現(xiàn)場總線互用性測試
加入技術(shù)交流群
基金會現(xiàn)場總線的既定目標(biāo)永遠是設(shè)備之間的互用性，它靠使用開放的、非專有的現(xiàn)場總線協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)的用戶層功能塊和設(shè)備描述技術(shù)。設(shè)備描述文件（DD）是允許設(shè)備在相同的H1現(xiàn)場總線共存和通訊的關(guān)鍵。為了保證互用性，要求設(shè)備供應(yīng)商經(jīng)過基金會檢測和注冊設(shè)備，使注冊文件對用戶是可用的。主系統(tǒng)也同樣被基金會用主機互用性支持測試（HIST）進行檢測，來保證未來的互用性。
但是，為什么所有的設(shè)備供應(yīng)商都要測試設(shè)備呢？今天，幾乎所有的DCS供應(yīng)商都擁有不同功能的現(xiàn)場總線互用性檢測實驗室，為的是用他們各自的主控制系統(tǒng)來檢測基金會現(xiàn)場總線設(shè)備。那么，什么是主機供應(yīng)商可以做，但是基金會和設(shè)備供應(yīng)商不可以做的呢？最后，用戶的最終收益將是什么呢？
這篇文章主要研究了這些問題，并且關(guān)注了技術(shù)供應(yīng)商，無論是主系統(tǒng)或是設(shè)備的，可以做些什么來使基金會現(xiàn)場總線為每個人工作。
歷史回顧
剛開始基金會現(xiàn)場總線的創(chuàng)始者，詳細闡述了他們的意圖，就是，為設(shè)備——傳感器和執(zhí)行機構(gòu)等——可以存在于一個強大的總線之中，并且可以與其它設(shè)備和主機通訊，不管這些設(shè)備是來自于哪個廠家，這一想法通過標(biāo)準(zhǔn)的電氣和通訊協(xié)議得以實現(xiàn)，基金會指出，設(shè)備上出現(xiàn)的參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)然也會存在一些包括制造商特定參數(shù)的選擇。各個制造商可以通過這些可選參數(shù)區(qū)分彼此。例如，一個溫度傳感器，將會在閥門定位器得到不同的參數(shù)。
在更多的案例中，所指定的主系統(tǒng)可能是一個DCS系統(tǒng)，但是它也可以是一個筆記本電腦，抑或是一個手持配置工具，或是一個簡單的PC程序。設(shè)備描述文件和功能文件使得主系統(tǒng)可以識別設(shè)備，并且知道它們的參數(shù)和功能。描述設(shè)備的這些文件通常被整體指定為設(shè)備文件。這些設(shè)備文件定義了功能塊和設(shè)備功能，因此，就使一個主系統(tǒng)可以知道所需的關(guān)于FF設(shè)備的所有信息，而不需要親眼看到這些設(shè)備。所以，這些設(shè)備文件是離線配置的關(guān)鍵。
測試所需 在一個理想的世界里，如果擁有一個完美詳盡的說明還要有對這個說明的充分理解，主機和設(shè)備供應(yīng)商可以各自開發(fā)自己的產(chǎn)品，而且這些產(chǎn)品可以互相配合良好。但是在現(xiàn)場總線設(shè)備的現(xiàn)實世界中，由于現(xiàn)實人所開發(fā)的軟件的復(fù)雜性，所以大家公認，測試是必須的——而且是大量的測試。所以基金會開始要求設(shè)備進行基金會測試和注冊（在測試之后），最初并沒有對主系統(tǒng)測試做要求。多數(shù)設(shè)備供應(yīng)商曾經(jīng)在提交給FF注冊之前進行自己的提前認證（現(xiàn)在仍在進行）。現(xiàn)在，基金會仍然提供一些進行FF通訊協(xié)議檢測。國家儀器現(xiàn)場總線配置被用來進行設(shè)備測試。許多設(shè)備供應(yīng)商把這個軟件包作為他們在協(xié)議層之外進行測試和解決問題的“黃金定律”。
同時，DCS領(lǐng)域也遇到了他們自己的問題。已經(jīng)通過FF測試的設(shè)備和設(shè)備文件有時可能在一個系統(tǒng)上工作良好，卻在另一個系統(tǒng)上出現(xiàn)問題。每個主系統(tǒng)供應(yīng)商都可以自由使用他們自己的一套現(xiàn)場總線功能和特點，一些不同的堆棧（協(xié)議實施）是可用而且已經(jīng)被用了。另外，不同的供應(yīng)商（無論是系統(tǒng)或是設(shè)備的）可能在現(xiàn)場總線規(guī)范的解釋上稍有不同。
所以有兩件事就在早期發(fā)生了。首先，用戶的項目要求不同的DCS系統(tǒng)與他們的各種現(xiàn)存設(shè)備配合使用。用戶開始要求設(shè)備被測試或是“認證”來保證他們的現(xiàn)場總線項目可以順利工作。第二，當(dāng)遇到問題時，主系統(tǒng)和設(shè)備供應(yīng)商開始合作（和基金會）來解決這些問題?，F(xiàn)在，大多數(shù)大型的系統(tǒng)供應(yīng)商在適當(dāng)?shù)奈恢糜袦y試程序。這些測試程序就代表了“幕后之人”，它們在確?，F(xiàn)場總線工程順利實施，問題成功解決方面非常有用。
