和利时推出HOLLiAS设备管理系统
1 概述
随着仪器仪表和现场总线技术的迅速发展，越来越多的智能仪表应用于工业现场，选择使用智能仪表实现工厂自动化生产已成为工业自动化领域的发展趋势，而智能设备管理产品也逐渐成为工业过程控制领域一项不可或缺的重要组成部分。
目前许多工业现场已安装的自动化设备，在数量和复杂程度上都不断的增长，智能设备（HART\FF\Profibus）投资占了总资产的主要部分，该类仪表对于工厂的生产和运行有着重要的影响，国内工厂管理层逐渐重视和关注设备管理维护类产品的价值，以求实现企业运行最优化的目标。而国内生产厂商也逐渐开始进行对设备集成技术的研究和开发，并力求将EDDL技术和FDT技术进行结合使用，从而可发挥两种技术各自的优势，也满足用户对不同技术产品的需求。
和利时公司目前已对这两种技术（EDDL、FDT/DTM）进行了大量的研究和验证，并将设备集成技术与现场总线技术进行紧密结合，应用到设备管理维护类产品的开发中，推出的相应产品HOLLiAS设备管理系统（简称：HAMS系统）支持对工厂仪表的远程配置与诊断、在线调校、标定管理、预测性维护以及日志记录跟踪等功能。HAMS提供的设备管理与维护功能，使智能设备能够发挥最大效益，减少仪表的损耗并降低维护成本，为用户提供一个快速方便统一的管理平台，使得工厂能够在减少操作、降低维护工作量和减少运营成本的同时，大幅提高工厂设备的可用性、生产能力和产品质量。
2 现场总线设备集成技术
设备集成（Device Integration）技术是在自动化控制系统中集中的调用现场设备的数据和功能，充分利用网络化、智能化、数字化技术，整合不同厂商、不同类型、不同协议的现场设备的一种技术。集成的目标是用一种标准化的技术将不同现场总线系统、不同厂商的现场设备集成在一起，对于最终用户而言，面对的是统一的操作流程和访问方法。
目前，较为流行的两种设备集成技术包括：电子设备描述语言EDDL（Electronic Device Description Language）和现场设备工具/设备类型管理器（Field Device Tool/Device Type Management）。和利时公司将这两种技术充分融合到设备管理系统产品，实现了EDDL和FDT两种技术的结合使用，有利于发挥两种技术的优势。
2.1 与EDDL技术的集成
EDDL是一种基于文本的电子设备描述语言，设备制造商使用这种标准的文本语言对设备参数和参数访问方式进行描述，生成EDD文件。上位机软件工具通过特定的EDDL语言解释器解释EDD，为用户生成一个操作界面和相应的现场设备信息。
EDD技术是将FF、HART和Profibus现场总线集成到主系统的软件技术，通过使用一种电子文件（EDD文件），按一种公共语言来描述智能设备，以一种机器可读格式，通过手操器或应用软件（DCS配置工具或者智能设备管理软件）进行通信，它使上述三种现场总线集成到同一软件工具中成为可能。
l HART总线与EDDL技术的集成
HART设备采用统一的设备描述语言DDL/EDDL。现场设备开发商采用EDDL标准语言描述设备特性，并由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。
和利时HOLLiAS设备管理系统嵌入了FDT应用框架的功能接口，允许各种协议的设备DTM在HAMS系统的运行，实现对各种协议设备的组态配置和诊断，下图为支持FF协议的美卓ND9000阀门定位器设备DTM在HAMS系统中的运行界面。
3 HAMS系统设计与实现
基于目前大部分自动化工厂对于众多仪表维护的现状和困难，和利时公司针对工厂设备资产管理提供了良好的解决方案产品HOLLiAS设备管理系统，该产品以HART、FF、Profibus等总线技术为基础，以国外先进设备集成技术EDDL和FDT/DTM为技术手段，集数据采集与数据分析、远程配置与诊断、在线调校、标定管理、预测性维护、日志记录跟踪、设备资产管理功能于一体。HAMS提供的设备管理与维护功能，使智能设备自身能够发挥最大的生产效益，减少仪表的损耗并降低维护成本，为用户提供一个快速、方便、统一的管理平台，不仅可以使工厂在减少操作、维护的工作量和运营成本，大幅提高工厂设备的可用性、生产能力和产品质量，而且可以实现HAMS系统与DCS的无缝集成。
3.1. HAMS系统结构
