基于无线HART的智能仪表在线监控系统

　　随着传感技术和无线通信技术的发展，工业无线通信得到了越来越广泛的应用。无线通信的优势表现在:安装成本和运行维护成本低、更换方便、便于升 级、接/插件故障少、移动自由且不受限制、投运快速、可以实际利用微机电系统(MEMS )技术。美国能源部的研究估计，无线传感器网络会为工业现场实现节能10%，降低排放或泄漏15%的目标提供良好的手[1]。

　　虽然HART现场通信协议问世已超过20年，但它的发展依然强劲。至今为止，估计有两千多万台HART设备正在工业领域运行[2]。在此基础 上，HART基金会提出了无线HART协议，该协议兼容现有的所有HART设备，采用了时分多址TDMA、跳频以及无线网格网络MESH等多种技术，是面 向过程测量、过程控制和资产管理全面应用的一种可靠的无线协议，其可以满足工业工厂对于可靠、稳定、安全的无线通信方式的关键需求，并于2008年获得国 际电工标准委员会的认可，成为一种公共可用的规范(IEC/PAS62591 Ed. 1)[3，4]。

　　无线HART通信标准的提出极大地扩展了无线技术在工业自动化领域的应用，把无线技术与现场工业自动化生产过程结合起来，最大限度地利用已有的 生产自动化系统，在不影响原有现场设备正常工作的情况下，构建工厂智能仪表的在线监控系统，实现对各种HART智能仪表的在线诊断、设置和管理显得尤为必 要。笔者将给出一种基于无线HART协议标准的智能仪表在线诊断和管理系统的设计、实现方法。

　　1系统总体架构

　　智能仪表在线诊断和管理系统主要由无线HART仪表、无线HART网络模块、无线HART网络管理器和上位机管理软件组成，系统总体架构如图I所示。

　　无线HART仪表指内置无线HART的仪表，常见类型有无线压力/温度变送器、无线阀门定位器及无线流量计等。对于传统的HART仪表，可以通 过安装无线适配器来实现无线网络通信。无线HART网络模块包括一个无线HART网关、若干无线AP接人点和无线手操器。整个无线HART网络采用 MESH网络拓扑结构，网络中的每台无线HART仪表都可以通过AP接人无线HART网关和工厂网络中的上位机管理软件实现通信。此外，无线HART仪表 之间也可以直接通信，而不必通过网关，同时无线手操器支持从邻近无线HART仪表直接存取信息，方便现场调试。

　　无线HART网络管理器负责配置网络、调度无线仪表之间的通信、管理路由表和监测报告网络的状态。上位机管理软件包括数据服务器、应用总服务器 和客户端。数据服务器主要用来存储采集的各类现场智能仪表的信息;应用服务器的主要功能是对现场智能仪表进行组态与监控，实现任务调度;客户端负责运行用 户程序，提供可视化用户界面，方便用户操作。