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基于FDT的智能设备管理开发十大挑战和对策

作者:www.cechina.cn2023.08.28阅读 5061


此图片来源:摄图网    文中logo来源:美名软件

  基于现场总线的生产控制系统DCS)已经非常成熟,而智能设备管理系统(IDM/AMS)充分发挥了现场总线的优势,在提升设备维护水平、降低设备维护成本上也获得了广泛肯定。随着企业数字化水平的不断提升,打通管理系统(IT)和工厂现场(OT)之间信息壁垒的需求变得越发迫切CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时自主可控等行业新趋势不断涌现,这些都对智能设备管理系统提出了新的挑战。
  FDT的开放性使其提供了对所有主流现场总线的支持,还可以提供对未来新现场总线和自有总线的支持。也因其开放性,FDT在工业自动化领域被智能设备管理系统广泛采用。
  01 FDT最新进展:FDT 3.0时代已至
  FDT(Field Device Tool)是设备集成领域的国际标准(IEC 62453),同时也是中国国家标准(GB/T 29618),由非盈利机构FDT组织制订和维护。近年来,针对工业自动化领域的最新发展和需求,FDT组织推出了FDT UE(FDT统一平台,即FDT 3.0)。

  FDT UE 为FDT技术引入了一系列新特性:
  ■ 跨平台(支持Linux,支持龙芯等国产CPU)
  ■ 多终端访问(PC、智能手机和平板)
  ■ 内置OPC UA服务器
  ■ 基于开源平台且提供完整源码

▲FDT 3.0标准将帮助过程、混合和离散行业的自动化供应商和最终用户,实现控制系统集成。

  除了完整描述FDT UE平台的FDT 3.0标准之外,近年来,FDT组织还发布了FDT 3.0开发人员工具包,这样供应商和用户就可以使用集成开发环境(IDE)开展工作,从而可以轻松创建和定制下一代跨平台的FDT 3.0解决方案。
  02 智能设备开发十大挑战及对策
  美名软件从第一代FDT标准开始,深度参与标准制订、公共组件和认证测试工具开发等工作,并长期承担FDT官方技术支持,在FDT领域拥有超过二十年的深厚技术积累。
  面对数字化、自主可控等行业新趋势以及设备集成国际标准的更新换代,从最终用户、系统提供商到设备提供商都存在不少疑问,从技术选型、版本选择到方案设计,问题和挑战层出不穷。
  为了帮助行业和客户更好地把握全局,找到最适合自己的技术方案,既能满足当下的现场需求,还能兼顾未来的发展,同时满足预算和时间的不同约束,美名软件提出了多种解决方案。下面就为各位读者逐一介绍具体的挑战和对应的解决方案。
  挑战一
  我想要FDT UE的跨平台、移动端支持和OPC UA等特性,但缺少FDT 3.0的DTM怎么办?
  我想要通过DTM访问智能设备的数据,但缺少FDT 2.x的DTM怎么办?
  解决方案
  解决方案是采用FDI解释器DTM(设备类型管理器)。
  FDI解释器DTM是FDT和FDI两种设备集成标准之间的桥梁,可以把设备的DD或FDI Device Package融入到FDT系统中,无需为设备开发专属DTM,即可通过用户界面和API访问智能设备的数据。
  要获得FDI解释器DTM可以自行开发或联系美名软件采购。
  延伸问题
  ■ 我要如何开发FDI解释器DTM?
  建议从FieldComm Group购买官方组件FDI Common Host Component,不建议自行编写代码解析DD源文件。
  ■ FDI解释器DTM可以支持哪些现场总线?
  主要取决于官方组件,可以支持HART、FF、Profibus和Profinet。
  ■ FDI解释器DTM可以支持哪些格式的设备描述文件?
  同样取决于官方组件,支持FDT Device Package,向后兼容部分较新格式的二进制Tokenized DD,例如HART的*.fm8/*.fm6格式,以及Profibus/Profinet的*.bin格式。

  挑战二
  我们为某细分过程自动化行业提供DCS系统,我们想实现信创版IDM,从每款仪表中读取数个参数。现场智能仪表型号有限,但既未提供DTM也不提供DD怎么办?
  解决方案
  解决方案是采用DSL解释器DTM。
  DSL是领域特定语言,我们可以基于DSL技术自行定义自有设备描述格式(作为企业或行业标准),然后开发DSL解释器DTM,最后根据设备手册为每款仪表基于自定义设备描述编写设备驱动。
  要获得DSL解释器DTM,美名软件可以提供咨询和开发服务。
  延伸问题
  ■ 我要如何定义自有设备描述格式?
  可以参考EDDL规范。美名软件也可以提供相关咨询和开发服务,包括核心规范、现场总线扩展、DSL解析引擎、DSL集成开发环境和DSL认证测试工具等。
  挑战三
  挑战
  我希望开发FDT 1.2.x/2.x/3.0 DTM,但FDT规范太复杂了。
  解决方案
  解决方案是基于dtmMANAGER开发DTM。
  dtmMANAGER是美名软件提供的DTM开发套件,把FDT规范的复杂细节封装为简单易用的基础设施,使用户可以专注于DTM的业务逻辑,而无需关于FDT规范的细节。
  dtmMANAGER为DTM开发者提供了大量基础设施控制工程网版权所有,包括丰富的参数模型和参数控件,图形化的DTM生成向导和DTM信息编辑器,还包括打包、签名和部署工具链。您可以仅通过点击鼠标就让您的第一个DTM在FDT框架应用程序中成功运行。
  要获得dtmMANAGER请从美名软件购买。美名软件同时也提供DTM开发服务。
  延伸问题
  ■ 基于dtmMANAGER开发DTM的体验是怎样的?
  您购买dtmMANAGER的授权后可以获得三个独立版本的开发套件,分别支持FDT 1.2.x、FDT 2.x和FDT 3.0的DTM,分别使用C++/WTL、C#/WPF和C#/HTML5开发DTM。美名软件为dtmMANAGER提供了二进制接口、API在线帮助文档、开发教程、示例DTM源代码、线下培训和售后技术支持。请直接联系美名软件获得更多信息。

