机，采集计算机通过Hart协议读取各数据表的参数，(4～20)mA信号发送给DCS，相互不干扰。Hart通信协议中提供了标准的过程变量和量程数据，而仪表参数是非标准Hart命令。一般厂家对相关技术参数保密，在系统建设过程中，我们破解了仪表的相关技术协议，实现了仪表参数的自动采集。
     4.Hart技术优势
    (1)相对于(4～20)mA的瞬时采集信号。瞬时采集信号虽然稳定性、可靠性均很高，但只能采集瞬时量，需要在上位机计算累积量，往往会导致上位机计量数据和现场仪表数据不一致，其累积量不能作为计量结算依据。此外，该种方式还无法采集相关仪表参数，如流量系数等关键仪表参数，所以一般只能作为控制系统使用，不能为计量系统所用，而Hart可解决以上问题。
    (2)相对于485、Profibus等其他总线技术，Hart协议有以下主要技术优势:支持Hart协议的仪表数量众多。因为Hart信号作为仪表调试协议，绝大多数仪表尤其是计量仪表都支持Hart协议，如motion (Rose鄄Mount)、E+H、爱默生、横河等行业内领先的品牌厂家都支持Hart协议，而485、Profibus等很多数字信号仪表不支持。Hart协议的规范性和开放性明显要好于其他协议，Hart协议的传输介质是(4～20)mA线。Hart协议是叠加在仪表数据采集线上的数字信号，减少了铺设线缆的工作量和成本。尤其是在石油化工厂内，由于其工艺特点，施工布线的难度和工作量很大，用Hart协议极大地降低了成本。
     (3)Hart协议由于是FSK信号，虽数据传输速度相对略慢，但是由于我们的应用是计量管理，不是控制系统，对数据传输的速度要求不高，Hart仪表的数据自动采集更新频率基本上可以达到秒级，完全能满足计量管理系统的要求。
     综上所述，Hart技术方案应用于计量管理系统，具有技术上实用，经济上有突出优势，适应性上比其他技术方案更广的特点，在计量监控管理上是一种非常具有优势的技术方案。

     三、系统结构

      系统将支持Hart协议或MODBUS标准通信协议的智能计量仪表流量测量数据和仪表参数，通过多路Hart转换器等设备自动采集到实时数据现场服务器，对于RS485和RS232接口的智能仪表数据直接自动采集到现场服务器，再利用公司现有的工业通信网将各区域的现场服务器数据上传至设在公司大楼的数据库服务器，与公司现有的局域网相连，从而实现在整个企业域网内对现场智能计量仪表数据在线监控、数据共享，并经实时数据库管理软件，实现各类系统应用功能。
     该系统不仅要实现流量数据的自动采集，还要实现判定计量仪表运行状态和测量准确性的各类仪表参数的自动采集、实时监控，突出重点计量仪表和测量数据的监控、应用、分析作用。
转载自中国计量网