Aktuální vydání

celé číslo

10

2019

Automatizace v chemii a petrochemii

Hladinoměry

celé číslo

FDT/DTM – klíč k potenciálu komunikačních sběrnic

číslo 7/2004

FDT/DTM – klíč k potenciálu komunikačních sběrnic

Metoda s označením FDT®/DTM (Field Device Tool/Device Type Manager) je na automatizační scéně již déle než dva roky [1]. Mluví se o ní stále hlasitěji a zasvěceněji. Mnozí jsou však stále ještě na rozpacích. Je FDT/DTM další protokol průmyslové komunikační sběrnice? Nahradí DTM současné tzv. popisy zařízení (Device description – DD) a nástroj k jejich tvorbě známý jako DDL (Device Description Language)?

Ani jedno, ani druhé. Nejde ani o nový komunikační protokol, ani o náhradu DD a není třeba znovu vyvolávat ducha „války mezi protokoly„ z konce minulého desetiletí. Metoda FDT/DTM (či standard FDT) je totiž nanejvýš účelným doplňkem současných komunikačních protokolů (HART, Profibus, Foundation Fieldbus atd.) a situace, ze které vzešla, je ve skutečnosti celkem jednoznačná.

Sběrnice v automatizaci: naděje i problém současně

Digitální komunikační sběrnice přinášejí do průmyslové automatizace nezměrné potenciální výhody. Jak zdůrazňují dodavatelé automatizační techniky, mohou projektanti a posléze i uživatelé při použití komunikačních sběrnic snadno začlenit do automatizačních systémů všechny inteligentní prostředky automatizační techniky nacházející se na úrovni technologického procesu (provozní zařízení) i s bohatstvím dat a informací v nich obsažených při současné úspoře nákladů v oblasti instalací, uvádění do provozu a následné údržby. To jsou ovšem do značné míry idealistické představy, které ne vždy odpovídají průmyslové realitě.

Skutečnost je taková, že současné automatizační systémy jsou většinou do značné míry heterogenní, dosti vzdálené od homogenního ideálu, a v důsledku této heterogennosti také složitější. Často obsahují i více než 100 rozličných zařízení od např. deseti i více různých výrobců. Jejich jednotlivá zařízení či jejich skupiny je často třeba propojovat na místě instalace systému při použití speciálních konfiguračních programů. K tomu jsou nutné podrobné znalosti mnoha různých programových nástrojů s různými uživatelskými návody a pracovními principy. Výměna dat mezi nástroji není standardizovaná. To znamená, že je nutné buď existující data konvertovat, nebo je znovu ručně vkládat. Velké množství nejrůznějších zařízení a komunikačních rozhraní a protokolů je příčinou toho, že automatizační systémy jsou konfigurovány a obsluhovány ve značně decentralizovaném prostředí. Jde tudíž o složité, nákladné a často obtížně plánovatelné procesy. Tento stav brání skutečně efektivnímu využití komunikačních sběrnic v průmyslové praxi.

Nový standard FDT vnáší do této oblasti již delší dobu požadovanou změnu k lepšímu tím, že umožňuje komunikovat se všemi provozními zařízeními centrálně, prostřednictvím centrálního obslužného řídicího a inženýrského systému (Supervisory Control and Engineering System). Podle standardu lze nyní snadno osvojitelným způsobem centrálně konfigurovat, vizuálně sledovat a průběžně ovládat a udržovat i velmi složitá provozní zařízení automatizačních systémů. Přenosné uživatelské terminály (komunikátory) připojované přímo k zařízení, jehož parametry je třeba změnit, již nejsou při použití standardu FDT nutné (lze je však používat i nadále).

Každý výrobce se věnuje pouze „svému„

Standard FDT definuje modulární strukturu založenou na programových komponentách. Každý výrobce zařízení dodává spolu se svým produktem nebo skupinou produktů softwarový modul, tzv. Device Type Manager (DTM). Tento modul s funkcí softwarového ovladače příslušných zařízení (v obecné rovině obdoba softwarového ovladače např. tiskárny, známého z běžného PC) je založen na metodě COM (Component Object Model) společnosti Microsoft. V modulu DTM jsou zapouzdřeny všechny specifické údaje o zařízení a příslušné funkce. Know-how výrobce tak zůstává v DTM utajeno před třetími stranami. Nabízeny jsou funkce pro:

  • přístup k parametrům zařízení,
  • obsluhu zařízení,
  • konfigurování zařízení,
  • diagnostiku zařízení.

