摘要：通過分析工業(ye) 控製係統中現場設備集成與(yu) 係統集成的現狀，研究了FDT技術特點，提出了FDT技術應用到NT6000分散控製係統的多總線集成方案，並將EDDL融合到FDT中開發通用設備DTM，實現了對現場設備的組態、診斷等統一管理。
關(guan) 鍵字：現場總線；設備集成；FDT/DTM；EDDL；NT6000
1 引言
在過程自動化中，控製係統通常由不同廠商提供的總線設備組成，這些設備與(yu) 現場總線相連，不同廠商的設備之間不可互操作，且存在多種總線並存的情況。雖然設備廠商提供專(zhuan) 有的配置管理工具對現場設備進行參數等的配置，但工程人員不得不熟悉多種應用工具和考慮不同的總線通信等問題，使得配置工作變得複雜且費時。另外，現場設備集成過程中的設備互操作、版本管理和平台兼容性等問題，也給工業(ye) 控製係統的集成帶來極大的不便，因此市場上迫切需要一種統一的操作平台來獲取設備的豐(feng) 富信息，實現對不同廠商的現場設備的集成配置、標定、調試和故障診斷，從(cong) 而維持工業(ye) 控製的一致性和設備互操作的便利性。
目前主要的設備集成技術有OPC(OLE for Process Control)、EDDL(Electronic Device Description Language)、FDT(Field DeviceTool)等。FDT是基於(yu) 軟件組件的開發思想和基於(yu) C/S的架構實現設備集成，與(yu) 其它集成技術相比，FDT對多總線網絡和設備的支持有其特別之處，它在軟件組件和硬件組件的聯合中引用了“即插即用”的原理，使用了嵌套通信和網絡拓撲等技術。但是FDT在集成時也存在一些困難，例如某些設備廠商隻提供EDD文件，沒有DTM組件。
本文針對上述情況，將FDT技術應用到NT6000分散控製係統(DCS)，提出了一種基於(yu) FDT技術的多總線集成管理方案，並將EDDL融合到FDT中開發通用設備DTM，實現對現場設備的組態、診斷等管理。
2 FDT技術簡介
FDT是現場設備與(yu) 控製係統或資產(chan) 管理工具之間進行數據交換的一種標準化的接口規範。FDT技術包括三個(ge) 要素：框架應用程序(Frame Application)，設備DTM(Device Tool Manager)以及通訊DTM[1]。①框架應用程序提供DTM的實時運行環境，通過FDT接口與(yu) DTM進行通信，它可以是現場設備的參數設置和組態工具、工程工具或資產(chan) 管理工具，且對所有通信協議都是開放的。②設備DTM是描述現場設備的軟件組件，通常由設備製造商隨同設備一起提供。每個(ge) DTM對應一個(ge) 設備，它包含了設備的所有數據、功能和執行規則，如設備結構、設備通信能力、內(nei) 部相互依賴關(guan) 係以及人機接口結構，並提供獲取設備參數、配置、操作、問題診斷等功能。③通信DTM，提供一個(ge) 標準化的通信應用進程接口(API)，以連接設備供應商的DTM和主機係統的特定驅動器，處理PC機到現場網絡接口卡的通信。
3 基於FDT的設備管理係統的設計
3.1 總體設計
NT6000係統是由南京G22恒峰公司自主研發的分散控製係統，以E-BUS(冗餘(yu) I/O總線)為(wei) 基礎，同時可以支持HART、MODBUS、PROFIBUS等多種現場總線協議。為(wei) 滿足NT6000係統設備生命周期管理(工程、調試、運行、維護和高級診斷階段)的需要，將FDT技術應用到NT6000係統中，設計了基於(yu) FDT框架的智能設備管理係統(SyncAMS)，係統結構如圖1所示。
圖1SyncAMS智能設備管理係統總體(ti) 結構
係統結構主要分為(wei) 三層：1）設備層，NT6000係統的控製單元和現場總線設備。控製單元是NT6000係統的控製器和IO模件；現場設備由多總線協議的設備組成。2）工廠車間層，包括工程師站、SyncAMS服務器、數據服務器和SyncAMS客戶端。他們(men) 之間通過E-NET冗餘(yu) 網絡相連，並且連接到DPU控製器。SyncAMS通訊服務器一般綁定安裝在NT6000係統網絡上，與(yu) 控製器有著直接的物理通信鏈路，通常情況下直接安裝於(yu) 現場工程師站；負責與(yu) 現場設備之間數據交互，以及與(yu) 數據服務器的交互。數據服務器儲(chu) 存與(yu) 設備儀(yi) 表相關(guan) 的數據和運行操作記錄。SyncAMS客戶端是對設備儀(yi) 表的應用操作。3）企業(ye) 管理層，即SIS/MIS應用係統，通過OPC Client連接OPC Server，從(cong) 而訪問數據。