  挑战四
  我为智能仪表开发了DD,我希望快速获得DTM。
  解决方案
  解决方案是basicDTM。
  basicDTM是美名软件提供的基于DD源文件生成并增强DTM的服务,可以支持DD的绝大部分功能,并可以在其基础上增强开发高级功能。在DD和智能仪表质量良好且无需功能增强时,最快可在一两周之内提供DTM。
  需要basicDTM服务请联系美名软件。
  延伸问题
  ■ basicDTM支持哪些现场总线?
  basicDTM目前支持HART、FF和Profibus三种总线。
  ■ basicDTM支持哪些FDT版本?
  basicDTM目前支持FDT 1.2.x。在有较多市场需求时,美名会考虑提供对FDT 2.x和FDT 3.0的支持。

  挑战五
  我希望基于某总线开发FDT 3.0 DTM,但FDT组织官网尚未提供此总线的协议附录(Annex)下载。
  解决方案
  FDT是完全开放的技术控制工程网版权所有,可以通过扩展支持任意总线;FDT组织也是开放的非盈利组织,任何公司、组织、研究院、大学都可以加入FDT组织并参与推动FDT技术的演进。
  FDT的协议附录由独立的工作组制订,不少现场总线的协议附录已经在制订中,只是尚未发布,例如正在等待合适的DTM进行技术验证。您可以联系FDT架构与规范工作组了解相关协议附录的进展,还可以加入到工作中组共同推动协议附录的早日发布。
  如果您有相关需求但缺乏联系渠道,美名软件乐意为您提供相关信息。
  挑战六
  我希望能读取到现场智能设备中的数据,监测设备的维护状态,做到按需维护;获取生产工艺相关数据并进行结构化存储,以方便下一步进行智能分析。
  解决方案
  解决方案是IDM支持FDT 2.x(或3.0),通过 FDT 2.x(或3.0)的设备DTM访问现场设备。IDM集成FDT技术和开发DTM的具体方案请参考下文中的相关挑战。
  过去DTM从现场设备中读取到的数据只能显示在DTM自己的用户界面上,对IDM和用户来说是黑盒,无法进一步分析和利用。
  从2012年正式发布的FDT 2.0开始,FDT正式拥有了通过DTM读取智能设备数据的能力。从现场设备读取到的数据除了显示在DTM用户界面上之外,还可以通过标准化接口API提供给第三方系统。
  延伸问题
  ■ 我可以把FDT 1.2.x DTM升级为FDT 2.x DTM么?
  FDT 1.2.x规范基于COM技术定义, DTM通常使用C++语言实现;而FDT 2.x规范基于.NET Framework技术定义,DTM使用C#语言实现。两者的技术基础和接口都不一致,直接把FDT 1.2.x DTM升级为FDT 2.x DTM一般不具有可行性。但FDT的基本概念和业务流程并未有明显变化,FDT相关的领域知识完全可以复用,拥有FDT 1.2.x DTM开发经验对开发FDT 2.x DTM会很有帮助。
  挑战七
  我喜欢快速、低成本的OEM方案,但还希望增加一些特有功能,例如导入DCS拓扑结构、过滤DTM、针对自有设备增加特殊操作等。
  解决方案
  解决方案是OEM + Plugin。
  OEM fdtCONTAINER的最新版本提供了插件功能,可以在fdtCONTAINER的标准功能之外为IDM增加客户的特有功能,以更好地为最终用户创造价值。
  要了解OEM fdtCONTAINER的更多信息请直接联系美名软件。
  延伸问题
  ■ OEM + Plugin的开发体验是怎样的?
  美名软件为OEM + Plugin提供了二进制接口、API在线帮助文档、开发教程、示例OEM源代码和示例插件源代码,以及售后技术支持。推荐使用C#和WPF进行开发。请直接联系美名软件获得更多信息。
  ■ 对C#和.NET Framework技术不熟悉,我该怎么开发特有功能插件?
  美名软件可以提供相关的咨询、培训和开发服务。

