Integracja urządzeń w technologii FDI – standaryzacja i uproszczenie

Branża przemysłowa powinna przygotować się na rozpowszechnienie standardu integracji urządzeń poziomu obiektowego FDI (Field Devices Integration), jako że coraz częściej jest on implementowany w nowych urządzeniach wchodzących na rynek. Warto zatem przyjrzeć się drodze technologicznego rozwoju, jaką przebyła ta koncepcja do chwili obecnej.
Po około czterech latach starań, w czerwcu 2015 r., FDI Cooperation LLC ostatecznie ogłosiło zwycięstwo. Przedsiębiorstwo to powołano w 2011 r. jako 40-osobowy zespół FDI Cooperation (jego podstawę stanowili technolodzy największych dostawców urządzeń automatyki oraz stowarzyszeń promujących standardy komunikacji poziomu obiektowego), aby rozwiązać problem integracji urządzeń poziomu obiektowego z nadrzędnymi systemami automatyzacji. Dotychczas, zarówno dla producentów urządzeń, dostawców systemów, jak i dla użytkowników końcowych, był to koszmar.
Na ostateczny sukces złożyły się trzy czynniki. Po pierwsze – akceptacja standardu IEC62769 FDI. Po drugie – akceptacja podstawowych narzędzi i technologii pochodzących od FDI Cooperation przez większość firm z branży przemysłowej, które będą prowadzić szkolenia, rejestrować produkty, konserwować i utrzymywać systemy oraz świadczyć inne, szeroko zakrojone usługi dla standardu FDI. Po trzecie – wypuszczenie na rynek przez niedawno powstałą grupę FieldComm nowej wersji narzędzi, pozwalających na projektowanie systemów i urządzeń w tym standardzie.
– Nasza współpraca przebiegała pomyślnie, bo przez cały czas mieliśmy wsparcie ze strony przemysłu – powiedział Achim Laubenstein, kierownik ds. standaryzacji komunikacji poziomu obiektowego w firmie ABB (pierwotnie dyrektor zarządzający w FDI Cooperations, obecnie dyrektor techniczny w grupie FieldComm). – Najwięcej skarg płynęło ze strony użytkowników – wielu danych z urządzeń obiektowych nie dawało się użyć ze względu na brak jakiejkolwiek możliwości integracji czy interoperacyjności. Zajęli się tym członkowie FDI Cooperation.
Uporządkować chaos
We wczesnych latach 90. ubiegłego wieku do tworzenia opisów DD (Device Description) dla przyrządów procesowych wykorzystywano tekstowy język opisu urządzenia DDL (Device Description Language). Pierwotnie opisy DD wystarczały, aby upraszczać integrację informacji zebranych z urządzeń w systemie sterowania. Z czasem jednak, kiedy pojawiło się wiele wersji języka DDL, proces integracji stawał się coraz trudniejszy. Ostatecznie rozpoczęto więc starania o ustandaryzowanie DDL, czego skutkiem była wydana w 2006 r. norma IEC 61804 dla języka EDDL.
Tymczasem, w późnych latach 90., w odpowiedzi na konieczność obsługi urządzeń wykorzystujących coraz większą ilość napływających danych, rozpoczęto pracę nad technologią FDT/DTM (Field Device Tool/Device Type Manager – przygotowane ramy aplikacji wraz ze sterownikiem do urządzenia). W roku 2005 powstała nawet specjalna grupa badawcza, zajmująca się zarządzaniem i rozwojem technologii FDT. W przeciwieństwie do EDDL, FDT wymagała napisania aplikacji specjalnie pod konkretne urządzenie, a następnie integracji z hostem (systemem nadrzędnym) poprzez standardowe interfejsy obsługiwane przez platformę Microsoft Windows.
Po stronie systemu nadrzędnego, platforma systemu operacyjnego (OS) Windows stała się normą, dlatego praca całego systemu została uzależniona od aktualizacji wydawanych przez Microsoft. Niektórzy producenci systemów automatyki wspierali tylko FDT/DTM, niektórzy tylko EDDL – niewielu producentów zapewniało zaś zgodność z obiema technologiami. Wraz z aktualizacjami systemu Windows – Service Pack, oraz nowymi pełnymi wydaniami, każdy sterownik DTM musiał być ponownie sprawdzony pod kątem zgodności z nowym OSem. Bardzo często kolejna wersja Windows wymagała zmian w DTM, aby ten w ogóle uruchamiał się na nowym systemie.
Ciężar integracji urządzenia z systemem nadrzędnym spoczywał po równo na każdym z podmiotów zaangażowanych w budowanie platformy systemowej. Dostawcy urządzeń musieli kolejno napisać, przetestować i zarejestrować DD dla każdego z tych urządzeń. Dodatkowo konieczne było napisanie, przetestowanie i zarejestrowanie DTM dla różnych wersji OS Windows dla każdego z urządzeń.
Producenci systemu nadrzędnego z kolei musieli wybrać pomiędzy rozwiązaniem bazującym na EDDL a FDT/DTM, a następnie napisać oprogramowanie i zapewnić wsparcie dla wybranej platformy. W przypadku DTM byli zobligowani do każdorazowego aktualizowania protokołów testowych z każdą aktualizacją systemu operacyjnego.
Użytkownicy końcowi mieli przed sobą niezwykle trudny proces integracji urządzeń oraz powszechny problem niedostępności EDD czy DTM dla konkretnego urządzenia.