設備管理的工作流程：客戶端解析用戶的業(ye) 務要求(DTM用戶界麵組件調用)，由工業(ye) 以太網和接口機以請求/響應命令傳(chuan) 遞給SyncAMS服務器，服務器調製解調上位機命令（DTM業(ye) 務邏輯組件調用），將命令由E-BUS總線發送到控製器和I/O模件，再經過現場總線到現場設備。現場設備收到上位機的命令後，通過自身的智能處理將響應信息返回並送入數據服務器的數據庫。
3.2 功能模塊
SyncAMS係統通過接口進行數據交互和數據共享，所有的數據存儲(chu) 在數據緩衝(chong) 區和數據庫中，上層的應用操作直接從(cong) 數據庫管理模塊獲取數據進行集中顯示和操作。其功能結構設計如圖2所示，主要分為(wei) 數據采集模塊、數據庫管理模塊和應用模塊。
圖2係統功能結構圖
(1) 數據采集模塊：完成與(yu) 現場設備的通信任務，包括通訊DTM和網關(guan) DTM，運行DTM的業(ye) 務邏輯模塊，采集設備相關(guan) 數據，並存放到數據緩衝(chong) 區或數據庫中。通訊DTM主要調用NT6000係統接口實現與(yu) DPU控製器通訊，采用冗餘(yu) 通訊策略，當主用設備的鏈路故障時，自動采集備用設備的數據。由於(yu) 現場總線設備由多種總線連接到網關(guan) 模件，故網關(guan) DTM在通訊時需要做多總線協議的轉換，將設備DTM中的HART、PROFIBUS、MODUS協議的數據統一轉換為(wei) HART協議格式的數據，再傳(chuan) 遞給通訊DTM實現與(yu) DPU控製器的E-BUS通訊，如圖3所示。
圖3網關(guan) DTM嵌套數據通訊
DTM的每個(ge) 通信請求被包裝為(wei) Job形式傳(chuan) 送，使用JobHandler對象創建和執行這些Jobs(上線、離線、傳(chuan) 輸、掃描)。
(2) 數據庫管理模塊：負責記錄設備的通信數據(組態參數、診斷狀態、過程監控數據等)，以及用戶的操作配置記錄，為(wei) 其他應用模塊實現數據的共享訪問。FDT框架程序通過DTM接口(如圖4)IDtmOnlineDisgnosis、IDtmDiagnosis實現了對設備診斷功能，通過接口IDtmSingleDataAccess實現對設備特定參數及其數據類型、值、狀態信息以及語義(yi) 信息的獲取，通過IFdtBulkData接口實現DTM數據的存儲(chu) 。
圖4 DTM接口
數據庫管理模塊還提供數據緩存服務和OPC服務接口。數據緩存服務為(wei) 其它客戶端提供數據源，當多個(ge) 客戶端並發通訊時，對同一設備同一命令的數據可以直接從(cong) 緩存區中取數據，以減少通訊負荷。OPC服務接口為(wei) SIS/MIS應用係統的數據共享和通訊提供接口。
(3) 應用模塊：主要是FDT框架自身工程管理和調用DTM用戶界麵組件，分為(wei) 以下幾個(ge) 部分：
① DTM庫管理：從(cong) 注冊(ce) 表中掃描DTM組件，並保存到工程數據庫中；
② 網絡拓撲：組建NT6000係統包含的控製單元和現場設備的網絡結構；
③ 日誌追蹤：記錄對設備所做的操作，並根據信息種類和操作的進行分類管理顯示；
④ 參數配置：設備參數化，從(cong) 設備上傳(chuan) 參數到應用軟件，或將設定參數下載到設備；
⑤ 設備標定：檢測設備準確度，確定設備的靜態特性指標，消除係統誤差；
⑥ 過程監控：對設備某些重要參數進行實時監控，分析其運行狀態，比如曲線繪製；
⑦ 設備診斷：檢測設備的故障狀態，並給出故障提示。
3.3 EDDL與FDT的結合
EDDL是一種不依賴於(yu) 係統平台的基於(yu) ASCII格式的電子設備描述語言，定義(yi) 了現場總線設備的變量、結構和功能，它由EDD文件和EDD解釋程序組成[3]。在FDT技術中，用戶通過FDT框架程序訪問DTM，從(cong) 而實現對現場設備的組態、診斷等任務，但現場設備種類多，而且有些廠商隻提供了EDD文件，沒有DTM組件，這為(wei) 係統集成帶來了困難。如果在DTM中實現一個(ge) 訪問設備描述文件的接口，並嵌入EDD解釋程序，通過EDD解釋程序解釋現場設備的EDD文件，以實現對現場設備的配置、標定和診斷(如圖5)。
