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设备集成——探讨现场总线共用技术的发展

  现场总路线在中国发展与应用论坛上了解到,目前正在发展一种现场总线共用技术。该技术追求将系统中所有的智能仪表或设备的数据和功能性,不论采用何种协议,都可无缝地为整个自动化系统所利用。只要真正实现了这个目标,就能使最终用户接受在工业自动化和过程控制中存在多种现场总线和工业以太网的现实。但目标进展远不能满足用户的要求。



典型的企业综合自动化系统


  设备集成(Device Integration)


    设备系统集成,也可称为硬件系统集成、在大多数场合简称系统集成,或称为弱电系统集成,以区分于机电设备安装类的强电集成。它指以搭建组织机构内的信息化管理支持平台为目的,利用综合布线技术、楼宇自控技术、通信技术、网络互联技术、多媒体应用技术、安全防范技术、网络安全技术等将相关设备、软件进行集成设计、安装调试、界面定制开发和应用支持。


    典型的企业综合自动化系统是一种三层结构,分为管理层、控制层和现场设备层。管理层具备运行各种MES、ERP和可视化软件,完成市场信息管理、经营决策、资源分配、排产计划、生产调度等功能。控制层运行各种监控、工程组态等软件,实现现场设备的监控、诊断及控制;而现场设备层则通过分布式现场网络,完成数据采集、开闭环控制、报警等功能。若就实现这些功能的自动化部件来看,可以将其简化为上位机(包括PLC和DCS)层和现场设备层。


    在工业自动化和过程控制领域,一般而言,所谓的设备集成就是通过把设备的功能映射到在上位机运行的各种操作软件或工程工具中来实现的。在发展现场总线共用技术后,设备集成(Device Integration)具有了新的含义,是指将系统中所有的智能仪表或设备的数据和功能性无缝地为整个自动化系统所利用,使得最终用户接受在工业自动化和过程控制中存在多种现场总线和工业以太网的现实。

 

  通常一个大型控制自动化系统由至少10个制造厂商、至少100个设备类型、至少10000I/O、多种现场总线协议、分布在中央控制室和现场以及管理软件构成。而不同厂商制造的现场设备不得不采用各自的工程工具,这就需要一种单一的设备管理软件来集成不同的通信协议、不同厂商的产品。IEC61508现场总线标准列出了20种现场总线,这是不可改变的事实。于是,矛盾转化为发展统一的现场总线的技术工具或者说共用技术成为最终用户的迫切需求。


    发展中的现场总线共用技术(FDD UA)


  这些年来,出现了两种不同的共用技术——EDDL和FDT。EDDL是由HART通信基金会率先创造性提出的,是一种文本语言,用来描述设备参数的显示特性,还包括复杂设备参数的算法关系、长时效保存的数据和实时性等内容。它符合IEC61804-2功能模块标准,PROFIBUS和FF也承袭和使用了这一概念和技术。


  FDT技术,又称现场设备诊断技术,将现场设备与系统之间的接口实现标准化,可以方便地把现场设备集成到控制系统中并实现设备的互操作,在一种集成的平台下对智能设备进行调试、组态、诊断和统一的管理。不论对于系统还是现场设备来说,它们之间的接口与系统或现场设备所用的通信协议和软件环境过关,这意味着执行器/传感器制造厂商可借此将其开发的参数设置和故障诊断软件,以设备类型管理(DTM)的形式予以集成,能保证在任一种情况下都可正确地设置参数,扩大了参数设置范围和故障诊断的选择。它已获得IEC国际标准认证。


  这两种技术虽然有不同的侧重点,但其特性又有交叉重叠,这导致它们不是互补,而是竞争关系。DCS制造商有的坚持EDDL技术,有的坚持FDT技术,不愿意妥协,互不相让。于是仪表和设备制商就必须付出以倍的努力,既要支持EDDL,又要支持FDT。而最终用户也面临着艰难的选择,承受着不安全的因素。目前,现场总线基金会(FF)、HART通信基金会(HCF)和PROFIBUS国家组织(PNO)正在共同努力以增强EDDL的性能。
 
    为了建立自动化领域中标准化的数据交换模型,OPC基金会规定了OPC Unified Architecture)。OPC UA 定义了一种基于标准的WEB技术的、独立于制造商和通信协议的客户-服务器架构,保证了不同平台间的可操作性的服务,在自动化系统的纵向集成中可以作为中心接口。它为设备集成的新概念打下了相当理想的基础。


  发展共用技术(FDD UA)就是集成EDDL、FDT和OPC UA各自的优点,即是EDDL+FDT+OPC UA。因为EDDL与平台无关、易于使用、稳健性好;FDT功能性不受限制、可扩展、容许市场的差异性;通过OPC UA建立一个结构清晰的客户服务器架构,所以FDD UA成为当前最值得注意的现场设备集成方案。


  其实,早在2007年汉诺威博览会上已经将上述概念和方案做成演示装置,验证了其可行性。目前,在ABB、EMERSON、INVENSYS、ROCKWELL、SIEMENS和横河的推动下,已经完成了现场设备集成FDI的架构概念和完事设备的使用实例分析,正在集中精力完成功能性规范(详细规定如何将EDDL、FDT和OPC UA的优点组合在一起,最终稿预计在2010年中期发布)和综合技术规范。最重要的是,由于新的解决方案将向下兼容,因此现在所有的自动化投资将得到保护。

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