Pro obsluhu zařízení může modul DTM nabízet doplňkové grafické prvky. Výrobce zařízení má tak v DTM možnost dát svému zařízení specifický „výraz„ a zajistit, že jeho uživatelské rozhraní bude vyhlížet vždy stejně bez ohledu na to, v jakém prostředí bude příslušný DTM později používán. Modul DTM lze vytvořit automaticky z dosavadního souboru typu DD. Podmínkou je existence obecného DTM. Není-li příslušný DD k dispozici, je možné DTM naprogramovat manuálně.

Protože automatizační systém se obecně skládá z mnoha různých zařízení, musí být také použito mnoho různých DTM. Modul DTM ale není spustitelný soubor. Je použitelný pouze jako součást programu označovaného FDT kontejner, popř. nosná aplikace (FDT Container, frame application), což je prostředí, v němž se spouštějí všechny moduly DTM. Program FDT kontejner, schopný fungovat jako již zmíněný centrální dohlížecí systém, zodpovídá v rámci automatizačního projektu za:

  • správu všech dat z modulů DTM v databázi projektu,
  • komunikaci se sběrnicovými systémy,
  • tvorbu dokumentace projektu,
  • logickou správu katalogu zařízení,
  • správu uživatelských a přístupových práv,
  • zobrazení uživatelských rozhraní jednotlivých zařízení.

Výrobce zařízení tudíž podle standardu FDT se svými produkty dodává odpovídající ovladače a nemusí pro ně nákladně vyvíjet své vlastní konfigurační a provozní nástroje. Výrobci řídicích a vývojových systémů obdobně dodají programy typu FDT kontejner, aniž k tomu nutně potřebují mít podrobné informace o způsobu přístupu k parametrům či o vazbách uvnitř zařízení.

Obr. 1.

Software je propojen analogicky hardwaru

Na obr. 1 je vpravo schematicky znázorněna heterogenní struktura hardwaru a vlevo jí odpovídající struktura softwaru automatizačního systému při použití standardu FDT. Základem je schopnost rozhraní typu COM průchozím způsobem propojit všechny softwarové moduly. Program FDT kontejner obsahuje mj. komunikační komponentu, kterou je v uvedeném případě ovladač protokolu připojené sběrnice (standard FDT v současnosti podporuje protokoly HART a Profibus; podpora protokolu Foundation Fieldbus aj. se připravuje). Má-li být možná výměna dat se zařízeními od různých výrobců, je v tomto bodě nezbytná standardizace. Chce-li výrobce zachovat své proprietární rozhraní a jeho protokol, je od něj vedle DTM daného zařízení (device DTM) požadován také doplňkový modul DTM nutný pro přizpůsobení komunikačního protokolu (communications DTM).

Současně je na obr. 2 ukázáno, jak se struktura softwaru aktualizuje, aby odrážela skutečné podmínky v automatizačním systému. Předpokládá se, že je třeba poslat hodnotu parametru z uživatelského rozhraní (samostatný vývojový nástroj, operátorský panel, hostitelská inženýrská stanice) přes síť Profibus do zařízení komunikujícího protokolem HART. V ukázce na obr. 2 je jako uživatelské rozhraní použito proprietární hostitelské vývojové prostředí s nestandardním komunikačním protokolem. Ve shodě s již uvedeným reprezentuje konkrétní modul DTM 3 uživatelské rozhraní i softwarový ovladač (v daném případě nestandardního protokolu). Modul DTM 1 má rozhraní, které „rozumí“ tomuto nestandardnímu protokolu, převádí ho na protokol Profibus a předává komunikační komponentě v programu FDT kontejner. Nová hodnota parametru je sítí Profibus zaslána na provozní úroveň, kde v hardwaru pokračuje opačnou cestou: v modulu I/O je převedena z protokolu Profibus do protokolu HART a poslána do zařízení.

