Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Specifikace FDI otevírá novou éru v technice sběrnic

Článek se zabývá klíčovými otázkami, před něž jsou postaveni uživatelé softwarových nástrojů pro správu provozních zařízení, a tím, jak se na tyto otázky snaží odpovědět specifikace FDI (Field Device Integration).

 
The article describes key issues faced by users of device management tools and how Field Device Integration (FDI) specification attempts to answer them.
 
Smyslem specifikace FDI (Field Device Integration) je umožnit výrobcům přístrojové a řídicí techniky vyvíjet vzájemně kompatibilní produkty a softwarové nástroje určené pro jejich správu. Pro uživatele je zajímavé, že specifikace FDI kombinuje dvě původní, konkurenční specifikace: EDDL (Electronic Device Description Language) a FDT/DTM (Field Device Tool/Device Type Manager). Hlavním cílem specifikace FDI je zkombinovat jednoduchost textově orientované specifikace DD (Device Definition) s flexibilitou funkcí nástroje FDT, založeného na Windows, a kompletní grafickou reprezentací parametrů a funkcí přístroje.
 
Tento článek se v první části zabývá základními otázkami, před něž jsou postaveni uživatelé nástrojů pro správu provozních zařízení, a tím, jak se na tyto otázky snaží odpovědět specifikace FDI (Field Device Integration). V závěru se článek dotkne problémů, pro něž samotná specifikace FDI není řešením.
 

Nástroje pro správu provozních přístrojů

V průmyslové automatizaci a pro řízení technologických procesů se v současné době používá více než třicet otevřených nebo proprietárních komunikačních protokolů. Jde-li o technologické procesy v průmyslu, 90 % trhu zaujímají tři z nich – HART, Profibus a Foundation Fieldbus. Je zřejmé, že právě tyto tři protokoly mají velký význam a velký potenciál ve zlepšování a optimalizaci provozu průmyslových závodů a správě výrobních prostředků. Tyto tři protokoly hrají také velkou roli v oblasti servisu a údržby provozních přístrojů. Všechny nástroje pro správu, kalibraci, diagnostiku a údržbu těchto přístrojů musí být schopny využívat všechny přednosti sběrnicových komunikačních protokolů, a to co nejjednodušším způsobem a s ohledem na potřeby koncového uživatele.
 
V jednom závodě přitom tyto nástroje využívají vždy různé skupiny uživatelů. Například servisní technici, kteří diagnostikují stav zařízení, s nimi potřebují jen on-line komunikovat. Naproti tomu technici, kteří tato zařízení uvádějí do provozu, nejspíš budou chtít nejprve off-line nastavit jejich parametry a teprve potom nahrát potřebný soubor do zařízení. Inženýři, jejichž úkolem je zajišťovat technická měření v podniku, nebo vedoucí údržby pravděpodobně budou potřebovat celkový přehled o stavu přístrojové techniky v závodě. Nástroje pro správu provozních přístrojů musí simultánně a jednoduše sloužit všem těmto uživatelům.
 

O co jde uživatelům

V současné době dodává každý větší výrobce automatizační techniky pro procesní výrobu ucelený sortiment od přístrojové techniky až po plnohodnotné řídicí systémy. Mnozí nabízejí i vlastní nástroje pro správu provozních přístrojů. Jeden a tentýž provozní přístroj, např. snímač nebo pohon, může mít pro různé nástroje různé softwarové ovladače. To uživateli až tak nevadí, protože si prostě vybere ten správný. Co ho ovšem popouzí, je to, že různé ovladače mají v různých hostitelských systémech různý vzhled, různé ovládání a různé chování. Ovladače přístrojů určené pro jeden systém se navzdory vší standardizaci v jiném systému chovají úplně jinak.
 
Uživatel se tedy musí vypořádat s tím, že jeden přístroj má různé ovladače pro různé nástroje. Je to ale problém i pro výrobce přístrojové techniky, protože musí navrhovat a testovat pro tentýž výrobek různé softwarové ovladače určené pro různé nástroje pro správu přístrojové techniky.
 
K této neblahé situaci nejvíce přispívá to, že:
  • každý hostitelský systém přizpůsobuje digitální popis přístroje struktuře svého uživatelského rozhraní,
  • každý výrobce přístrojové techniky má svou vlastní představu o tom, jaké parametry jsou pro uživatele důležité.
 
Cílem specifikace FDI je tyto nekonzistence v co největší míře omezit.
 