HAMS系统由两部分组成：HAMS信息平台和HAMS工作站。HAMS系统上层可与信息管理网相连，并通过HAMS信息平台利用Internet网可访问所有HAMS工作站相应的设备资产信息，并且对设备的相关信息进行了数据统计分析，有利于工厂资产优化，并为上层管理层建立合理的维护策略提供依据。
HAMS工作站部署于中央控制室，并作为客户端与DCS系统的控制网连接，对于DCS系统现场仪表的HART信息，可直接通过HART I/O卡件实现对HART智能仪表的管理和维护，同时HAMS系统支持直接导入DCS的工程组态信息，不需要重新手动组态，也不需要增加任何的额外硬件，省时、省力并降低了大量硬件成本；若I/O卡件不带HART协议功能或与第三方系统进行相连，则可选择多路转换器，HART仪表的信息通过多路转换器的RS-485接口经串行通信到HAMS系统。HOLLiAS 智能设备管理系统的系统结构如下图所示。
3.2. HAMS主要功能
HOLLiAS设备管理软件（HAMS）的主要功能有：
1) 多种仪表统一管理
HAMS系统对所有（不同厂商，不同类型-压力变送器、阀门等，不同协议类型-HART、FF等）设备的操作提供了统一的用户界面和操作方法，从而避免了操作人员需要熟悉多种特定的配置软件的环节，也为工厂节省了由于多种配置软件产生的升级和培训费用等。
HAMS提供友好直观的中文界面，多窗口、多视图的分布结构，使得用户可以同时查看多个仪表的状况信息。同时，用户可按照自己的喜好任意拖放排列不同窗口：设备列表窗口、设备管理窗口、设备参数窗口，用户可根据自己的操作习惯进行设置。
2) 远程管理
不需要进入现场，操作人员在中控室就可远程获取或设置现场所有智能仪表的参数，查看仪表的健康状况。同时，支持对在线对仪表的调校、调整量程和零点等。在安全区域就可解决设备维护问题，大大减少了维护人员出现在危险区域的几率，将维修时间和风险降到最低限度。为适应不同用户的需求，HAMS软件提供两种参数组态界面供用户使用，对仪表的远程操作和诊断进行了分类管理。
3) 预测性维护
通过对仪表当前运行状态的诊断和分析，可实现对智能仪表进行的预测性维护，不需要每日进行例行检查维护，只需要设置维护条件和触发条件，在设备即将发生故障时给出报警提示和建议性的解决方案，从而降低了仪表故障率，延长了仪表的使用寿命降低了运行和维护成本；
4) 标定管理
HAMS智能设备管理系统的标定功能支持对设备标定方案的设定、设备标定预约和设备标定数据的管理，并且HAMS可以对标定方案、标定计划的创建、保存、更改等过程进行跟踪。通过标定管理，操作员可轻松设计标定方案，仅需输入校验周期、校验点数、仪表精度，系统将自动生成校验方案。
HAMS系统对标定结果自动进行分析和处理，并生成标定报告和标定趋势曲线，自动生成误差趋势报告，用户可以根据标定误差曲线判断仪表老化程度；HAMS系统可生成标定报表，记录从标定任务的下达到任务的完成全过程。
5) 操作日志追踪
对操作员所做的任何操作， HAMS都能进行记录和追踪，记录的信息包括设备组态与参数修改记录、报警与操作记录、标定管理以及工作票管理过程中涉及的所有操作等。同时日志记录进行分类显示，记录每次操作产生的时间、操作用户、操作原因等，并且可以对所有的历史日志进行筛选、查询和打印；
6) 报表管理
HAMS能提供报表管理功能，可以自定义报表的格式，并进行打印，可打印的数据应包括设备标定相关信息、设备维护相关信息、设备诊断相关信息、设备报警相关信息、日志信息等。
7) 用户权限管理
HAMS提供强大的用户管理功能，可以满足对不同用户权限的分级管理需求，对操作用户进行分级、行分类管理，如操作员和工程师等，并可对每个用户进行不同权限的分配，并且用户所具有的权限应定义到具体的项，如是否有组态功能、是否有台帐添加删除功能、是否有配置功能等，同时支持多用户间的切换操作。
3.3. HAMS设计方法
HAMS系统采用组件式开发方法，所有的功能模块都是单独的一个COM组件。根据系统的总体需求规格，划分为17个功能模块进行设计实现，分别是：主框架、调度与控制模块、监视与维护模块、设备驱动管理模块、报警管理模块、预测性维护管理模块、标定管理模块、报表管理模块、工作票模块、台帐管理模块、日志管理模块、用户管理模块、数据与信息管理模块、数据库接口模块、Web接口模块、OPCServer模块、信息平台模块等。
HAMS的功能结构图如下图所示：
3.3.1 EDDL管理模块设计
EDDL管理模块负责所有HART、FF设备列表的显示、配置，所有EDD文件的解析、界面显示等功能；由于HART、FF协会分别对EDD源文件进行了编译，所以HAMS分别对FF和HART进行了处理。
