Программный комплекс предоставляет инструмент для реализации графиков, отчетов, позволяет создавать и выполнять прикладные задачи для групп устройств.
Сервер Колибри View / OPC UA устанавливается на сервер АСУ ТП, либо на специализированный АРМ оператора КИПиА
Сервер Колибри View / OPC UA предоставляет доступ к полевой шине Колибри посредством спецификации OPC UA. Выполняет построение и динамическое изменение структуры OPC UA дерева тегов в зависимости от перечня устройств в базе данных полевых устройств Колибри, сопоставления тегов OPCUA дерева со структурой команд полевых устройств.
Сервер Колибри View / OPC UA устанавливается на сервер АСУ ТП, либо на специализированный АРМ оператора КИПиА
Сервер Колибри View / OPC UA предоставляет доступ к полевой шине Колибри посредством спецификации OPC UA. Выполняет построение и динамическое изменение структуры OPC UA дерева тегов в зависимости от перечня устройств в базе данных полевых устройств Колибри, сопоставления тегов OPCUA дерева со структурой команд полевых устройств.
Сервер Колибри View/OPCUA – программный комплекс для работы с интеллектуальными КИП и исполнительными механизмами по полевой шине передачи данных Колибри и HART протоколу на базе ОС AstraLinux. Предоставляет пользовательский интерфейс для решения задач:
- идентификация и автоматическое формирование списка эксплуатируемых в составе системы КИП и ИМ;
- получение диагностической информации;
- получение текущих значений контролируемых параметров;
- установка единиц измерения контролируемых параметров;
- калибровка токового выхода устройства;
- задание рабочих диапазонов контролируемых переменных;
- установка 0 первичной переменной;
- работа с полевыми устройствами в объеме специальных функций;
- сбор данных через аналоговые модули ПЛК, мультиплексоры, модемы.
Коммуникатор Колибри – взрывозащищенное автономное устройство, предназначенное для работы с КИП по полевой шине передачи данных Колибри и Hart протоколу в непосредственной близости (по месту).
Обеспечивается функционал в объеме:
Реализуется на базе свободно распространяемых аппаратных средств и программного обеспечения Аспект, развернутого на операционной системе AstraLinux SE v1.7.
- Схема подключения «точка - точка» поддерживается работа с одним полевым устройством в линии.
Обеспечивается функционал в объеме:
- запуск самотестирования и идентификация подключенного прибора;
- получение диагностической информации;
- получение текущих значений контролируемых параметров;
- установка единиц измерения контролируемых параметров;
- калибровка токового выхода устройства;
- задание рабочих диапазонов контролируемых переменных;
- установка 0 первичной переменной.
Реализуется на базе свободно распространяемых аппаратных средств и программного обеспечения Аспект, развернутого на операционной системе AstraLinux SE v1.7.
Технологии, обеспечивающие работу с полевыми устройствами с целью удаленных диагностики и конфигурирования, востребованы в современных АСУ ТП. Однако носителями данных технологий являются коммерческие организации, которые, помимо следования своим интересам, подвержены критическому влиянию политической конъюнктуры. Для обеспечения технологического суверенитета в таких условиях требуется создание доверенной экосистемы, соответствующей принципам открытости и безопасности.
Экосистема полевой шины Колибри представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий обмен данными между интеллектуальными полевыми устройствами - датчиками, исполнительными механизмами (позиционеры, блоки управления приводами и др.), выступающими в качестве подчиненных устройств и главными устройствами. Реализация, заявленных принципов, достигается за счет:
· обеспечения регламентирующей документацией, в виде открытого стандарта;
· предоставления стандартизированных условий интеграции для потребителей информации и разработчиков;
· обеспечения инструментарием разработчика интеллектуальных устройств;
· ведения решений на базе общедоступных электронных компонентов;
· определение технологии тестирования устройств на совместимость;
· инструментов поддержки текущего парка HART совместимого оборудования.
Экосистема полевой шины Колибри представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий обмен данными между интеллектуальными полевыми устройствами - датчиками, исполнительными механизмами (позиционеры, блоки управления приводами и др.), выступающими в качестве подчиненных устройств и главными устройствами. Реализация, заявленных принципов, достигается за счет:
· обеспечения регламентирующей документацией, в виде открытого стандарта;
· предоставления стандартизированных условий интеграции для потребителей информации и разработчиков;
· обеспечения инструментарием разработчика интеллектуальных устройств;
· ведения решений на базе общедоступных электронных компонентов;
· определение технологии тестирования устройств на совместимость;
· инструментов поддержки текущего парка HART совместимого оборудования.
Экосистема полевой шины передачи данных Колибри основана на трехуровневой модели сетевого взаимодействия Enhanced Performance Architecture (EPA), включающей физический, канальный и прикладной уровни (1,2 и 7-ой уровни модели ISO).
Полевая шина Колибри обеспечивает совместимость на физическом уровне с полевой шиной HART версии 5.0 – 7.5, за исключением Wireless HART.
Ниже приведена структура информационного взаимодействия устройств типовой архитектуры системы с полевой шиной Колибри.
