和利時推出HOLLiAS設備管理系統
1 概述
隨著儀器儀表和現場總線技術的迅速發展，越來越多的智能儀表應用于工業現場，選擇使用智能儀表實現工廠自動化生產已成為工業自動化領域的發展趨勢，而智能設備管理產品也逐漸成為工業過程控制領域一項不可或缺的重要組成部分。
目前許多工業現場已安裝的自動化設備，在數量和復雜程度上都不斷的增長，智能設備（HART\FF\Profibus）投資占了總資產的主要部分，該類儀表對于工廠的生產和運行有著重要的影響，國內工廠管理層逐漸重視和關注設備管理維護類產品的價值，以求實現企業運行最優化的目標。而國內生產廠商也逐漸開始進行對設備集成技術的研究和開發，并力求將EDDL技術和FDT技術進行結合使用，從而可發揮兩種技術各自的優勢，也滿足用戶對不同技術產品的需求。
和利時公司目前已對這兩種技術（EDDL、FDT/DTM）進行了大量的研究和驗證，并將設備集成技術與現場總線技術進行緊密結合，應用到設備管理維護類產品的開發中，推出的相應產品HOLLiAS設備管理系統（簡稱：HAMS系統）支持對工廠儀表的遠程配置與診斷、在線調校、標定管理、預測性維護以及日志記錄跟蹤等功能。HAMS提供的設備管理與維護功能，使智能設備能夠發揮最大效益，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，大幅提高工廠設備的可用性、生產能力和產品質量。
2 現場總線設備集成技術
設備集成（Device Integration）技術是在自動化控制系統中集中的調用現場設備的數據和功能，充分利用網絡化、智能化、數字化技術，整合不同廠商、不同類型、不同協議的現場設備的一種技術。集成的目標是用一種標準化的技術將不同現場總線系統、不同廠商的現場設備集成在一起，對于最終用戶而言，面對的是統一的操作流程和訪問方法。
目前，較為流行的兩種設備集成技術包括：電子設備描述語言EDDL（Electronic Device Description Language）和現場設備工具/設備類型管理器（Field Device Tool/Device Type Management）。和利時公司將這兩種技術充分融合到設備管理系統產品，實現了EDDL和FDT兩種技術的結合使用，有利于發揮兩種技術的優勢。
2.1 與EDDL技術的集成
EDDL是一種基于文本的電子設備描述語言，設備制造商使用這種標準的文本語言對設備參數和參數訪問方式進行描述，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的現場設備信息。
EDD技術是將FF、HART和Profibus現場總線集成到主系統的軟件技術，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備，以一種機器可讀格式，通過手操器或應用軟件（DCS配置工具或者智能設備管理軟件）進行通信，它使上述三種現場總線集成到同一軟件工具中成為可能。
l HART總線與EDDL技術的集成
HART設備采用統一的設備描述語言DDL/EDDL。現場設備開發商采用EDDL標準語言描述設備特性，并由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。
和利時HOLLiAS設備管理系統嵌入了FDT應用框架的功能接口，允許各種協議的設備DTM在HAMS系統的運行，實現對各種協議設備的組態配置和診斷，下圖為支持FF協議的美卓ND9000閥門定位器設備DTM在HAMS系統中的運行界面。
3 HAMS系統設計與實現
基于目前大部分自動化工廠對于眾多儀表維護的現狀和困難，和利時公司針對工廠設備資產管理提供了良好的解決方案產品HOLLiAS設備管理系統，該產品以HART、FF、Profibus等總線技術為基礎，以國外先進設備集成技術EDDL和FDT/DTM為技術手段，集數據采集與數據分析、遠程配置與診斷、在線調校、標定管理、預測性維護、日志記錄跟蹤、設備資產管理功能于一體。HAMS提供的設備管理與維護功能，使智能設備自身能夠發揮最大的生產效益，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，大幅提高工廠設備的可用性、生產能力和產品質量，而且可以實現HAMS系統與DCS的無縫集成。
3.1. HAMS系統結構
