摘要：本文分析了電廠的現(xiàn)狀，提出為了充分發(fā)揮廠級SIS與MIS系統(tǒng)的功能和提高系統(tǒng)對現(xiàn)場設備的故障診斷能力，就要使現(xiàn)場設備級實現(xiàn)數(shù)字化。介紹了FDT/DTM技術的工作原理和利用FieldCare在Hart與Profibus系統(tǒng)中集成工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)的方法，應用的實踐證明此系統(tǒng)能夠有效地提高系統(tǒng)的可靠性和現(xiàn)場設備的故障診斷能力，并且明顯的降低了現(xiàn)場設備的維護費用。 關鍵詞：電廠　數(shù)字化　工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)　FDT/DTM技術　FieldCare 1　前言 隨著科技的發(fā)展，火電廠的自動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了單回路控制器、多回路控制器和集散控制系統(tǒng)（DCS）等幾個階段。目前DCS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于電廠的各種控制過程中，DCS應用技術已經(jīng)基本成熟。但是，由于在DCS系統(tǒng)中，現(xiàn)場儀表仍然采用常規(guī)的模擬量儀表，其輸出標準的4～20mA模擬信號給DCS的輸入模塊，操作員根據(jù)儀表提供的標準4～20mA模擬信號了解工藝參數(shù)的變化和現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，而現(xiàn)場儀表的參數(shù)設置只能在實驗室或者在現(xiàn)場就地完成。 一般來說，火電廠控制和管理系統(tǒng)分為三級：廠級（SIS、MIS、BPS）、機組（車間）級（DCS、PLC）和現(xiàn)場設備級。二十世紀九十年代，機組（車間）級控制系統(tǒng)已全部實現(xiàn)數(shù)字化，控制水平有了飛躍發(fā)展。近六七年中，數(shù)字化正迅速向廠級發(fā)展，新建電廠普遍建立了廠級SIS和MIS的網(wǎng)架，并配置了故障診斷、狀態(tài)檢修及性能優(yōu)化等監(jiān)控和管理軟件。廠級信息化的要求，很快推動了廠級數(shù)字化和網(wǎng)絡化的形成。 由于現(xiàn)場設備級還仍然采用一對一的模擬量信號或開關量信號傳輸信息，采用傳統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控設備，系統(tǒng)采集到的信息很少，僅能滿足低水平監(jiān)控要求。一個電廠有幾千臺現(xiàn)場監(jiān)控設備（包括現(xiàn)場儀表、被控閥門和電氣開關等），很多現(xiàn)場設備都是智能設備，可以提供故障預測、診斷和遠程調(diào)試及維護等所需的數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)卻無法傳輸?shù)较到y(tǒng)中去。 同時，由于DCS系統(tǒng)的主要功能是對電廠中的各個工藝過程進行監(jiān)控，達到工藝所要求的性能指標。即使智能現(xiàn)場設備的參數(shù)以及故障診斷等數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)也不能對這些信息進行處理，仍然采用傳統(tǒng)的方法對現(xiàn)場設備進行參數(shù)設置、故障診斷和維護，造成了系統(tǒng)資源的巨大浪費。 本文介紹了FDT/DTM技術的原理和功能，并且詳細介紹了利用Endress+Hauser公司先進的基于FDT技術的工廠資產(chǎn)管理軟件FieldCare實現(xiàn)對現(xiàn)場設備進行遠程參數(shù)設置、故障診斷和維護的方法。 2　FDT/DTM（Field Device Tool/ Device Type Manager）技術 現(xiàn)在一個典型的工廠都安裝有幾千臺甚至幾萬臺智能現(xiàn)場設備，它們是由很多的設備供應商提供的。在系統(tǒng)集成的時候要了解不同廠家設備的差異，為了保證這些設備具有優(yōu)化的性能，還必須對其進行參數(shù)設置、標定和維護，這些工作一般由相應設備生產(chǎn)廠家提供的調(diào)試工具來完成。因此，一個工廠的儀表工程師要熟悉很多廠家的不同工具，這些廠家特定的工具是專門用來調(diào)試廠家生產(chǎn)的智能現(xiàn)場設備的。