FDI Device Package

Přístrojové balíčky FDI, FDI Device Package (obr. 1) jsou univerzální pro všechny provozní přístroje a softwarové nástroje. Každý provozní přístroj, tj. snímač anebo akční člen, je dodáván se softwarovým balíčkem FDI Device Package, univerzálním pro všechny nástroje a systémy – nástroje pro provozní přístrojovou techniku, řídicí systémy i počítače.
 
Balíček FDI Device Package zajišťuje pro daný přístroj všechny funkce nástrojů pro správu přístrojové techniky bez ohledu na jejich výrobce a dodavatele. Každý hostitelský systém překládá jednotný ovladač přístroje odlišně, aby jej přizpůsobil vzhledu konkrétního uživatelského rozhraní.
 

Common Host Components

Dodavatelé přístrojů typicky navrhují své ovladače pro jeden preferovaný softwarový nástroj pro jejich správu. Ačkoliv ovladač lze zpravidla přizpůsobit i jiným nástrojům, mívá takové přizpůsobení k dokonalosti daleko. Protože specifikace a doporučení výrobců tento problém neřeší, velkým úsilím FDI je vyvinout společné hostitelské komponenty – Common Host Components.
 
Komponenty Common Host Components se skládají ze dvou částí: EDD Engine a UI Engine. Všechny balíčky FDI Device Package jsou testovány a certifikovány tak, aby dokázaly pracovat s každým hostitelským systémem obsahujícím Common Host Components. Tyto komponenty jsou obecně dostupné, je možné je implementovat do libovolného hostitelského systému a umožňují realizaci funkcí správy přístrojového vybavení. Využití těchto komponent zaručuje, že reprezentace FDI Device Package jsou v různých nástrojích podobné. A co je důležité, jestliže budou odborníci při vývoji softwarových balíčků pro přístrojovou techniku používat doporučení FDI Reference, budou reprezentace grafů, obrázků, textů atd. v balíčku FDI Device Package vysoce optimalizované, jak to požadují dodavatelé přístrojové techniky. Výrobci přístrojové techniky a systémů pro správu přístrojů již nebudou muset testovat jednotlivé ovladače přístrojů s různými softwarovými nástroji.
 

Návrh uživatelského rozhraní

Různé aspekty návrhu uživatelského rozhraní jsou podrobně dokumentovány v průvodci, který obsahuje příklady zdrojového kódu a návrhy grafické reprezentace řídicích prvků a bloků. Standardizuje také štítky – labels. Například položky menu vstupní úrovně jako „nastavení přístrojů“, „diagnostika“, „provoz“ a „akce“ dostávají štítky jako „apply“, „cancel“, „next“ apod. Průvodce také kodifikuje překlad z angličtiny do vybraných jazyků (francouzština, němčina, portugalština, španělština a ruština).
 
FDI Device Packages jsou navíc založeny na harmonizovaném jazyce EDDL, použitelném pro všechny tři důležité protokoly: HART, Profibus a Foundation Fieldbus. Všechny nové popisy EDD musí být ve shodě s inovovanou normou IEC 61804-3 Function blocks (FB) for process control – Part 3: Electronic Device Description Language (EDDL). Právě koncept uživatelských pohledů a harmonizace EDDL byly hlavní požadavky sdružení NAMUR na specifikaci FDI.
 

Dostupnost informací o přístroji

V počátcích životního cyklu technologického zařízení je většina uživatelů spokojena s využitím informací o přístrojích v rámci dodaných softwarových nástrojů. Dříve či později se však dostanou do situace, kdy mají být informace o přístroji dostupné externím nástrojům nebo systémům. Například může být nutné analyzovat stav přístrojové techniky, monitorovat chyby a selhání, číst kalibrační data nebo používat jiné specializované externí nástroje, které potřebují mít přístup ke konkrétním přístrojům.
 
Většina nástrojů pro správu přístrojové techniky neumožňuje transparentní a snadný přístup k informacím přímo z provozních přístrojů. Dokonce i tehdy, kdy to daný nástroj umožňuje, je k využití informací nutný ještě dodatečný software, popř. hardware. Pozitivní roli v této oblasti hrají standardy, zvláště OPC UA. Standardy totiž umožňují, aby data z přístrojů byla nástroji třetích stran snadno dostupná a efektivně využitelná. Užití standardního rozhraní OPC UA v FDI otevírá jiným aplikacím přístup k datům v systému pro správu provozních přístrojů. Aplikace mohou být navrhovány a vyvíjeny bez jakékoliv podpory ze strany dodavatele hostitelského systému; služby OPC UA podporované serverem FDI umožňují bezpečný přístup k živým datům přístrojů i k uloženým historickým datům. Generickým klientem OPC UA může být nástroj určený pro údržbu, systém MES nebo ERP.
 