K výměně dat slouží XML

Vývoj softwaru založený na využití komponent má mnoho předností, ale nutně vyžaduje pečlivou údržbu rozhraní. Problém spočívá v tom, že rozhraní propojující komponenty musí přesně odpovídat typizovaným vzorům, a jejich údržba tudíž vyžaduje „neprůstřelný„, a tedy poměrně složitý systém správy verzí. Standard FDT se s problémem vypořádává tak, že za jazyk rozhraní používá XML (eXtended Markup Language) a data mezi DTM a programem FDT kontejner se vyměňují prostřednictvím dokumentů vytvořených v tomto jazyce (tzv. XML dokumenty). Výsledkem jsou jednoduchá softwarová rozhraní, přes která lze dopravovat mnoho různých dat. Přenos mezi komponentami přitom již není omezen jenom na data určitého typu (v předem definovaném pořadí). Namísto nich se přenáší XML dokument. Stačí, aby klient a server používaly shodný způsob zápisu skalárních veličin. Protože XML je všeobecně využíván a má velmi dobrou podporu, znamená jeho použití větší pružnost a přizpůsobivost standardu FDT změnám a dalšímu vývoji.

Proč FDT/DTM?

Hlavní důvody k použití standardu FDT/DTM jsou zkráceně v tom, že v automatizačním systému nabízí:

  • efektivní správu zařízení i komunikačních sběrnic,
  • otevřené standardní inženýrské rozhraní,
  • volný výběr zařízení,
  • konzistentní inženýrské údaje o systému,
  • podporu všech funkcí u všech zařízení,
  • v praxi fungující metodu plug-and-play.

Podpora standardu FDT

Rozvoj a podporu standardu FDT si za úkol vytyčila organizace FDT Joint Interest Group (FDT JIG), mezinárodní sdružení výrobců automatizační techniky, kteří mají o tento standard zájem (http://www.fdt-jig.org). Sdružení, mající nyní 33 řádných členů, je otevřené všem firmám a organizacím se zájmem o spolupráci.

V současné době je vydána specifikace FDT verze 1.2, která má být ještě v tomto roce předložena mezinárodním standardizačním orgánům (IEC anebo ISO) s návrhem na přijetí za mezinárodní standard. Popis standardu FDT je nyní vydán v němčině; v angličtině by měl být k dispozici letos na podzim.

Sdružení FDT JIG také navrhuje pro standard FDT zkušební a certifikační postupy podobné těm, které jsou vytvořeny organizacemi Fieldbus Foundation, Profibus International a HART Foundation pro jimi podporované protokoly. Certifikovány musí být nové moduly DTM zařízení. Současně sdružení již investovalo do zkušebních nástrojů pro kontrolu modulů DTM a nyní připravuje vývoj nástrojů pro testování programů typu FDT kontejner. Zkušební prostředky jsou udržovány nezávislou třetí stranou a zkušební a ověřovací proces je vždy nezávislý na dodavateli.

Členské organizace FDT JIG rovněž vždy a všude zdůrazňují, že podporují metodu FDT/DTM mj. i proto, že nenahrazuje již existující zavedený způsob popisu zařízení založený na DDL ani na něm „nekanibalizuje„. Členové sdružení pohlížejí na metodu FDT/DTM jako na rozšíření možností skýtaných prostředím DDL.

Závěr

Metoda FDT/DTM definuje jediné společné vývojové prostředí pro konfigurování, uvádění do chodu i průběžnou údržbu provozních přístrojů v současných automatizačních systémech, a to prostředí nezávislé na výrobci zařízení a použitém komunikačním protokolu. Jako standard FDT slibuje odstranit nákladné složitosti, které do praxe heterogenních automatizačních systémů přinesly jinak vynikající digitální průmyslové komunikační sběrnice. Třebaže jde o metodu původně navrženou pro provozní zařízení používaná při řízení spojitých technologických procesů (převodníky teploty, tlaku, průtoku apod.), růst její obliby jí postupně otevírá cestu do všech oblastí, kde se využívají digitální komunikační sběrnice, včetně výrob nespojitého charakteru.

Literatura:

[1] SUCHÝ, K.: Novinky v průmyslové komunikaci na Hannover Messe 2003. Automa, 2003, roč. 9, č. 7, s. 36–37.

[2] –: An FDT Joint Interest Group White Paper. FDT JIG, 2003.

[3] ROONEY, O. – SCHMID, F.: Standardized software for the automation- and measuring instruments industry. FDT JIG, 2003.

[4] –: FDT – Shaping the future of device integration. FDT Joint Interest Group, Hannover Fair/Interkama+, 20. dubna 2004.

[5] ZUCCHERO, N.: Demystifying a protocol (FDT/DTM). Protocol, a supplement to InTech magazine, ISA, May 2004.

(sk)

Inzerce zpět