  挑战八
  工业自动化领域对于信创的要求越来越广泛,智能设备管理系统也需要为自主可控提供支持。
  解决方案
  解决方案是IDM集成FDT UE服务器公共组件,通过FDT 3.0设备DTM访问现场设备。
  FDT 3.0规范基于跨平台的.NET Standard技术定义,FDT 3.0 DTM基于相同技术并支持跨平台,FDT UE服务器公共组件基于开源的.NET 6平台实现,已在基于龙芯3A 5000 CPU和统信Linux的国产PC上测试通过。
  FDT 3.0的UI基于HTML5定义,原生支持多平台访问,包括根据移动端屏幕大小自适应布局等,支持AR等新型用户终端的成本也相对较低。
  除了基于开源技术、支持跨平台和移动端访问, FDT UE的核心公共组件还提供完整源代码。也就是说控制工程网版权所有,从操作系统开始,到底层的.NET 6平台,到FDT UE的核心公共组件,全部源代码都可以获得。
  要获得FDT UE服务器公共组件请从FDT组织采购。
  延伸问题
  ■ 集成FDT UE服务器公共组件的开发体验是怎样的?
  FDT组织提供了二进制接口、在线帮助文档、开发教程和示例服务器源代码。推荐使用C#和HTML5进行开发。另外FDT组织发布了FDT 统一平台免费评估计划,所有FDT组织成员都可以申请FDT UE开发包并获得180天免费评估期。
  ■ 对C#和.NET 6技术不熟悉,我该怎么集成FDT UE服务器公共组件?
  对于C++和Java开发人员来说,使用C#语言的学习成本很低。另外,还可以选择通过Web API或OPC UA来集成FDT UE,这样就可以使用您擅长的任意开发平台和编程语言。美名软件也可以提供相关的咨询和开发服务。
  挑战九
  除了最新的FDT 3.0,我还想兼容原有的大量FDT 1.2.x和FDT 2.x的DTM。
  解决方案
  解决方案是IDM集成FDT UE桌面公共组件。桌面公共组件从FDT 1.2.x的时代逐步演进而来,同时支持FDT 1.2.x、FDT 2.x和FDT 3.0的DTM,以及不同FDT版本的DTM之间的交互。
  要获得FDT UE桌面公共组件请从美名软件采购。
  延伸问题
  ■ 集成FDT UE桌面公共组件的开发体验是怎样的?
  桌面公共组件把FDT规范的细节封装为简洁的API,您无需了解规范细节就能将FDT技术快速集成进IDM中。美名软件为桌面公共组件提供了二进制接口、API在线帮助文档、开发教程、示例框架源代码、线下培训和售后技术支持。推荐使用C#和WPF进行开发。请直接联系美名软件获得更多信息。
  ■ 对C#和.NET Framework技术不熟悉,我该怎么集成FDT UE桌面公共组件?
  如果您使用C++、Qt或MFC等技术,可以通过C++/CLI(托管C++)等技术作为桥梁访问基于.NET Framework的桌面公共组件,目前已有不少成功案例。美名软件也可以提供相关的咨询和开发服务。

  挑战十
  FDT UE服务器公共组件跨平台却不向后兼容,而桌面公共组件向后兼容却不能跨平台。我既希望现在新开发的IDM跨平台,又希望它能支持现在广泛存在的FDT 1.2.x和FDT 2.x的DTM。
  解决方案
  解决方案是IDM集成美名fdtSERVER。
  fdtSERVER是美名软件基于桌面公共组件开发的FDT服务器,支持FDT 1.2.x、FDT 2.x和FDT 3.0的DTM,把FDT业务逻辑封装为Web API的形式控制工程网版权所有,例如设备目录、拓扑结构、DTM功能以及FDT 2.x/3.0 DTM的参数。
  fdtSERVER的服务器必须运行在Windows平台上,但客户端可以跨平台,支持在Linux中访问FDT 1.2.x和FDT 2.x的DTM,包括用户界面。
  要获得fdtSERVER请从美名软件采购。
  延伸问题
  ■ fdtSERVER的开发体验是怎样的?
  美名软件为fdtSERVER提供了Web API、API在线帮助文档、开发教程、示例FDT Web服务器源代码和售后技术支持。您可以使用任意技术平台开发IDM软件访问fdtSERVER的Web API。请直接联系美名软件获得更多信息。
  ■ 我需要在客户端安装DTM么?
  您仅需要在部署fdtSERVER的PC上安装DTM,客户端无需安装DTM。
  ■ 在Linux中访问基于Windows技术的DTM用户界面是怎么做到的?
  fdtSERVER基于高性能代码自行实现了“远程窗口”技术,客户端通过WebSocket获取Windows服务器上的DTM用户界面并回传键盘鼠标操作。
  ■ 我需要支持多客户端同时访问,可以做到么?
  fdtSERVER支持多用户同时查看DTM用户界面,但同时只能有一个用户获得操作权限。
  ■ 我可以获得fdtSERVER的源代码么?
  在现场拥有充足的FDT 3.0 DTM、不需要向后兼容旧版本DTM时,fdtSERVER可以在保持API不变的前提下切换为纯粹跨平台的版本,这个版本的服务器可以运行在Linux平台上,并可提供完整的源代码。


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