圖5通用DTM結構
通用DTM的業(ye) 務邏輯模塊在IdtmBaseCallback回調時調用EDD解釋器讀取EDD文件，並生成FDT識別的XML格式的設備描述文件；用戶界麵模塊在頁麵布局時讀取XML設備描述文件，根據XML數據，動態生成在線參數、離線參數、觀測、診斷和標定等頁麵，以對設備進行監測管理，進一步達到控製設備的目的。
4 基於FDT的設備管理係統的實現
本係統使用了德國M＆M公司的fdtCONTAINER component和dtmManager組件開發包結合VS2010集成開發環境開發了SyncAMS框架程序和DTM組件(通訊DTM、DPU網關(guan) DTM、模件網關(guan) DTM和通用設備DTM)。
框架程序以開發包的RuntimeFrame核心組件為(wei) 基礎，擴展開發了DB Adapter2.0模塊、Event Log Recorder模塊、FDT Visual Controls模塊、Help Doc模塊和主程序。
(1) DB Adapter2.0模塊是數據服務模塊，實現了IDBAdapter2接口，提供訪問持久化數據，如DTM組件、DTM目錄、工程、網絡拓撲等讀寫(xie) 操作；
(2) Event Log Recorder模塊實現了ILogEventListener回調接口，可以捕捉RuntimeFrame核心模塊產(chan) 生的事件信息和錯誤日誌；
(3) FDT Visual Controls模塊是GUI控件和類的集合，主要有DTM目錄控件、網絡視圖控件、工程視圖控件、DTM功能菜單控件、ActiveX窗口等；
(4) Help Doc模塊用於(yu) 顯示各個(ge) 功能塊的操作幫助，便於(yu) 用戶理解和使用。
(5) 主程序整合了以上幾種程序集模塊，擁有標準的菜單欄、工具欄、導航欄、文檔區、數據欄、狀態欄等組織結構，並借助通用的界麵停靠控件WeifenLuo.WinFormsUI.Docking實現了豐(feng) 富的停靠效果，主界麵如圖6所示。
圖6SyncAMS客戶端框架
DTM組件開發包提供了DTM Project向導和DTM GUI Project向導，一個(ge) 完整的DTM組件需要由這兩(liang) 個(ge) 工程生成的DLL文件合並而成，前者是DTM的業(ye) 務邏輯，後者表示DTM的界麵操作。CDTMBase類是DTM開發的基礎服務類，所有FDT Functions由該類委托實現，通過IDTMNotification和IContainerServices的C++接口提供訪問框架應用程序的方法；聲明了IDTMBaseCallback接口的回調函數，開發時需要重寫(xie) 這些回調函數，以完成相應的調用功能。而GUI工程，以CDemoView類為(wei) 該ATL組件的核心類，該類繼承了FDT100.DLL的接口IPersistStreamInitImpl、IPersistStorageImpl和類CFdtActiveXImpl，並實現了UpdateUI接口刷新用戶界麵。
5 結束語
本文將FDT技術應用到NT6000係統中設計了多總線集成的現場設備管理係統，對係統進行了總體(ti) 設計和功能模塊劃分，並結合EDDL技術開發了通用DTM。係統使用了羅斯蒙特Hart壓力變送器、川儀(yi) Hart執行機構、西門子Profibus壓力變送器、ABB-Profibus壓力變送器、Modbus設備等多種總線設備進行測試，該係統擁有良好的開放體(ti) 係結構、互操作性和較強的故障診斷能力，解決(jue) 了工業(ye) 控製係統多總線並存、設備互操作和統一管理問題，提高了設備運行的可靠性、利用率及壽命，同時又能降低了設備的維護和運行費用。
隨著總線設備日趨完善化、複雜化和自動化，現代化的設備管理與(yu) 維護技術將會(hui) 得到迅速發展和廣泛應用，而工廠管理層也將會(hui) 越來越重視維護和運行費用。可以斷言，在今後相當長的時間內(nei) ，該技術應用將逐漸得以普及，並發揮重要的作用。
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