CDD – Colibri Device Description – электронное описания устройства полевой шины передачи данных Колибри
В качестве первичного главного устройства может выступать устройство системы, подключенное к полевой шине и имеющее тип мастера 1. Например, это может быть ПЛК с модулями аналогового ввода-вывода, поддерживающими шину Колибри либо компьютер с модемом или мультиплексором полевой шины Колибри.
В случае применения ПЛК реализуется прозрачный транзитный канал от полевых устройств до Сервера Колибри. Сервер Колибри – программное обеспечение, предназначенное для предоставления информации пользователю о состоянии полевых устройств, их конфигурирование и управление. Для обеспечения унификации и стандартизации программного обеспечения Колибри для host-систем используются физические COM-порты и/или виртуальные COM-порты. Сервер Колибри решает следующие задачи:
· выполняет управление потоками данных между полевым устройствами и HMI сервера Колибри;
· реализует доступ к унифицированным данным полевых устройств по спецификации OPC UA;
· обеспечивает систему хранения электронных описаний устройств, конфигурации объекта с разграничением прав доступа;
· предоставляет исторические данные о состояниях полевых устройств.
Информационная модель сервера Колибри в части OPC UA имеет фиксированную структуру узлов для всех полевых устройств, с целью одинаковой интерпретации OPC UA клиентами. Набор объектов и связанной информации, который сервер OPC UA предоставляет OPC UA клиентам, является адресным пространством. Сервер Колибри в части OPC UA предоставляет:
· доступ к функционалу команд сервера Колибри, в виде статического дерева узлов и атрибутов OPC UA;
· унифицированные данные о технологических переменных полевых устройств;
· стандартную справочную информацию о полевом устройстве;
· стандартный и расширенные стандартизированные статусы устройства.
Предоставление информации пользователю об устройствах и менеджмент устройств в Сервере Колибри осуществляется на основе исполнения электронных описаний (CDD). Исполнение электронных описаний устройств на host-системе осуществляется с обеспечением прозрачности и информационной безопасности. Для этого руководства по эксплуатации устройств, поддерживающих стандартный режим работы Колибри, должны включать обязательную информацию в составе: описание применения универсальных, прикладных и специальных команд; описание специальных команд и специальных функций CDD должно включать описание передаваемых данных в рамках запроса и ответа с побайтовой разбивкой, описание алгоритма работы подчиненного устройства и главного устройства при выполнении специальной команды, описание алгоритма работы подчиненного устройства и главного устройства при выполнении специальных функций CDD, построенной на последовательном выполнении нескольких команд.
Полевая шина Колибри обеспечивает совместимость на физическом уровне с полевой шиной HART версии 5.0 – 7.5, за исключением Wireless HART.
Ниже приведена структура информационного взаимодействия устройств типовой архитектуры системы с полевой шиной Колибри.
CDD – Colibri Device Description – электронное описания устройства полевой шины передачи данных Колибри
В качестве первичного главного устройства может выступать устройство системы, подключенное к полевой шине и имеющее тип мастера 1. Например, это может быть ПЛК с модулями аналогового ввода-вывода, поддерживающими шину Колибри либо компьютер с модемом или мультиплексором полевой шины Колибри.
В случае применения ПЛК реализуется прозрачный транзитный канал от полевых устройств до Сервера Колибри. Сервер Колибри – программное обеспечение, предназначенное для предоставления информации пользователю о состоянии полевых устройств, их конфигурирование и управление. Для обеспечения унификации и стандартизации программного обеспечения Колибри для host-систем используются физические COM-порты и/или виртуальные COM-порты. Сервер Колибри решает следующие задачи:
· выполняет управление потоками данных между полевым устройствами и HMI сервера Колибри;
· реализует доступ к унифицированным данным полевых устройств по спецификации OPC UA;
· обеспечивает систему хранения электронных описаний устройств, конфигурации объекта с разграничением прав доступа;
· предоставляет исторические данные о состояниях полевых устройств.
Информационная модель сервера Колибри в части OPC UA имеет фиксированную структуру узлов для всех полевых устройств, с целью одинаковой интерпретации OPC UA клиентами. Набор объектов и связанной информации, который сервер OPC UA предоставляет OPC UA клиентам, является адресным пространством. Сервер Колибри в части OPC UA предоставляет:
· доступ к функционалу команд сервера Колибри, в виде статического дерева узлов и атрибутов OPC UA;
· унифицированные данные о технологических переменных полевых устройств;
· стандартную справочную информацию о полевом устройстве;
· стандартный и расширенные стандартизированные статусы устройства.
Предоставление информации пользователю об устройствах и менеджмент устройств в Сервере Колибри осуществляется на основе исполнения электронных описаний (CDD). Исполнение электронных описаний устройств на host-системе осуществляется с обеспечением прозрачности и информационной безопасности. Для этого руководства по эксплуатации устройств, поддерживающих стандартный режим работы Колибри, должны включать обязательную информацию в составе: описание применения универсальных, прикладных и специальных команд; описание специальных команд и специальных функций CDD должно включать описание передаваемых данных в рамках запроса и ответа с побайтовой разбивкой, описание алгоритма работы подчиненного устройства и главного устройства при выполнении специальной команды, описание алгоритма работы подчиненного устройства и главного устройства при выполнении специальных функций CDD, построенной на последовательном выполнении нескольких команд.
