設(shè)備集成與FDD UA現(xiàn)場(chǎng)總線共用技術(shù)

設(shè)備集成(Device Integration)

　　設(shè)備系統(tǒng)集成，也可稱(chēng)為硬件系統(tǒng)集成、在大多數(shù)場(chǎng)合簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)集成，或稱(chēng)為弱電系統(tǒng)集成，以區(qū)分于機(jī)電設(shè)備安裝類(lèi)的強(qiáng)電集成。它指以搭建組織機(jī)構(gòu)內(nèi)的信息化管理支持平臺(tái)為目的，利用綜合布線技術(shù)、樓宇自控技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)、安全防范技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等將相關(guān)設(shè)備、軟件進(jìn)行集成設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、界面定制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用支持。

　　典型的企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一種三層結(jié)構(gòu)，分為管理層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。管理層具備運(yùn)行各種MES、ERP和可視化軟件，完成市場(chǎng)信息管理、經(jīng)營(yíng)決策、資源分配、排產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度等功能?？刂茖舆\(yùn)行各種監(jiān)控、工程組態(tài)等軟件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控、診斷及控制;而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層則通過(guò)分布式現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)采集、開(kāi)閉環(huán)控制、報(bào)警等功能。若就實(shí)現(xiàn)這些功能的自動(dòng)化部件來(lái)看，可以將其簡(jiǎn)化為上位機(jī)(包括PLC和DCS)層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。

　　在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制領(lǐng)域，一般而言，所謂的設(shè)備集成就是通過(guò)把設(shè)備的功能映射到在上位機(jī)運(yùn)行的各種操作軟件或工程工具中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線共用技術(shù)后，設(shè)備集成(Device Integration)具有了新的含義,是指將系統(tǒng)中所有的智能儀表或設(shè)備的數(shù)據(jù)和功能性無(wú)縫地為整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)所利用，使得最終用戶接受在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制中存在多種現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)。

　　通常一個(gè)大型控制自動(dòng)化系統(tǒng)由至少10個(gè)制造廠商、至少100個(gè)設(shè)備類(lèi)型、至少10000I/O、多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、分布在中央控制室和現(xiàn)場(chǎng)以及管理軟件構(gòu)成。而不同廠商制造的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不得不采用各自的工程工具，這就需要一種單一的設(shè)備管理軟件來(lái)集成不同的通信協(xié)議、不同廠商的產(chǎn)品。IEC61508現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)列出了20種現(xiàn)場(chǎng)總線，這是不可改變的事實(shí)。于是，矛盾轉(zhuǎn)化為發(fā)展統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)工具或者說(shuō)共用技術(shù)成為最終用戶的迫切需求。

發(fā)展中的現(xiàn)場(chǎng)總線共用技術(shù)(FDD UA)

　　這些年來(lái)，出現(xiàn)了兩種不同的共用技術(shù)——EDDL和FDT。EDDL是由HART通信基金會(huì)率先創(chuàng)造性提出的，是一種文本語(yǔ)言，用來(lái)描述設(shè)備參數(shù)的顯示特性，還包括復(fù)雜設(shè)備參數(shù)的算法關(guān)系、長(zhǎng)時(shí)效保存的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)性等內(nèi)容。它符合IEC61804-2功能模塊標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS和FF也承襲和使用了這一概念和技術(shù)。

　　FDT技術(shù)，又稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備診斷技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與系統(tǒng)之間的接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可以方便地把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成到控制系統(tǒng)中并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作，在一種集成的平臺(tái)下對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、組態(tài)、診斷和統(tǒng)一的管理。不論對(duì)于系統(tǒng)還是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們之間的接口與系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所用的通信協(xié)議和軟件環(huán)境過(guò)關(guān)，這意味著執(zhí)行器/傳感器制造廠商可借此將其開(kāi)發(fā)的參數(shù)設(shè)置和故障診斷軟件，以設(shè)備類(lèi)型管理(DTM)的形式予以集成，能保證在任一種情況下都可正確地設(shè)置參數(shù)，擴(kuò)大了參數(shù)設(shè)置范圍和故障診斷的選擇。它已獲得IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

　　這兩種技術(shù)雖然有不同的側(cè)重點(diǎn)，但其特性又有交叉重疊，這導(dǎo)致它們不是互補(bǔ)，而是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。DCS制造商有的堅(jiān)持EDDL技術(shù)，有的堅(jiān)持FDT技術(shù)，不愿意妥協(xié)，互不相讓。于是儀表和設(shè)備制商就必須付出以倍的努力，既要支持EDDL，又要支持FDT。而最終用戶也面臨著艱難的選擇，承受著不安全的因素。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(FF)、HART通信基金會(huì)(HCF)和PROFIBUS國(guó)家組織(PNO)正在共同努力以增強(qiáng)EDDL的性能。

　　為了建立自動(dòng)化領(lǐng)域中標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換模型，OPC基金會(huì)規(guī)定了OPC Unified Architecture)。OPC UA 定義了一種基于標(biāo)準(zhǔn)的WEB技術(shù)的、獨(dú)立于制造商和通信協(xié)議的客戶-服務(wù)器架構(gòu)，保證了不同平臺(tái)間的可操作性的服務(wù)，在自動(dòng)化系統(tǒng)的縱向集成中可以作為中心接口。它為設(shè)備集成的新概念打下了相當(dāng)理想的基礎(chǔ)。

　　發(fā)展共用技術(shù)(FDD UA)就是集成EDDL、FDT和OPC UA各自的優(yōu)點(diǎn)，即是EDDL+FDT+OPC UA。因?yàn)镋DDL與平臺(tái)無(wú)關(guān)、易于使用、穩(wěn)健性好;FDT功能性不受限制、可擴(kuò)展、容許市場(chǎng)的差異性;通過(guò)OPC UA建立一個(gè)結(jié)構(gòu)清晰的客戶服務(wù)器架構(gòu)，所以FDD UA成為當(dāng)前最值得注意的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成方案。

　　其實(shí)，早在2007年漢諾威博覽會(huì)上已經(jīng)將上述概念和方案做成演示裝置，驗(yàn)證了其可行性。目前，在ABB、EMERSON、INVENSYS、ROCKWELL、SIEMENS和橫河的推動(dòng)下，已經(jīng)完成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成FDI的架構(gòu)概念和完事設(shè)備的使用實(shí)例分析，正在集中精力完成功能性規(guī)范(詳細(xì)規(guī)定如何將EDDL、FDT和OPC UA的優(yōu)點(diǎn)組合在一起，最終稿預(yù)計(jì)在2010年中期發(fā)布)和綜合技術(shù)規(guī)范。最重要的是，由于新的解決方案將向下兼容，因此現(xiàn)在所有的自動(dòng)化投資將得到保護(hù)。