摘要：本文分析了電廠的現狀，提出為了充分發揮廠級SIS與MIS系統的功能和提高系統對現場設備的故障診斷能力，就要使現場設備級實現數字化。介紹了FDT/DTM技術的工作原理和利用FieldCare在Hart與Profibus系統中集成工廠資產管理系統的方法，應用的實踐證明此系統能夠有效地提高系統的可靠性和現場設備的故障診斷能力，并且明顯的降低了現場設備的維護費用。 關鍵詞：電廠　數字化　工廠資產管理系統　FDT/DTM技術　FieldCare 1　前言 隨著科技的發展，火電廠的自動控制系統經歷了單回路控制器、多回路控制器和集散控制系統（DCS）等幾個階段。目前DCS系統已經廣泛應用于電廠的各種控制過程中，DCS應用技術已經基本成熟。但是，由于在DCS系統中，現場儀表仍然采用常規的模擬量儀表，其輸出標準的4～20mA模擬信號給DCS的輸入模塊，操作員根據儀表提供的標準4～20mA模擬信號了解工藝參數的變化和現場設備的運行狀態，而現場儀表的參數設置只能在實驗室或者在現場就地完成。 一般來說，火電廠控制和管理系統分為三級：廠級（SIS、MIS、BPS）、機組（車間）級（DCS、PLC）和現場設備級。二十世紀九十年代，機組（車間）級控制系統已全部實現數字化，控制水平有了飛躍發展。近六七年中，數字化正迅速向廠級發展，新建電廠普遍建立了廠級SIS和MIS的網架，并配置了故障診斷、狀態檢修及性能優化等監控和管理軟件。廠級信息化的要求，很快推動了廠級數字化和網絡化的形成。 由于現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，采用傳統現場監控設備，系統采集到的信息很少，僅能滿足低水平監控要求。一個電廠有幾千臺現場監控設備（包括現場儀表、被控閥門和電氣開關等），很多現場設備都是智能設備，可以提供故障預測、診斷和遠程調試及維護等所需的數據，但是這些數據卻無法傳輸到系統中去。 同時，由于DCS系統的主要功能是對電廠中的各個工藝過程進行監控，達到工藝所要求的性能指標。即使智能現場設備的參數以及故障診斷等數據能夠傳輸到DCS系統中，傳統的DCS系統也不能對這些信息進行處理，仍然采用傳統的方法對現場設備進行參數設置、故障診斷和維護，造成了系統資源的巨大浪費。 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技術的工廠資產管理軟件FieldCare實現對現場設備進行遠程參數設置、故障診斷和維護的方法。 2　FDT/DTM（Field Device Tool/ Device Type Manager）技術 現在一個典型的工廠都安裝有幾千臺甚至幾萬臺智能現場設備，它們是由很多的設備供應商提供的。在系統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化的性能，還必須對其進行參數設置、標定和維護，這些工作一般由相應設備生產廠家提供的調試工具來完成。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試廠家生產的智能現場設備的。這不但增加了設備生產商和用戶的工作量，而且使他們付出更多額外的費用。隨著現場設備復雜性的增加，所需的工作量以及發生各種錯誤的可能性也隨之增加。另外，智能現場設備都是以某種通信協議（Hart、Profibus和FF等）向系統傳輸數據的，因此，相應的調試工具也是基于通信協議的。 FDT/DTM技術提供標準的方法來管理現場設備。為了實現先進的設備管理，設備生產商需要研發設備的用戶接口。FDT是真正的開放性技術，不用考慮現場總線協議、設備生產商和具體的設備類型，就可以很容易的表示設備數據。基于FDT技術的調試工具為任意生產商生產的任意設備提供相同的操作環境，即使物位儀表和閥門定位器這樣復雜的現場設備也能很簡單的進行組態和操作。FDT技術使應用與現場之間實現了無縫的數據交換，并且數據交換與設備類型、生產商和通信協議無關。 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定義現場設備如何與框架應用程序交換信息。類似于打印機的驅動程序，DTM包含一些設備特有的信息，例如：設備數據和功能等。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，它可以是現場設備的參數設置與組態工具、工程工具或者資產管理工具，并且對所有通信協議都是開放的。 2.2　設備DTM 設備DTM是由設備制造商研發的軟件，它封裝了所有的設備特定數據、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在內的所有設備參數的訪問。 2.3　通信DTM 網關、多路轉接器等通信設備需要通信DTM將數據在不同協議間進行轉換。通信DTM是集成在系統中的標準接口，在系統的任何層次提供對現場設備數據的透明訪問。有了通信DTM，就可以在設備組態工具中復制工廠的通信網絡結構。 3　FDT技術的工作原理 系統供應商生產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場設備交互，設備DTM供應商創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。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和主機系統特定的驅動程序。主機系統特定的驅動程序負責從PC機到現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場總線協議的通信DTM，這樣可以保證計算機、網絡、接口卡和主機系統的通信協議對現場設備DTM來說是透明的。 4　工廠資產管理系統FieldCare在電廠中的應用 FieldCare軟件是Endress+Hauser公司基于FDT/DTM技術的工廠資產管理系統，可以對現場儀表、執行機構、驅動設備、網關、遠程I/O和控制器等工廠資產實行組態與參數設置、故障診斷和前瞻性維護。FieldCare可以通過設備DTM讀取現場設備中的所有信息，然后根據現場需求對設備進行相應的組態和參數設置。讀取現場設備的狀態信息，可以檢查設備的使用情況，FieldCare的狀態監控（Condition Monitoring）功能可以顯示現場設備的狀態，并且能夠定位故障測量點，給出現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。總線掃描功能可以自動掃描連接在網絡上的所有智能設備，自動給現場設備分配相應的DTM，并且可以判斷設備與分配的設備DTM的匹配程度。 雖然目前電廠的現場設備級還沒有實現數字化，現場設備仍然以模擬量的形式向控制器傳送測量值，但是由于現場儀表都是具有Hart通信協議的智能儀表，因此仍然可以通過Hart通信協議集成獨立的工廠資產管理系統。具體集成方法如圖4。 [align=center] 圖4　基于Hart通信協議的工廠資產管理系統[/align] 對于現場總線系統，儀表與系統采用數字信號交換信息，使運行人員在控制室就可以很容易地完成現場智能儀表的參數設定、狀態監控和故障診斷，保證了系統的安全可靠運行。適應了現代化管理的要求，能夠有效減少運行維護成本，降低工程費用，因此，電廠數字化對電力企業追求投資效益最大化具有重要意義。使用FieldCare在Profibus總線系統中集成工廠資產管理系統的方法見圖5。 [align=center] 圖5　基于Profibus總線的工廠資產管理系統[/align] 從圖4和圖5可以看出，獨立于控制系統的工作站，可以單獨集成一個工廠資產管理工作站，此工作站中的FieldCare可以通過通信設備與現場設備通信，讀取現場設備的數據，并對之進行有效的管理。控制和管理功能分別由不同的工作站實現，互不干擾，從而使控制和管理的性能更加優化。 5　結論 本文首先分析了電廠中自動控制系統的現狀以及發展趨勢，如果要充分發揮廠級SIS和MIS系統的功能，提高系統的可靠性和故障診斷能力，現場設備級就要實現數字化。詳細介紹了FDT/DTM技術的工作原理以及基于Endress+Hauser公司FieldCare的工廠資產管理系統的特點、功能和集成方法，此管理系統已經成功應用于國內外很多工廠中，應用的實踐證明它能夠有效地提高系統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，推廣應用現場總線，全面實現火電廠數字化[J]。中國電力，2004，37（3）:72-75 [2] 孟麗，現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