Полевая шина Колибри является цифровым интерфейсом передачи данных, в качестве физической среды передачи цифровых данных между устройствами используются линии связи – кабели с витой парой из меди с обеспечением цифровой или одновременно цифровой и аналоговой связи. Аналоговая связь реализуется с применением сигналов тока от 4 до 20 мА. Цифровой сигнал (высокочастотный ток синусоидальной формы) наносится на токовый сигнал с использованием двоичной частотной модуляции (частотной манипуляции) – Frequency-Shift-Keying (FSK) со скоростью 1200 бит/с. FSK-модуляция и аналоговый сигналы используют одну и туже линию связи. Устройства, работающие в полевой шине Колибри, передают FSK-модуляцию либо током, либо напряжением, но вся коммуникация воспринимается как напряжение при измерении на низком сопротивлении (от 230 до 1100 Ом). FSK-модуляция осуществляется по стандарту Bell 202. Для представления двоичных последовательностей 1 и 0 должны использоваться две разные частоты (1,2 кГц и 2,2 кГц соответственно). Двоичные числа должны передаваться на скорости обмена 1200 бит/с, бит «1» представляется одиночным циклом 1,2 кГц, а бит «0» представляется двумя циклами 2,2 кГц.
В шине Колибри между подчиненными и главными устройствами, а также в составе главных устройств при их распределенной структуре допускается применение других последовательных асинхронных интерфейсов, позволяющих передавать информационные кадры Колибри в виде «прозрачного транзитного канала».
3.1.1 Модемы полевой шины Колибри
Реализация цифровой передачи данных в токовых аналоговых сигналах от 4 до 20 мА осуществляется с помощью модемов полевой шины. Эти модемы являются неотъемлемой частью Колибри-модемов (HART-модемов), Колибри-мультиплексоров (HART-мультиплексоров), преобразователей FSK в цифровые интерфейсы UART, SPI и т.п. для полевых устройств и модулей аналогового ввода/вывода ПЛК.
Модем полевой шины колибри – это устройство (встраиваемый модуль или отдельная микросхема) содержащее в своем составе модулятор и демодулятор FSK. Модулятором осуществляется преобразование дискретных сигналов передачи данных Transmitted Data (TxD) последовательного асинхронного интерфейса передачи данных Universal Asynchronous Receiver / Transmitter (UART) в частотно-модулируемый сигнал FSK. Демодулятором осуществляется преобразование частотно-модулируемого сигнала FSK в дискретный сигнал приема данных Received Data (RxD) интерфейса UART. Одиночный 8-разрядный байт посылается как последовательность единиц и нулей. В полевой шине Колибри бит паритета должен быть установлен как «нечетность» (ODD). В случае применения модема полевой шины с FSK-модуляцией должна быть настроена скорость передачи 1200 бит/с. Для передачи и приема данных по интерфейсу UART должны использоваться передающая линия (TXD – Transmitted Data) и принимающая линия (RXD – Received Data) соответственно. Управление модемом полевой шины в части направлением передачи (прием/передача) должно осуществляться по линии RTS.
3.1.2 Техническая реализация модема полевой шины Колибри
В устройствах, предполагающих получения сертификата соответствия требованиям спецификации HART, применяют специализированные микросхемы модемов, реализующих модуляцию/демодуляцию FSK, формирование аналоговых сигналов постоянного тока от 4 до 20 мА., такие как AD5421, AD5700, DAC8740H, DAC8741H, NC5193 и др. Данные микросхемы выпускаются зарубежными производителями, такими как Analog Device, Texas Instrument, ON Semiconductor и др. Технические решения по реализации HART защищены патентами Emerson/Rosemount и производителями сертифицированных микросхем HART. В настоящее время стали появляться аналоги этих микросхем, китайского производства, в том числе компании SDIC (один из китайских лидеров по производству микросхем обработки смешанных сигналов), такие как SD2421A, SD2085.
В настоящее время применение в производстве электронной продукции на территории РФ узкоспециализированных микросхем приводит к рискам невозможности поставок и срыва производственных программ.
В экосистеме Колибри предложены принципы построения модемов полевой шины Колибри без применения узкоспециализированных импортных микросхем. Предложен подход реализации модуляции и демодуляции FSK на базе микроконтроллера общего применения, а также операционных усилителей общего применения. Применение этого подхода потребовало существенно пересмотреть запатентованные решения зарубежных производителей (Analog Device, Texas Instrument, ON Semiconductor и др.). Ключевое отличие в предложенных решениях заключается в принципах обработки за счет типовой периферии микроконтроллеров общего применение (таймеры, счетчики, ЦАП общего применения), а также стандартных элементов таких как операционные усилители. Запатентованные технические решения с применением цифровых сигнальных процессоров (DSP) не применяются. В нашем случае демодуляция FSK осуществляется через перевод в плотностную модуляцию и ее преобразование в цифровой сигнал последовательной асинхронной передачи с помощью таймера-счетчика и компаратора. Формирование FSK осуществляется с помощью типового ЦАП и контроллера прямого доступа в память в составе микроконтроллера общего применения. Ключевым элементов в данном подходе является полосовой фильтр на входе схемы демодулятора, от реализации которого существенно зависит помехоустойчивость модема.