Je zřejmé, že ne pro všechny používané přístroje budou okamžitě k dispozici balíčky FDI Device Package – než jich bude na trhu k dispozici větší počet, uplyne ještě nějaká doba. Uživatelé se ale nemusí bát, že by přechod k FDI znamenal, že nebudou moci využívat již existující funkce, protože FDI bude vždy podporovat i již existující ovladače provozních přístrojů.
 

Několik problémů, které zůstávají nevyřešeny

Je FDI řešením všech problémů uživatelů systémů pro správu provozních přístrojů komunikujících prostřednictvím průmyslových sběrnic? Ne tak docela. V některých oblastech není možné jen specifikací FDI a standardizací najít jednoduché odpovědi.
 
Problematickými místy zůstávají již výběr a instalace vhodného softwarového nástroje. Potíže mohou působit nástroje s nevhodně navrženým ovládáním, neadekvátní nebo příliš složité nástroje nebo nepružné nástroje, jejichž velikost a funkce nelze podle potřeby přizpůsobovat.
 
Instalace softwaru může být časově dost náročná. Mnohé nástroje jsou totiž dosti datově objemné a jejich stažení a instalace trvají dlouhou dobu. Často navíc vyžadují, aby již předem byly k dispozici služby.NET nebo SQL, což dobu instalace dále prodlužuje. Kromě toho ke všem přístrojům musí být importovány a naistalovány příslušné ovladače, a to v aktuální verzi. Další kroky zahrnují instalaci a konfiguraci ovladačů modemů (komunikačních modulů). Postup je u jednotlivých výrobců výrazně odlišný. Většina nástrojů vyžaduje manuální aktualizaci katalogů. Některé nástroje potom vyžadují ještě aktivaci licence. Několik dalších kliknutí je třeba k nastavení komunikace s přístroji nebo jejich skenování.
 
Uživatelé nejčastěji potřebují konfigurovat stále ty samé základní parametry (např. typ proměnné, rozsah, jednotka) nebo opakovaně vykonávat ty samé funkce, např. návrat do výchozího nastavení. Většina nástrojů ale tyto opakované funkce nepodporuje, a jestliže ano, jejich nastavení je zbytečně komplikované, což uživatele odrazuje.
 
Nevhodně navržené ovládání může způsobit, že množství užitečných informací zůstane ztraceno v obrazovce. Moderní ovládání softwarových nástrojů je intuitivní. Problém ovšem nastane, když použité ikony uživateli nic neříkají a barvy mají jiný význam, než očekává. Používá-li navíc každý dodavatel své vlastní ikony a barvám přisuzuje různé významy, musí mít uživatel skutečně silně vyvinutou intuici. Jednou z možností, jak se s touto situací vypořádat, je používat doporučené ikony a barvy, specifikované např. doporučením sdružení NAMUR.
 
Uživatelé v současné době používají velké množství softwarových nástrojů: od jednoduchého freewaru po plně integrované nástroje (často za značnou cenu). Využívat mnoho nástrojů je nepohodlné a uživatelé by chtěli používat jen jeden nástroj, ovšem různými způsoby. Například provozní inženýr, který stojí v provozu vedle snímače, potřebuje pro svůj tablet nebo notebook jednoduchý nástroj, který dokáže on-line komunikovat se snímačem – nic víc. Ten samý provozní inženýr ale ve své kanceláři vyžaduje nástroj s mnohem širšími funkcemi pro diagnostiku, kalibraci, kontrolu regulačních smyček, výměnu provozních přístrojů atd. Důležitými vlastnostmi moderních softwarových nástrojů jsou tedy škálovatelnost a flexibilita, díky nimž lze tentýž nástroj využít pro různé úlohy.
 
Specifikace FDI je počátkem nové éry v oblasti provozních sběrnic. Uživatelé by měli pečlivě sledovat, jak dodavatelé softwarových nástrojů pro správu provozních přístrojů dokážou tento standard využívat.
Neil Shah, ABB Control Technologies
 
Obr. 1. FDI Device Package – jeden přístroj, jeden softwarový balíček, všechny nástroje (zdroj: FDI)
Obr. 2. FDI Common Host Components (zdroj: FDI)