HAMS系統由兩部分組成：HAMS信息平臺和HAMS工作站。HAMS系統上層可與信息管理網相連，并通過HAMS信息平臺利用Internet網可訪問所有HAMS工作站相應的設備資產信息，并且對設備的相關信息進行了數據統計分析，有利于工廠資產優化，并為上層管理層建立合理的維護策略提供依據。
HAMS工作站部署于中央控制室，并作為客戶端與DCS系統的控制網連接，對于DCS系統現場儀表的HART信息，可直接通過HART I/O卡件實現對HART智能儀表的管理和維護，同時HAMS系統支持直接導入DCS的工程組態信息，不需要重新手動組態，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協議功能或與第三方系統進行相連，則可選擇多路轉換器，HART儀表的信息通過多路轉換器的RS-485接口經串行通信到HAMS系統。HOLLiAS 智能設備管理系統的系統結構如下圖所示。
3.2. HAMS主要功能
HOLLiAS設備管理軟件（HAMS）的主要功能有：
1) 多種儀表統一管理
HAMS系統對所有（不同廠商，不同類型-壓力變送器、閥門等，不同協議類型-HART、FF等）設備的操作提供了統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節，也為工廠節省了由于多種配置軟件產生的升級和培訓費用等。
HAMS提供友好直觀的中文界面，多窗口、多視圖的分布結構，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：設備列表窗口、設備管理窗口、設備參數窗口，用戶可根據自己的操作習慣進行設置。
2) 遠程管理
不需要進入現場，操作人員在中控室就可遠程獲取或設置現場所有智能儀表的參數，查看儀表的健康狀況。同時，支持對在線對儀表的調校、調整量程和零點等。在安全區域就可解決設備維護問題，大大減少了維護人員出現在危險區域的幾率，將維修時間和風險降到最低限度。為適應不同用戶的需求，HAMS軟件提供兩種參數組態界面供用戶使用，對儀表的遠程操作和診斷進行了分類管理。
3) 預測性維護
通過對儀表當前運行狀態的診斷和分析，可實現對智能儀表進行的預測性維護，不需要每日進行例行檢查維護，只需要設置維護條件和觸發條件，在設備即將發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) 標定管理
HAMS智能設備管理系統的標定功能支持對設備標定方案的設定、設備標定預約和設備標定數據的管理，并且HAMS可以對標定方案、標定計劃的創建、保存、更改等過程進行跟蹤。通過標定管理，操作員可輕松設計標定方案，僅需輸入校驗周期、校驗點數、儀表精度，系統將自動生成校驗方案。
HAMS系統對標定結果自動進行分析和處理，并生成標定報告和標定趨勢曲線，自動生成誤差趨勢報告，用戶可以根據標定誤差曲線判斷儀表老化程度；HAMS系統可生成標定報表，記錄從標定任務的下達到任務的完成全過程。
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，記錄的信息包括設備組態與參數修改記錄、報警與操作記錄、標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，可打印的數據應包括設備標定相關信息、設備維護相關信息、設備診斷相關信息、設備報警相關信息、日志信息等。
7) 用戶權限管理
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限的分配，并且用戶所具有的權限應定義到具體的項，如是否有組態功能、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設計方法
HAMS系統采用組件式開發方法，所有的功能模塊都是單獨的一個COM組件。根據系統的總體需求規格，劃分為17個功能模塊進行設計實現，分別是：主框架、調度與控制模塊、監視與維護模塊、設備驅動管理模塊、報警管理模塊、預測性維護管理模塊、標定管理模塊、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、數據與信息管理模塊、數據庫接口模塊、Web接口模塊、OPCServer模塊、信息平臺模塊等。
HAMS的功能結構圖如下圖所示：
3.3.1 EDDL管理模塊設計