В шине Колибри между подчиненными и главными устройствами, а также в составе главных устройств при их распределенной структуре допускается применение других последовательных асинхронных интерфейсов, позволяющих передавать информационные кадры Колибри в виде «прозрачного транзитного канала».
3.1.1 Модемы полевой шины Колибри
Реализация цифровой передачи данных в токовых аналоговых сигналах от 4 до 20 мА осуществляется с помощью модемов полевой шины. Эти модемы являются неотъемлемой частью Колибри-модемов (HART-модемов), Колибри-мультиплексоров (HART-мультиплексоров), преобразователей FSK в цифровые интерфейсы UART, SPI и т.п. для полевых устройств и модулей аналогового ввода/вывода ПЛК.
Модем полевой шины колибри – это устройство (встраиваемый модуль или отдельная микросхема) содержащее в своем составе модулятор и демодулятор FSK. Модулятором осуществляется преобразование дискретных сигналов передачи данных Transmitted Data (TxD) последовательного асинхронного интерфейса передачи данных Universal Asynchronous Receiver / Transmitter (UART) в частотно-модулируемый сигнал FSK. Демодулятором осуществляется преобразование частотно-модулируемого сигнала FSK в дискретный сигнал приема данных Received Data (RxD) интерфейса UART. Одиночный 8-разрядный байт посылается как последовательность единиц и нулей. В полевой шине Колибри бит паритета должен быть установлен как «нечетность» (ODD). В случае применения модема полевой шины с FSK-модуляцией должна быть настроена скорость передачи 1200 бит/с. Для передачи и приема данных по интерфейсу UART должны использоваться передающая линия (TXD – Transmitted Data) и принимающая линия (RXD – Received Data) соответственно. Управление модемом полевой шины в части направлением передачи (прием/передача) должно осуществляться по линии RTS.
3.1.2 Техническая реализация модема полевой шины Колибри
В устройствах, предполагающих получения сертификата соответствия требованиям спецификации HART, применяют специализированные микросхемы модемов, реализующих модуляцию/демодуляцию FSK, формирование аналоговых сигналов постоянного тока от 4 до 20 мА., такие как AD5421, AD5700, DAC8740H, DAC8741H, NC5193 и др. Данные микросхемы выпускаются зарубежными производителями, такими как Analog Device, Texas Instrument, ON Semiconductor и др. Технические решения по реализации HART защищены патентами Emerson/Rosemount и производителями сертифицированных микросхем HART. В настоящее время стали появляться аналоги этих микросхем, китайского производства, в том числе компании SDIC (один из китайских лидеров по производству микросхем обработки смешанных сигналов), такие как SD2421A, SD2085.
В настоящее время применение в производстве электронной продукции на территории РФ узкоспециализированных микросхем приводит к рискам невозможности поставок и срыва производственных программ.
В экосистеме Колибри предложены принципы построения модемов полевой шины Колибри без применения узкоспециализированных импортных микросхем. Предложен подход реализации модуляции и демодуляции FSK на базе микроконтроллера общего применения, а также операционных усилителей общего применения. Применение этого подхода потребовало существенно пересмотреть запатентованные решения зарубежных производителей (Analog Device, Texas Instrument, ON Semiconductor и др.). Ключевое отличие в предложенных решениях заключается в принципах обработки за счет типовой периферии микроконтроллеров общего применение (таймеры, счетчики, ЦАП общего применения), а также стандартных элементов таких как операционные усилители. Запатентованные технические решения с применением цифровых сигнальных процессоров (DSP) не применяются. В нашем случае демодуляция FSK осуществляется через перевод в плотностную модуляцию и ее преобразование в цифровой сигнал последовательной асинхронной передачи с помощью таймера-счетчика и компаратора. Формирование FSK осуществляется с помощью типового ЦАП и контроллера прямого доступа в память в составе микроконтроллера общего применения. Ключевым элементов в данном подходе является полосовой фильтр на входе схемы демодулятора, от реализации которого существенно зависит помехоустойчивость модема.
В полевой шине Колибри обеспечена совместимость с полевой шиной и протоколом HART на канальном и прикладном уровне спецификации HART в части универсальных и прикладных команд и в части кодирования данных.
4.1 Классификация и разделение команд полевой шины Колибри
В полевой шине Колибри все команды разделены на три группы: универсальные, прикладные и специальные, с обеспечением совместимости с полевой шиной HART в части универсальных и прикладных команд.
Первичные и вторичные главные устройства полевой шины Колибри должны работать в двух режимах:
1) Режим совместимости с полевой шиной HART.
2) Стандартный режим работы.
В режиме совместимости с полевой шиной HART первичные и вторичные главные устройства должны использовать соответствующую структуру стартового символа. В качестве подчиненных устройств должны применяться устройства, совместимые с полевой шиной HART.
В стандартном режиме работы должны применяться устройства, совместимые с полевой шиной Колибри.
Биты 0-2 и 5-6 байта расширения являются признаком стандартного режима работы полевой шины Колибри, по их значению главное устройство идентифицирует, что подключено полевое устройство Колибри.
4.1 Классификация и разделение команд полевой шины Колибри
В полевой шине Колибри все команды разделены на три группы: универсальные, прикладные и специальные, с обеспечением совместимости с полевой шиной HART в части универсальных и прикладных команд.