這不但增加了設備生產(chǎn)商和用戶的工作量，而且使他們付出更多額外的費用。隨著現(xiàn)場設備復雜性的增加，所需的工作量以及發(fā)生各種錯誤的可能性也隨之增加。另外，智能現(xiàn)場設備都是以某種通信協(xié)議（Hart、Profibus和FF等）向系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的，因此，相應的調(diào)試工具也是基于通信協(xié)議的。 FDT/DTM技術提供標準的方法來管理現(xiàn)場設備。為了實現(xiàn)先進的設備管理，設備生產(chǎn)商需要研發(fā)設備的用戶接口。FDT是真正的開放性技術，不用考慮現(xiàn)場總線協(xié)議、設備生產(chǎn)商和具體的設備類型，就可以很容易的表示設備數(shù)據(jù)?；贔DT技術的調(diào)試工具為任意生產(chǎn)商生產(chǎn)的任意設備提供相同的操作環(huán)境，即使物位儀表和閥門定位器這樣復雜的現(xiàn)場設備也能很簡單的進行組態(tài)和操作。FDT技術使應用與現(xiàn)場之間實現(xiàn)了無縫的數(shù)據(jù)交換，并且數(shù)據(jù)交換與設備類型、生產(chǎn)商和通信協(xié)議無關。 FDT技術包含三個重要的組成部分：FDT框架應用程序、現(xiàn)場設備的設備DTM和通信設備的通信DTM。FDT提供了開放性的標準接口DTM，DTM定義現(xiàn)場設備如何與框架應用程序交換信息。類似于打印機的驅(qū)動程序，DTM包含一些設備特有的信息，例如：設備數(shù)據(jù)和功能等。支持FDT技術的框架應用程序由FDT組織授權的供應商提供。通常情況下，框架應用程序具有相同的格式和表示方法。 2.1　FDT框架應用程序 FDT框架應用程序通過標準的接口與DTM進行通信，它可以是現(xiàn)場設備的參數(shù)設置與組態(tài)工具、工程工具或者資產(chǎn)管理工具，并且對所有通信協(xié)議都是開放的。 2.2　設備DTM 設備DTM是由設備制造商研發(fā)的軟件，它封裝了所有的設備特定數(shù)據(jù)、功能和管理方法，并且包含圖形用戶界面。設備DTM提供了對包含高級操作與診斷參數(shù)在內(nèi)的所有設備參數(shù)的訪問。 2.3　通信DTM 網(wǎng)關、多路轉(zhuǎn)接器等通信設備需要通信DTM將數(shù)據(jù)在不同協(xié)議間進行轉(zhuǎn)換。通信DTM是集成在系統(tǒng)中的標準接口，在系統(tǒng)的任何層次提供對現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)的透明訪問。有了通信DTM，就可以在設備組態(tài)工具中復制工廠的通信網(wǎng)絡結構。 3　FDT技術的工作原理 系統(tǒng)供應商生產(chǎn)FDT框架應用程序，在FDT框架應用中，可以打開設備DTM，它是由設備供應商提供的插件程序。圖1是一個FDT框架應用實例。 [align=center] 圖1　FDT框架應用[/align] FDT框架應用有菜單欄、工具欄和導航樹，設備DTM的視圖鑲嵌在FDT框架應用中，見圖2。導航樹是設備位號的列表，用戶可以通過鼠標點擊一個設備位號的方式在FDT框架應用中打開這個設備的DTM。 [align=center] 圖2　FDT中打開的DTM 圖3　儀表的DTM[/align] 設備DTM讓用戶以多種不同的方法與現(xiàn)場設備交互，設備DTM供應商創(chuàng)建良好的圖形用戶界面，很多操作都可以在高級Windows PC 類型的接口中實現(xiàn)。圖3是一個典型的設備DTM，用戶接口中使用了在Windows中常用的圖形。 基于第三方技術的通信DTM，在計算機中提供標準的通信應用程序接口（API），用以連接設備DTM和主機系統(tǒng)特定的驅(qū)動程序。主機系統(tǒng)特定的驅(qū)動程序負責從PC機到現(xiàn)場總線接口卡的通信。 FDT框架應用程序供應商提供其所支持的現(xiàn)場總線協(xié)議的通信DTM，這樣可以保證計算機、網(wǎng)絡、接口卡和主機系統(tǒng)的通信協(xié)議對現(xiàn)場設備DTM來說是透明的。 4　工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)FieldCare在電廠中的應用 FieldCare軟件是Endress+Hauser公司基于FDT/DTM技術的工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以對現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構、驅(qū)動設備、網(wǎng)關、遠程I/O和控制器等工廠資產(chǎn)實行組態(tài)與參數(shù)設置、故障診斷和前瞻性維護。