Wszystkie z wymienionych czynników przyczyniały się do niskiej efektywności urządzeń, wzrostu poziomu skomplikowania platformy systemowej oraz wysokich kosztów jej implementacji. Co więcej, tendencją stało się unikanie aktualizacji systemowych. W rezultacie wiele systemów nadrzędnych w instalacjach systemów automatyki wciąż pracuje na oprogramowaniu wydanym blisko dziesięć lat temu.
<—newpage—>Wejście FDI na rynek
– Standard FDI zwiększa interoperacyjność pomiędzy urządzeniami obiektowymi a systemem nadrzędnym z powodu użycia tzw. pakietów FDI – tłumaczy Achim Laubenstein. – Pakiety FDI zawierają komplet informacji, jakie potrzebne są systemowi nadrzędnemu, aby rozpoznać dane urządzenie i dokonać parametryzacji pomiędzy platformami (rys. 1). Ogromną zaletą standardu FDI jest to, że scala on różne, zależne od platform metody integracji poprzez pakiety – pakiet konkretnego urządzenia współdziała z systemem nadrzędnym, ponieważ opis urządzenia jest ustandaryzowany dla różnych protokołów i systemów. Dzięki temu użytkownik może zaoszczędzić mnóstwo czasu i wysiłku, mając jednocześnie dostęp do danych z urządzeń w szerszym spektrum niż dotychczas. Pozwala to tworzyć użytkownikom bardziej zaawansowane funkcjonalnie aplikacje.
FDI na dobrą sprawę łączy najlepsze cechy języka EDDL z technologią FDT/DTM. Plusem EDDL jest dostęp do nastaw parametryzacji oraz opcjonalny, dostępny w miarę potrzeb interfejs programowy.
– Język tekstowy EDDL jest wykorzystywany do wstępnych nastaw urządzenia mierzącego takie wartości fizyczne, jak przepływ, ciśnienie czy temperatura procesu – zauważa Martin Zielinski, dyrektor HART oraz Fieldbus Technology w Emerson Process Management. – Aby obliczyć np. masowe natężenie przepływu, wymagane są konkretne parametry z bazy danych. Tutaj, dzięki technologii FDI możemy stworzyć odpowiedzialną za to programową aplikację. FDI umożliwia równoczesne wykorzystanie funkcji tekstowych, a następnie wyświetlenie obliczonego parametru – łączy EDDL z aplikacją będącą pochodną FDT. Umożliwia to dodatkowo technologii FDI wykonywanie skomplikowanej diagnostyki zaworów, jak np. testów skoku częściowego PST.
Dostawcy urządzeń zapewniają pakiety informacji dla swoich urządzeń, które stanowią ich wirtualną reprezentację i umożliwiają integrację na poziomie systemu nadrzędnego. System nadrzędny, uruchamiając pakiet FDI, pozwala użytkownikowi na korzystanie z pełnej funkcjonalności urządzenia, włączając parametryzację, diagnostykę i serwis. Za pomocą pakietu FDI ma on dostęp do wszystkich istotnych i wymaganych informacji z urządzenia.
Przyjęcie FDI
Równocześnie z przeistaczaniem się FDI Cooperation w globalną fundację, firmy ABB i CodeWrights ogłosiły produkcję pierwszych urządzeń zgodnych ze standardem FDI. Większość dużych dostawców urządzeń jest świadomych pojawienia się nowego standardu i już planuje rozwój urządzeń wspierających FDI. Szybkie przyjęcie tego standardu przez znaczną część rynku wymagało podjęcia tej inicjatywy ze strony wszystkich podmiotów na drodze łańcucha dostaw, łącznie ze wsparciem niezależnych grup, takich jak FieldComm.
Producenci urządzeń musieli odpowiednio wyszkolić swoich pracowników, stworzyć plany wdrożeniowe do standardu FDI dla wszystkich produktów, a następnie pisać i testować oprogramowanie. Dostawcy systemów nadrzędnych natomiast musieli uwzględnić w ich architekturze elementy standardu FDI. Oczywiście producenci natrafiali na mniejsze lub większe problemy przy implementacji nowego standardu w swoich systemach.
Grupy, takie jak np. wspomniane FieldComm, zajmują się przygotowaniem personelu i materiałów szkoleniowych dla wszystkich podmiotów związanych z integracją urządzeń.
Na końcu użytkownicy muszą dostosować i zaktualizować swoje systemy, aby te były w pełni kompatybilne z nowymi standardami FDI. Podobnie jak dla producentów systemów nadrzędnych, w zależności od stopnia skomplikowania aktualnego systemu, może to być proste lub bardzo czasochłonne zadanie.
W idealnej sytuacji standard FDI zapewnia następujące korzyści:
-> każde, pojedyncze urządzenie otrzymuje pakiet wszystkich nastaw, danych konfiguracyjnych oraz wsparcie wizualizacji, która jest kompatybilna z każdym systemem nadrzędnym zarejestrowanym jako zgodny ze standardem FDI;
-> występuje minimalna zależność od aktualizacji systemu Windows, ale tylko dla urządzeń wymagających opcjonalnej obsługidodatkowego oprogramowania.
Podsumowując, dla użytkowników końcowych korzyści wynikające ze standaryzacji FDI są jasne. Nadszedł czas na usystematyzowany proces integracji urządzeń za pomocą przyszłościowej technologii, dzięki pakietom zapewniającym praktycznie nieograniczoną interoperacyjność urządzeń pochodzących od różnych dostawców z wieloma systemami hostów.
FDI po prostu ułatwia integrację systemów komunikacji i przetwarzania danych.
Autorka: Suzanne Gill jest redaktorem Control Engineering Europe. 
Tekst pochodzi ze specjalnego wydania "Integratorzy systemów automatyki 2016". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.