測試的“三角關(guān)系”
當(dāng)今，使得基金會現(xiàn)場總線之所以成功的一個關(guān)鍵因素就是測試的三角關(guān)系，包括基金會，設(shè)備供應(yīng)商和主系統(tǒng)供應(yīng)商（見圖1）雖然信任用戶的測試實驗室和試驗工廠，或是獨立的顧問，學(xué)習(xí)中心，但是最主要的責(zé)任是來自這三個部門。讓我們看一下他們各自的職責(zé)。
圖1 測試的三角關(guān)系 除了提供技術(shù)，現(xiàn)場總線組織，現(xiàn)場總線基金會負責(zé)測試設(shè)備，使之滿足FF標(biāo)準(zhǔn)的要求。FF注冊設(shè)備是已經(jīng)通過測試的。這些測試非常重要，但是也有限制。實際上，F(xiàn)F并不“證明”設(shè)備，他們并不保證一個設(shè)備以特定的方式運行。他們的宗旨是保證協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)被執(zhí)行。FF通過執(zhí)行非常嚴(yán)格的測試來保證電氣設(shè)備的協(xié)議被執(zhí)行。FF互用性測試軟件包依靠這些標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備。他們測試通訊功能，檢驗一個設(shè)備包含一個通過FF一致性測試的注冊堆棧。
當(dāng)FF確實運行一個設(shè)備互用性測試來檢驗不同設(shè)備功能塊之間的通訊時，這并不保證正確的功能塊控制行為。FF并不強制測試或是使設(shè)備執(zhí)行相關(guān)的測試。FF的DD測試保證語法正確并滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)。CFF測試保證功能文件定義現(xiàn)有設(shè)備的功能。當(dāng)然，主要的目的還是保證FF協(xié)議和說明將被執(zhí)行。也就是說每臺設(shè)備都要得到FF檢測標(biāo)志。但是現(xiàn)場總線基金會并不保證設(shè)備與系統(tǒng)配合正確。考慮到所有的可能組合，這將會是一個不可能的任務(wù)。
設(shè)備供應(yīng)商最在意他們的設(shè)備按照需求工作。他們最關(guān)注設(shè)備功能（制造商置于傳感器模塊的特殊部分），也是區(qū)分他們產(chǎn)品的地方。大多數(shù)設(shè)備供應(yīng)商的堆棧或是外部功能的一些功能塊依靠第三方，例如Softing、SMAR或是國家儀器有限公司。設(shè)備供應(yīng)商在基金會處購買工具進行提前測試，以保證通過進一步的FF互用性測試，但是這些工具并不測試類似算法等行為。許多設(shè)備供應(yīng)商只有有限的測試能力，有時只使用NI配置軟件作為用戶測試工具，他們很少有主系統(tǒng)，例如，NI配置軟件對報警行為并不做出反映。幸運的是，供應(yīng)商已經(jīng)開始購買主系統(tǒng)，并且在保證設(shè)備所有行為表現(xiàn)越來越主動。這是一個學(xué)習(xí)的過程，但是他們的主要目的仍然是保證他們的設(shè)備正常工作并合乎標(biāo)準(zhǔn)。
系統(tǒng)供應(yīng)商的職責(zé)不僅僅是把各種現(xiàn)場總線設(shè)備相互連接和集成在一起，而且要保證整個系統(tǒng)的控制行為，包括設(shè)備的功能塊。最終，用戶期望整個系統(tǒng)工作正確。為此，還有很多其它的事要做。系統(tǒng)供應(yīng)商在設(shè)備測試中扮演重要角色。現(xiàn)在，正式的現(xiàn)場總線互用性程序已經(jīng)被以下公司開發(fā)使用： Honeywell (PlantScape和 Experion PKS), Emerson (DeltaV 和 Ovation), Yokogawa (Centum), ABB (Industrial IT), Rockwell 自動化和 SMAR (System 302)。（如有遺漏，請多見諒）。盡管每個企業(yè)的測試程序應(yīng)用或是原則有所不同，但是最終目的都是相同的，保證可用的設(shè)備正確可靠的與控制系統(tǒng)工作。
系統(tǒng)供應(yīng)商的測試之所以意義重大，具有以下幾點原因：
● 如報警和時間報告等行為可以更好的被主系統(tǒng)觀察到
● 一個設(shè)備的功能涉及系統(tǒng)的不同功能
● 新的功能總是在規(guī)則中詳細說明
● 規(guī)則的新變形被試驗（如規(guī)則沒有排除但是以前沒有人試驗過的）
● 一些可能使用的特性沒有被支持，但是也沒有明確反對
評論