Первичные и вторичные главные устройства полевой шины Колибри должны работать в двух режимах:
1) Режим совместимости с полевой шиной HART.
2) Стандартный режим работы.
В режиме совместимости с полевой шиной HART первичные и вторичные главные устройства должны использовать соответствующую структуру стартового символа. В качестве подчиненных устройств должны применяться устройства, совместимые с полевой шиной HART.
В стандартном режиме работы должны применяться устройства, совместимые с полевой шиной Колибри.
Биты 0-2 и 5-6 байта расширения являются признаком стандартного режима работы полевой шины Колибри, по их значению главное устройство идентифицирует, что подключено полевое устройство Колибри.
Экосистема полевой шины передачи данных Колибри на прикладном уровня включает Сервер Колибри – программное обеспечение, предназначенное для предоставления информации пользователю о состоянии полевых устройств, их конфигурирование и управление.
Сервер Колибри включает подсистему хранения данных, которая представляет собой совокупность взаимосвязанных данных о работе полевых устройств на основе электронного описания устройства.
Подсистема хранения данных сервера Колибри должна обеспечивать:
· хранение большого объема данных;
· быстрый поиск требуемой информации;
· фильтрацию данных;
· добавление, удаление и изменение хранимой информации;
· резервное копирование и восстановление данных;
· контроль целостности данных;
· защищенность данных;
· миграцию данных.
Подсистема хранения данных сервера Колибри в части декомпозиции данных, должна хранить и предоставлять:
· данные для сервера Колибри с содержанием информации о командах, алгоритмах, статусах, а также сервисных данных на основе электронного описания устройства;
· данные о полевых устройствах их командах и алгоритмах с дальнейшей возможностью взаимодействия с физическим уровнем сервера Колибри посредством модемов;
· данные о правах доступа пользователей;
· историю работы полевых устройств;
· конфигурационные данные.
Алгоритм функционирования первичного и вторичного главного устройства при работе с полевым устройством должен быть идентичен и заключаться в исполнении содержимого CDD файла для конкретного устройства.
5.1.1 Электронные описания полевых устройств Колибри
В полевых устройствах с протоколом HART для реализации настройки, диагностики и обслуживания (менеджмент полевых устройств) с помощью полевых HART-коммуникаторов и host-систем (например, DeltaV, YOKOGAWA PRM, PACTWare) используются электронные описания устройств, так называемые DD и DTM файлы. Электронные описания полевых устройств (Electronic Device Description (EDD)), разрабатываемые производителями – членами сообщества FieldComm Group (FCG), https://www.fieldcommgroup.org/, выполняется на языке программирования Electronic Device Description Language (EDDL), https://www.fieldcommgroup.org/fdi-specifications#230548828-2803369623.
Электронные описания полевых устройств Колибри создаются аналогично.
Электронные описания полевых устройств Колибри должны быть верифицированы и размещены в системе хранения данных Колибри.
Текстовый читаемый формат CDD создается разработчиком полевого устройства и храниться у него. Текстовые электронные описания полевых устройств должны быть написаны на языке C++ версии не ниже 11 международного стандарта ISO/IEC 14882:2011 с конструкциями (Variable, Method, List, Collection, Command, Menu, Reference Array) языка электронных описаний устройств – Electronic Device Description (EDD) версии не ниже 4.
Обеспечение совместимости Колибри с HART должно обеспечиваться трансляцией электронных описаний HART устройств (EDD) в CDD. Разработчики полевых устройств могут создавать CDD непосредственно из EDD на языке EDDL. В этом случае будет использоваться конвертор EDD-CDD с языка EDDL на язык программирования C++.
Описание жизненного цикла файла электронного описания устройства Колибри
1 Этап
Разработка электронного описания полевого устройства CDD как текстовый документ в редакторе (Visual Studio Code, Qt-Creator и т.п.)
На стороне разработчика полевого устройства
2 Этап
Преобразование текстового формата файла CDD в зашифрованный бинарный формат (без возможности сохранения в базе устройств Колибри).
На стороне разработчика полевого устройства
3 Этап
Проверка работы CDD с полевым устройством (на компьютере с программным обеспечением АРМ Колибри и на Колибри-коммуникаторе)
На стороне разработчика полевого устройства
4 Этап
Отправка файла CDD в зашифрованном бинарном формате в Сообщество Колибри.
Документация:
– Методика испытаний CDD;
– Руководство по эксплуатации полевого устройства, в том числе обязательную информацию в составе: описание применения универсальных, прикладных и специальных команд; описание специальных команд (описание передаваемых данных в рамках запроса и ответа с побайтовой разбивкой, аналогично как для универсальных и прикладных команд); описание алгоритма работы подчиненного устройства и главного устройства при выполнении CDD.
Разработчик -> сообщество Колибри
5 Этап
Проверка CDD в сообществе Колибри.
На стороне сообщества Колибри
6 Этап
Бинарный файл CDD помещается в базу данных устройств Колибри с привязкой по идентификатору производителя, идентификатору устройства и версии программного обеспечения (в базе данных устройств Колибри для каждого устройства может храниться несколько CDD в зависимости от версии ПО)
На стороне сообщества Колибри
Базу данных устройств предоставляет пользователям Сообщество Колибри.
