設備集成與FDD UA現(xiàn)場總線共用技術

設備集成(Device Integration)

　　設備系統(tǒng)集成，也可稱為硬件系統(tǒng)集成、在大多數(shù)場合簡稱系統(tǒng)集成，或稱為弱電系統(tǒng)集成，以區(qū)分于機電設備安裝類的強電集成。它指以搭建組織機構內(nèi)的信息化管理支持平臺為目的，利用綜合布線技術、樓宇自控技術、通信技術、網(wǎng)絡互聯(lián)技術、多媒體應用技術、安全防范技術、網(wǎng)絡安全技術等將相關設備、軟件進行集成設計、安裝調試、界面定制開發(fā)和應用支持。

　　典型的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)是一種三層結構，分為管理層、控制層和現(xiàn)場設備層。管理層具備運行各種MES、ERP和可視化軟件，完成市場信息管理、經(jīng)營決策、資源分配、排產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調度等功能?？刂茖舆\行各種監(jiān)控、工程組態(tài)等軟件，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的監(jiān)控、診斷及控制;而現(xiàn)場設備層則通過分布式現(xiàn)場網(wǎng)絡，完成數(shù)據(jù)采集、開閉環(huán)控制、報警等功能。若就實現(xiàn)這些功能的自動化部件來看，可以將其簡化為上位機(包括PLC和DCS)層和現(xiàn)場設備層。

　　在工業(yè)自動化和過程控制領域，一般而言，所謂的設備集成就是通過把設備的功能映射到在上位機運行的各種操作軟件或工程工具中來實現(xiàn)的。在發(fā)展現(xiàn)場總線共用技術后，設備集成(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備的數(shù)據(jù)和功能性無縫地為整個自動化系統(tǒng)所利用，使得最終用戶接受在工業(yè)自動化和過程控制中存在多種現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)實。

　　通常一個大型控制自動化系統(tǒng)由至少10個制造廠商、至少100個設備類型、至少10000I/O、多種現(xiàn)場總線協(xié)議、分布在中央控制室和現(xiàn)場以及管理軟件構成。而不同廠商制造的現(xiàn)場設備不得不采用各自的工程工具，這就需要一種單一的設備管理軟件來集成不同的通信協(xié)議、不同廠商的產(chǎn)品。IEC61508現(xiàn)場總線標準列出了20種現(xiàn)場總線，這是不可改變的事實。于是，矛盾轉化為發(fā)展統(tǒng)一的現(xiàn)場總線的技術工具或者說共用技術成為最終用戶的迫切需求。

發(fā)展中的現(xiàn)場總線共用技術(FDD UA)

　　這些年來，出現(xiàn)了兩種不同的共用技術——EDDL和FDT。EDDL是由HART通信基金會率先創(chuàng)造性提出的，是一種文本語言，用來描述設備參數(shù)的顯示特性，還包括復雜設備參數(shù)的算法關系、長時效保存的數(shù)據(jù)和實時性等內(nèi)容。它符合IEC61804-2功能模塊標準，PROFIBUS和FF也承襲和使用了這一概念和技術。

　　FDT技術，又稱現(xiàn)場設備診斷技術，將現(xiàn)場設備與系統(tǒng)之間的接口實現(xiàn)標準化，可以方便地把現(xiàn)場設備集成到控制系統(tǒng)中并實現(xiàn)設備的互操作，在一種集成的平臺下對智能設備進行調試、組態(tài)、診斷和統(tǒng)一的管理。不論對于系統(tǒng)還是現(xiàn)場設備來說，它們之間的接口與系統(tǒng)或現(xiàn)場設備所用的通信協(xié)議和軟件環(huán)境過關，這意味著執(zhí)行器/傳感器制造廠商可借此將其開發(fā)的參數(shù)設置和故障診斷軟件，以設備類型管理(DTM)的形式予以集成，能保證在任一種情況下都可正確地設置參數(shù)，擴大了參數(shù)設置范圍和故障診斷的選擇。它已獲得IEC國際標準認證。

　　這兩種技術雖然有不同的側重點，但其特性又有交叉重疊，這導致它們不是互補，而是競爭關系。DCS制造商有的堅持EDDL技術，有的堅持FDT技術，不愿意妥協(xié)，互不相讓。于是儀表和設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)場總線基金會(FF)、HART通信基金會(HCF)和PROFIBUS國家組織(PNO)正在共同努力以增強EDDL的性能。

　　為了建立自動化領域中標準化的數(shù)據(jù)交換模型，OPC基金會規(guī)定了OPC Unified Architecture)。OPC UA 定義了一種基于標準的WEB技術的、獨立于制造商和通信協(xié)議的客戶-服務器架構，保證了不同平臺間的可操作性的服務，在自動化系統(tǒng)的縱向集成中可以作為中心接口。它為設備集成的新概念打下了相當理想的基礎。

　　發(fā)展共用技術(FDD UA)就是集成EDDL、FDT和OPC UA各自的優(yōu)點，即是EDDL+FDT+OPC UA。因為EDDL與平臺無關、易于使用、穩(wěn)健性好;FDT功能性不受限制、可擴展、容許市場的差異性;通過OPC UA建立一個結構清晰的客戶服務器架構，所以FDD UA成為當前最值得注意的現(xiàn)場設備集成方案。

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