EDDL管理模塊負責所有HART、FF設備列表的顯示、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協會將設備廠商提供的設備EDD源文件，經HCF提供的編譯工具DD-IDE編譯后生成的目標文件為二進制文件格式(.fms/.fm6/.fm8), .fms/.fm6/.fm8分別對應不同版本的DD-IDE工具生成的目標文件。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的程序里顯示設備廠商提供的HART儀表的所有參數和方法。
FF（Foundation Fieldbus）協會將設備廠商提供的EDD源文件，經FF提供的編譯工具DD-IDE編譯后生成的目標文件后綴為.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的程序里顯示由設備廠商提供的FF儀表的所有參數和方法。EDD生成、編譯、解析過程如下圖所示。
3.3.2
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FDT管理模塊設計
FDT 管理模塊實現了HAMS 對FDT技術的支持，它負責創建、維護、銷毀和管理HAMS軟件整個運行生命周期內所有的DTM設備對象，并對外提供調用和管理接口，供上層的框架程序使用。通過FDT管理模塊，應用層不必關心FDT技術在實現方法上的細節，并且在集成使用上，做到了與EDDL調用方法的統一，集FDT設備與EDDL設備于一個完整統一的框架程序內。
FDT管理模塊內部的邏輯組成以及與上層框架、數據信息管理模塊的關系如下圖所示：
1) 應用層接口:負責提供對外部的調用接口，主要包括提供本地DTM設備的列表信息，傳遞上層框架發送來的添加設備、刪除設備、上線、離線、上載參數、下載參數等命令，返回設備的狀態及執行結果，返回DTM網絡當前的拓撲結構信息。
2) 本地設備瀏覽對象：負責掃描并獲取本地注冊的DTM設備，并提供所有識別設備的廠商信息、設備類型信息、版本信息等，并形成列表通過應用層接口供主框架使用；
3) 對象調度與管理：在接收到應用層接口傳遞來的指令后，負責實現對應的具體的操作，如創建DTM設備對象，刪除DTM設備對象，與實際物理設備的通信操作，設備信息的初始化，打開設備參數窗口等。
4) 拓撲信息管理對象：負責保存和管理當前程序中FDT網絡的樹型拓撲結構，其受對象及調度部分控制，在必要時對外提供FDT網絡的拓撲結構信息；
5) 外部接口訪問管理：DTM設備提供了供外部直接訪問其內部信息的接口，外部接口訪問管理相當于再其基礎上又進行了封裝，可進行數據處理或安全控制等功能的實現；
6) 永久數據管理模塊：與外部的數據與信息管理對象直接交互，負責設備DTM設備信息的保存與恢復工作。
7) DTM對象：通信DTM、網關DTM、設備DTM對象，所有這些對象被對象管理及調度部分創建和銷毀，并接受其控制；
8) 遠程通信代理模塊：實現C/S結構下遠程通信的功能；
FDT 管理模塊的外部接口如下：
1) IToplog 接口：負責提供當前FDT物理網絡的拓撲結構信息；
2) IDevice 接口：負責相應上層框架發送來的操作指令；
3) IDeviceStatus接口：負責提供指定設備的狀態信息；
4) IBrowser接口：負責獲取本地設備的列表及其DTM的詳細信息；
5) IDeviceProxy：提供直接訪問設備內部數據及信息的接口；
6) IFDTManageCallBack:FDT管理模塊的回調接口，負責主動通知上層應用框架；
4 結論
HOLLiAS設備管理系統（HAMS）利用EDDL和FDT技術，改變了傳統的維護操作方式，并有效的管理了工廠當前的資產，可大大降低運行和維護成本，優化了生產控制過程，從而達到提升工廠整體維護管理水平、提高生產力、實現企業運行最優化的目標。
EDDL和FDT技術各有利弊，和利時公司利用相關集成技術手段將兩種技術集成在同一個系統里，充分利用了兩種技術的優點，可以給現場用戶帶來更多的先進體驗。
EDDL合作組織（ECT）和FDT集團（FDT Group）已經達成一致，將共同致力于設備集成的統一方案FDI（Future Device Integration）。FDI的主要特點是：基于Client/Server架構的通用體系、獨立于平臺和操作系統、獨立于上位機系統、與現存的基于EDDL和DTM的設備描述兼容、基于OPC UA統一架構、適用于任何現場設備通信技術、適用于分層的異構的網絡拓撲等。我們期待新技術帶給工業現場更多的便利。(杭州和利時公司供稿）