7 Этап
На host-системе программное обеспечение (АРМ Колибри и Колибри-коммуникаторов) импортирует бинарные CDD, либо из базы данных устройств Колибри (по идентификатору производителя, устройства и версии ПО) или в ручную как отдельные CDD бинарные файлы, автоматически компилирует их и исполняет.
На стороне пользователя
5.1.2 Исполнение электронных описаний полевых устройств Колибри
Работа программного обеспечения с полевыми устройствами должна начинаться с подключения, сканирования и последующего поиска CDD в системе хранения данных Колибри, его декодирования в исполняемую библиотеку полевого устройства.
Исполняемая библиотека содержит программу, реализующую базовый и расширенный менеджмент полевого устройства Колибри.
Сервер Колибри должен иметь в своем составе библиотеку Колибри, содержащую функции и конструкции языка программирования Electronic Device Description (Variable, Method, List, Collection, Command, Menu, Reference Array), адаптированные под использования в С++. В свою очередь в исполнимой библиотеке полевого устройства располагается код работы с устройством, вызывающий функции Electronic Device Descriptionи, и использующий его конструкции.
Сервер Колибри может использовать два способа исполнения команд:
1). Интерпретация CDD;
2). Исполнение кода конкретной аппаратной платформы, заранее скомпилированной на стадии декодирования CDD.
5.2 Алгоритм функционирования ПЛК в экосистеме Колибри
Основными требованиями к ПЛК, для интеграции в систему, является:
· Обеспечение возможности доступа прикладного уровня ПО сервера Колибри к данным прикладного уровня полевых устройств Колибри, путём создания Прозрачного транзитного канала.
· Разграничение прикладных функций ПЛК и функций полевой шины с обеспечением контроля доступа.
· Сохранение в ПЛК конфигураций, необходимых для обеспечения межуровневого взаимодействия системы с применением полевой шины Колибри.
Для «Прозрачного транзитного канала» обязательным является режим работы, обеспечивающий установку TCP/IP соединения на заданный в конфигурации ПЛК IP адрес и номер порта TCP по инициативе Сервера Колибри. Данные в этом соединении передаются в формате протокола полевой шины Колибри с предотвращением возможных конфликтов по времени доступа к шине. Возможные конфликты доступа к конечному устройству должны устранятся путём временной буферизации сообщения на уровне модулей ПЛК.
5.3 Функционирование сервера колибри в части OPC UA
Сервер Колибри обеспечивает:
· доступ потребителям к данным по спецификации OPC UA;
· работу с полевыми устройствами по протоколу Колибри;
· настройку и хранение параметров полевых устройств, и их историю;
· настройку прав пользователя для разграничения доступа к данным.
Описание сервера Колибри в части OPC UA должно содержать:
Конфигурирование сервера Колибри включает в себя настройку следующих параметров:
· название полевого устройства, его описание и компания производитель;
· идентификатор полевого устройства;
· поддерживаемые универсальные, прикладные и специальные команды полевого устройства;
· историю хранения данных о полевом устройстве;
· подключение к OPC UA серверу.
Конфигурирование сервера Колибри должно реализовывать:
· объектный подход, с возможностью выбора прототипа полевого устройства;
· разграничение прав доступа к конфигурированию;
· верификацию создаваемой конфигурации.
Разработка сервера Колибри осуществляться с использованием стандартных методологий функционального моделирования: IDEF0, DFD и информационного моделирования IE и IDEF1Х в рамках рекомендаций по стандартизации Р50.1.028-2001 «Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования». Моделирование должно выполняться в рамках стандартов, поддерживаемых программными средствами моделирования ERWin 4.х и BPWin 4.х.
Функционирование сервера Колибри основывается на настройках полевых устройств, которые хранятся в подсистеме хранения данных устройств Колибри. Подсистема хранения данных устройств Колибри содержит информацию об идентификаторах полевых устройств, их универсальных, прикладных и специальных команд сервера Колибри. Сервер Колибри в части OPC UA использует конфигурационные данные устройств Колибри на основе CDD.
Сервер Колибри в части OPC UA обеспечивает:
· формирование структуры оперативных данных сервера OPCUA с содержанием информации о командах, результатах их выполнения, ошибках, а также сервисных данных;
· формирование структуры данных полевых устройств с дальнейшей возможностью взаимодействия с физическим уровнем полевой шины Колибри посредством модемов.
Сервер Колибри в части OPC UA совместим с информационной моделью OPC UA, а именно – использовать положения, термины и определения, приведенные в открытых стандартах IEC62541 часть 1 (Обзор и Концепция), IEC62541 часть 2 (Модель безопасности), IEC62541 часть 3 (Модель адресного пространства), IEC62541 часть 4 (Сервисы), IEC62541 часть 5 (Информационная модель).
Сервер Колибри в части OPC UA реализован как OPC UA сервер. Для обеспечения лучшей производительности и минимизации накладных расходов, транспортный протокол должен быть реализован как двоичный протокол.
Информационная модель сервера Колибри в части OPC UA имеет фиксированную структуру узлов для всех полевых устройств, с целью одинаковой интерпретации OPC UA клиентами. Набор объектов и связанной информации, который сервер OPC UA предоставляет OPC UA клиентам, является адресным пространством. Можно рассматривать адресное пространство как реализацию информационной модели OPC UA.