FieldCare可以通過設備DTM讀取現(xiàn)場設備中的所有信息，然后根據(jù)現(xiàn)場需求對設備進行相應的組態(tài)和參數(shù)設置。讀取現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息，可以檢查設備的使用情況，F(xiàn)ieldCare的狀態(tài)監(jiān)控（Condition Monitoring）功能可以顯示現(xiàn)場設備的狀態(tài)，并且能夠定位故障測量點，給出現(xiàn)場設備的詳細故障診斷信息，還可以將故障診斷信息以電子郵件的方式傳送?？偩€掃描功能可以自動掃描連接在網(wǎng)絡上的所有智能設備，自動給現(xiàn)場設備分配相應的DTM，并且可以判斷設備與分配的設備DTM的匹配程度。 雖然目前電廠的現(xiàn)場設備級還沒有實現(xiàn)數(shù)字化，現(xiàn)場設備仍然以模擬量的形式向控制器傳送測量值，但是由于現(xiàn)場儀表都是具有Hart通信協(xié)議的智能儀表，因此仍然可以通過Hart通信協(xié)議集成獨立的工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)。具體集成方法如圖4。 [align=center] 圖4　基于Hart通信協(xié)議的工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)[/align] 對于現(xiàn)場總線系統(tǒng)，儀表與系統(tǒng)采用數(shù)字信號交換信息，使運行人員在控制室就可以很容易地完成現(xiàn)場智能儀表的參數(shù)設定、狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷，保證了系統(tǒng)的安全可靠運行。適應了現(xiàn)代化管理的要求，能夠有效減少運行維護成本，降低工程費用，因此，電廠數(shù)字化對電力企業(yè)追求投資效益最大化具有重要意義。使用FieldCare在Profibus總線系統(tǒng)中集成工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)的方法見圖5。 [align=center] 圖5　基于Profibus總線的工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)[/align] 從圖4和圖5可以看出，獨立于控制系統(tǒng)的工作站，可以單獨集成一個工廠資產(chǎn)管理工作站，此工作站中的FieldCare可以通過通信設備與現(xiàn)場設備通信，讀取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)，并對之進行有效的管理?？刂坪凸芾砉δ芊謩e由不同的工作站實現(xiàn)，互不干擾，從而使控制和管理的性能更加優(yōu)化。 5　結論 本文首先分析了電廠中自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，如果要充分發(fā)揮廠級SIS和MIS系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的可靠性和故障診斷能力，現(xiàn)場設備級就要實現(xiàn)數(shù)字化。詳細介紹了FDT/DTM技術的工作原理以及基于Endress+Hauser公司FieldCare的工廠資產(chǎn)管理系統(tǒng)的特點、功能和集成方法，此管理系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于國內(nèi)外很多工廠中，應用的實踐證明它能夠有效地提高系統(tǒng)的可靠性和故障診斷能力，并且明顯的降低了維護費用。 參考文獻： [1] 侯子良，推廣應用現(xiàn)場總線，全面實現(xiàn)火電廠數(shù)字化[J]。中國電力，2004，37（3）:72-75 [2] 孟麗，現(xiàn)場總線技術在電廠中的應用，全國先進控制技術與儀表裝置應用學術交流會論文集，2004,75-80 [3] User Guide, FDT: Open access to device intelligence, FDT Group, 2005