HART协会将设备厂商提供的设备EDD源文件，经HCF提供的编译工具DD-IDE编译后生成的目标文件为二进制文件格式(.fms/.fm6/.fm8), .fms/.fm6/.fm8分别对应不同版本的DD-IDE工具生成的目标文件。HAMS集成HCF提供的SDC-625进行二进制文件的解析，完成EDD文件的反编译过程，在HAMS的程序里显示设备厂商提供的HART仪表的所有参数和方法。
FF（Foundation Fieldbus）协会将设备厂商提供的EDD源文件，经FF提供的编译工具DD-IDE编译后生成的目标文件后缀为.ffo和.sym，其中.ffo为二进制文件格式。HAMS集成FF提供的AT-401进行二进制文件的解析，在HAMS的程序里显示由设备厂商提供的FF仪表的所有参数和方法。EDD生成、编译、解析过程如下图所示。
3.3.2
 |
FDT管理模块设计
FDT 管理模块实现了HAMS 对FDT技术的支持，它负责创建、维护、销毁和管理HAMS软件整个运行生命周期内所有的DTM设备对象，并对外提供调用和管理接口，供上层的框架程序使用。通过FDT管理模块，应用层不必关心FDT技术在实现方法上的细节，并且在集成使用上，做到了与EDDL调用方法的统一，集FDT设备与EDDL设备于一个完整统一的框架程序内。
FDT管理模块内部的逻辑组成以及与上层框架、数据信息管理模块的关系如下图所示：
1) 应用层接口:负责提供对外部的调用接口，主要包括提供本地DTM设备的列表信息，传递上层框架发送来的添加设备、删除设备、上线、离线、上载参数、下载参数等命令，返回设备的状态及执行结果，返回DTM网络当前的拓扑结构信息。
2) 本地设备浏览对象：负责扫描并获取本地注册的DTM设备，并提供所有识别设备的厂商信息、设备类型信息、版本信息等，并形成列表通过应用层接口供主框架使用；
3) 对象调度与管理：在接收到应用层接口传递来的指令后，负责实现对应的具体的操作，如创建DTM设备对象，删除DTM设备对象，与实际物理设备的通信操作，设备信息的初始化，打开设备参数窗口等。
4) 拓扑信息管理对象：负责保存和管理当前程序中FDT网络的树型拓扑结构，其受对象及调度部分控制，在必要时对外提供FDT网络的拓扑结构信息；
5) 外部接口访问管理：DTM设备提供了供外部直接访问其内部信息的接口，外部接口访问管理相当于再其基础上又进行了封装，可进行数据处理或安全控制等功能的实现；
6) 永久数据管理模块：与外部的数据与信息管理对象直接交互，负责设备DTM设备信息的保存与恢复工作。
7) DTM对象：通信DTM、网关DTM、设备DTM对象，所有这些对象被对象管理及调度部分创建和销毁，并接受其控制；
8) 远程通信代理模块：实现C/S结构下远程通信的功能；
FDT 管理模块的外部接口如下：
1) IToplog 接口：负责提供当前FDT物理网络的拓扑结构信息；
2) IDevice 接口：负责相应上层框架发送来的操作指令；
3) IDeviceStatus接口：负责提供指定设备的状态信息；
4) IBrowser接口：负责获取本地设备的列表及其DTM的详细信息；
5) IDeviceProxy：提供直接访问设备内部数据及信息的接口；
6) IFDTManageCallBack:FDT管理模块的回调接口，负责主动通知上层应用框架；
4 结论
HOLLiAS设备管理系统（HAMS）利用EDDL和FDT技术，改变了传统的维护操作方式，并有效的管理了工厂当前的资产，可大大降低运行和维护成本，优化了生产控制过程，从而达到提升工厂整体维护管理水平、提高生产力、实现企业运行最优化的目标。
EDDL和FDT技术各有利弊，和利时公司利用相关集成技术手段将两种技术集成在同一个系统里，充分利用了两种技术的优点，可以给现场用户带来更多的先进体验。
EDDL合作组织（ECT）和FDT集团（FDT Group）已经达成一致，将共同致力于设备集成的统一方案FDI（Future Device Integration）。FDI的主要特点是：基于Client/Server架构的通用体系、独立于平台和操作系统、独立于上位机系统、与现存的基于EDDL和DTM的设备描述兼容、基于OPC UA统一架构、适用于任何现场设备通信技术、适用于分层的异构的网络拓扑等。我们期待新技术带给工业现场更多的便利。(杭州和利时公司供稿）