Сервер Колибри в части OPC UA имеет фиксированное адресное пространство для любого полевого устройства.
Сервер Колибри в части OPC UA предоставляет следующий функционал:
· команды сервера Колибри, представленные в виде статического дерева узлов и атрибутов OPC UA:
o универсальные и прикладные команды полевой шины Колибри;
o конструктор специальной команды в виде статического дерева узлов и атрибутов OPC UA.
· унифицированные данные о технологических переменных полевых устройств (1-ая переменная (PV), 2-ая переменная (SV), 3-ая переменная (TV), 4-ая переменная (QV), единицы измерения переменных).
· общая информация о полевом устройстве (тег, длинный тег, номер сборки, дата, дескриптор, сообщение, тип прибора, предприятие-изготовитель, заводской номер, преамбул в запросе, преамбул в ответе, версия устройства, версия встроенного программного обеспечения, расширенная версия встроенного программного обеспечения, версия оборудования, дата выпуска);
· стандартный статус устройства (неисправность полевого устройства, изменена конфигурация, холодный запуск, доступен дополнительный статус, режим фиксированного тока, ток достиг предела, неосновная переменная выходит за пределы допустимых значений, первичная переменная выходит за пределы допустимых значений);
· расширенный статус устройства (унифицированные данные), в том числе:
o предупреждение о возможных ошибках в специальном статусе устройства;
o расширенный стандартный статус (требуется техническое обслуживание, оповещение о переменной устройства, критический сбой питания, ошибка, вне спецификации, проверка функций);
o стандартизированный статус 0 (включена симуляция переменной устройства, дефект энергонезависимой памяти, дефект энергозависимой памяти, сброс сторожевого таймера выполнен, условия электропитания вне диапазона, условия окружающей среды вне допустимого диапазона, дефект электроники, конфигурация устройства заблокирована);
o стандартизированный статус 1 (статус имитации активен, переполнение уведомлений о событиях, аккумулятор или источник питания требует обслуживания);
o стандартизированный статус 2 (список дополнительных устройств изменен, обнаружен дубликат мастера, несоответствие суб-устройств, обнаружены суб-устройства с повторяющимися идентификаторами, уведомление об устаревших данных);
o статусы аналоговых каналов (вторичный аналоговый канала фиксирован, третичный аналоговый канал фиксирован, четвертичный аналоговый канал фиксирован, пятеричный аналоговый канал фиксированный).
Сервер Колибри включает подсистему хранения данных, которая представляет собой совокупность взаимосвязанных данных о работе полевых устройств на основе электронного описания устройства.
Подсистема хранения данных сервера Колибри должна обеспечивать:
· хранение большого объема данных;
· быстрый поиск требуемой информации;
· фильтрацию данных;
· добавление, удаление и изменение хранимой информации;
· резервное копирование и восстановление данных;
· контроль целостности данных;
· защищенность данных;
· миграцию данных.
Подсистема хранения данных сервера Колибри в части декомпозиции данных, должна хранить и предоставлять:
· данные для сервера Колибри с содержанием информации о командах, алгоритмах, статусах, а также сервисных данных на основе электронного описания устройства;
· данные о полевых устройствах их командах и алгоритмах с дальнейшей возможностью взаимодействия с физическим уровнем сервера Колибри посредством модемов;
· данные о правах доступа пользователей;
· историю работы полевых устройств;
· конфигурационные данные.
Алгоритм функционирования первичного и вторичного главного устройства при работе с полевым устройством должен быть идентичен и заключаться в исполнении содержимого CDD файла для конкретного устройства.
5.1.1 Электронные описания полевых устройств Колибри
В полевых устройствах с протоколом HART для реализации настройки, диагностики и обслуживания (менеджмент полевых устройств) с помощью полевых HART-коммуникаторов и host-систем (например, DeltaV, YOKOGAWA PRM, PACTWare) используются электронные описания устройств, так называемые DD и DTM файлы. Электронные описания полевых устройств (Electronic Device Description (EDD)), разрабатываемые производителями – членами сообщества FieldComm Group (FCG), https://www.fieldcommgroup.org/, выполняется на языке программирования Electronic Device Description Language (EDDL), https://www.fieldcommgroup.org/fdi-specifications#230548828-2803369623.
Электронные описания полевых устройств Колибри создаются аналогично.
Электронные описания полевых устройств Колибри должны быть верифицированы и размещены в системе хранения данных Колибри.
Текстовый читаемый формат CDD создается разработчиком полевого устройства и храниться у него. Текстовые электронные описания полевых устройств должны быть написаны на языке C++ версии не ниже 11 международного стандарта ISO/IEC 14882:2011 с конструкциями (Variable, Method, List, Collection, Command, Menu, Reference Array) языка электронных описаний устройств – Electronic Device Description (EDD) версии не ниже 4.
Обеспечение совместимости Колибри с HART должно обеспечиваться трансляцией электронных описаний HART устройств (EDD) в CDD. Разработчики полевых устройств могут создавать CDD непосредственно из EDD на языке EDDL. В этом случае будет использоваться конвертор EDD-CDD с языка EDDL на язык программирования C++.
Описание жизненного цикла файла электронного описания устройства Колибри
1 Этап
Разработка электронного описания полевого устройства CDD как текстовый документ в редакторе (Visual Studio Code, Qt-Creator и т.п.)
