圖1  HART系統
                                  
    現有工業裝置的自動化程度參差不齊，有的未使用先進的控制系統或未能實現現場設備資產管理；有的只部分應用數字式閥門定位器；有的由于控制閥用量少又較分散，使實現控制閥故障診斷的成本高且難度大。這些成為制約實施控制閥預測性維護（性能監視、故障診斷）的原因。一種較為經濟、特別適合中小用戶的解決方案是不依賴控制系統及其上位管理，采用HART通信的數字式閥門定位器和利用免費的PACTware開放軟件平臺，實現低成本和靈活的控制閥故障診斷。
    隨著數字式閥門定位器的深入研發，控制閥預測性維護所需的狀態監測和診斷功能逐漸轉移到控制閥本機設備上的診斷體系。以數字式閥門定位器為核心的控制閥數字解決方案，極大提升了控制閥使用性能，使之有一個質的飛躍，進而成為工業現場的智能設備，控制閥預測性維護強化了現場設備動態管理和監測以及設備良好運行的可持續性。
    面臨的問題是：現場總線型數字式閥門定位器價位偏高，且大多數的預測性維護依賴于專門的診斷軟件、不同的現場總線和控制系統的上位管理；以及現場應用水平不高，部分功能不能發揮作用，致使現階段控制閥預測性維護成效不顯著。再者，現有工業裝置的自動化程度參差不齊，有的未使用先進的控制系統或未能實現現場設備資產管理；有的只部分應用數字式閥門定位器；有的由于控制閥用量少又較分散，使實現控制閥故障診斷的成本高且難度大。

                              圖2  PACTware軟件目前版本為3.6，可以通過互聯網登陸進行下載
                                  
     針對國內工業用戶HART類型和系統設備存量很大、HART通信容易實現的情況，一種較為經濟的解決方案是采用HART通信的數字式閥門定位器和利用免費的PACTware開放軟件平臺，不依賴現場總線和控制系統及其上位管理，實現靈活的控制閥故障診斷。本文簡單敘述HART通信、PACTware 
    開放軟件平臺，并結合SAMSON公司的3730-3型HART數字式閥門定位器介紹利用PACTware實現控制閥性能監視、故障診斷的預測性維護。
    HART通信
    HART（Highway Addressable Remote Transducer）可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，最初是由美國羅斯蒙特公司（Rosemount，屬艾默生公司）在上世紀80年代初發表的，到1989年推出HART 5.1“長指令”后才形成推廣態勢。HART提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，技術兼有發展、日臻成熟，2007年7月的IEC 61158第四版中正式列為第20種標準類型的現場總線。20多年的應用，已使HART通信從一個過渡性方案發展成為尚能釋放很大潛力的通信協議，支持 HART協議的廠商有100多家，認證的HART儀表品種近500種，全球在用HART儀表（包括HART閥門定位器）超過2600萬臺。我國也有大量的 HART用戶，而且1996年國家“九.五”科技重大項目開始對HART技術進行開發，目前已掌握核心技術，具備進一步推廣HART技術的條件。HART 通信會與其他類型現場總線一樣，在各自適合的范圍內持續發展。
    2007年發布、2008年9月被IEC認可的WirelessHARTTM通信規范（HART7.1），更使HART技術有新的飛躍，成為第一個專門為流程工業而設計的開放的可互操作的無線通信標準，滿足了工業用戶對于可靠、強勁、安全的無線通信方式的迫切需求。同時，HART7.1的向下兼容性能，也為現有用戶提供了應用支持。

                                              圖3  3730-3型HERT通信數字式閥門定位器
                                  
    HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4~20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通信，數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，成功實現模擬信號和數字信號雙向同時通信并無互擾，保證了與現有模擬系統的兼容性。一般情況是主要的控制變量由4~20mA傳送，其他的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。
    HART協議參照了國際標準化組織的開放性互連模型，使用OSI標準的物理層、數據鏈路層和應用層。HART協議規定了傳輸的物理形式、消息結構、數據格式和一系列操作命令，是一種主從協議。當通信模式為“問答”形式時，一個現場設備只做出被要求的應答。HART協議允許系統中存在2個主設備（例如一個為系統控制，另一個為HART手持式現場通信器）（參見圖1），如果不需要模擬信號，多點系統中的一對電纜線上最多可以連接15個從設備。
     HART采用統一的設備描述語言DDL。現場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并編為設備描述字典，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。

                                                        圖4  3730-3型數字式閥門定位器接線圖。

    全球主要控制閥（閥門定位器）制造商都生產有HART通信的數字式閥門定位器。
    PACTware開放軟件平臺
    PACTware過程自動化組態工具（Process Automation Configuration Tool）是一個基于FDT現場設備工具（Field Device Tool）技術、用于操作所有現場儀表、并獨立于制造商和現場總線的框架結構軟件，是一個免費的開放軟件平臺。若要不花錢就能熟悉FDT/DTM技術，那么必須了解PACTware軟件。這一軟件工具目前由公益性的PACTware組織進行推廣。
    FDT技術包括三個要素：框架應用程序、設備DTM、通信DTM。DTM是設備類型管理器（Device Type Manager）。PACTware就是一個標準化的框架應用程序，設備DTM是用于現場儀表調整的專有軟件模塊，在兩者之間使用了FDT的標準化接口（通信DTM）。
    PACTware可以獨立于各種現場總線并通過各種不同標準的現場總線，訪問打開由不同制造商對不同現場儀表創立的設備DTM，全面地調整現場儀表，提供故障診斷和資產管理，最大程度發揮現場儀表功能，使原本封閉的系統環境變為開放的解決方案：一個框架應用程序（PACTware），運行制造商提供的類似文本文件的設備模塊（符合FDT標準的設備DTM），通信DTM的驅動程序提供計算機與現場設備的通信，完成對在計算機之外的現場設備物理位置的參數化。

                                        圖5  SAMSON網站的PACTware和DTM下載網頁。