На стороне разработчика полевого устройства
2 Этап
Преобразование текстового формата файла CDD в зашифрованный бинарный формат (без возможности сохранения в базе устройств Колибри).
На стороне разработчика полевого устройства
3 Этап
Проверка работы CDD с полевым устройством (на компьютере с программным обеспечением АРМ Колибри и на Колибри-коммуникаторе)
На стороне разработчика полевого устройства
4 Этап
Отправка файла CDD в зашифрованном бинарном формате в Сообщество Колибри.
Документация:
– Методика испытаний CDD;
– Руководство по эксплуатации полевого устройства, в том числе обязательную информацию в составе: описание применения универсальных, прикладных и специальных команд; описание специальных команд (описание передаваемых данных в рамках запроса и ответа с побайтовой разбивкой, аналогично как для универсальных и прикладных команд); описание алгоритма работы подчиненного устройства и главного устройства при выполнении CDD.
Разработчик -> сообщество Колибри
5 Этап
Проверка CDD в сообществе Колибри.
На стороне сообщества Колибри
6 Этап
Бинарный файл CDD помещается в базу данных устройств Колибри с привязкой по идентификатору производителя, идентификатору устройства и версии программного обеспечения (в базе данных устройств Колибри для каждого устройства может храниться несколько CDD в зависимости от версии ПО)
На стороне сообщества Колибри
Базу данных устройств предоставляет пользователям Сообщество Колибри.
7 Этап
На host-системе программное обеспечение (АРМ Колибри и Колибри-коммуникаторов) импортирует бинарные CDD, либо из базы данных устройств Колибри (по идентификатору производителя, устройства и версии ПО) или в ручную как отдельные CDD бинарные файлы, автоматически компилирует их и исполняет.
На стороне пользователя
5.1.2 Исполнение электронных описаний полевых устройств Колибри
Работа программного обеспечения с полевыми устройствами должна начинаться с подключения, сканирования и последующего поиска CDD в системе хранения данных Колибри, его декодирования в исполняемую библиотеку полевого устройства.
Исполняемая библиотека содержит программу, реализующую базовый и расширенный менеджмент полевого устройства Колибри.
Сервер Колибри должен иметь в своем составе библиотеку Колибри, содержащую функции и конструкции языка программирования Electronic Device Description (Variable, Method, List, Collection, Command, Menu, Reference Array), адаптированные под использования в С++. В свою очередь в исполнимой библиотеке полевого устройства располагается код работы с устройством, вызывающий функции Electronic Device Descriptionи, и использующий его конструкции.
Сервер Колибри может использовать два способа исполнения команд:
1). Интерпретация CDD;
2). Исполнение кода конкретной аппаратной платформы, заранее скомпилированной на стадии декодирования CDD.
5.2 Алгоритм функционирования ПЛК в экосистеме Колибри
Основными требованиями к ПЛК, для интеграции в систему, является:
· Обеспечение возможности доступа прикладного уровня ПО сервера Колибри к данным прикладного уровня полевых устройств Колибри, путём создания Прозрачного транзитного канала.
· Разграничение прикладных функций ПЛК и функций полевой шины с обеспечением контроля доступа.
· Сохранение в ПЛК конфигураций, необходимых для обеспечения межуровневого взаимодействия системы с применением полевой шины Колибри.
Для «Прозрачного транзитного канала» обязательным является режим работы, обеспечивающий установку TCP/IP соединения на заданный в конфигурации ПЛК IP адрес и номер порта TCP по инициативе Сервера Колибри. Данные в этом соединении передаются в формате протокола полевой шины Колибри с предотвращением возможных конфликтов по времени доступа к шине. Возможные конфликты доступа к конечному устройству должны устранятся путём временной буферизации сообщения на уровне модулей ПЛК.
5.3 Функционирование сервера колибри в части OPC UA
Сервер Колибри обеспечивает:
· доступ потребителям к данным по спецификации OPC UA;
· работу с полевыми устройствами по протоколу Колибри;
· настройку и хранение параметров полевых устройств, и их историю;
· настройку прав пользователя для разграничения доступа к данным.
Описание сервера Колибри в части OPC UA должно содержать:
Конфигурирование сервера Колибри включает в себя настройку следующих параметров:
· название полевого устройства, его описание и компания производитель;
· идентификатор полевого устройства;
· поддерживаемые универсальные, прикладные и специальные команды полевого устройства;
· историю хранения данных о полевом устройстве;
· подключение к OPC UA серверу.
Конфигурирование сервера Колибри должно реализовывать:
· объектный подход, с возможностью выбора прототипа полевого устройства;
· разграничение прав доступа к конфигурированию;
· верификацию создаваемой конфигурации.
Разработка сервера Колибри осуществляться с использованием стандартных методологий функционального моделирования: IDEF0, DFD и информационного моделирования IE и IDEF1Х в рамках рекомендаций по стандартизации Р50.1.028-2001 «Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования». Моделирование должно выполняться в рамках стандартов, поддерживаемых программными средствами моделирования ERWin 4.х и BPWin 4.х.
Функционирование сервера Колибри основывается на настройках полевых устройств, которые хранятся в подсистеме хранения данных устройств Колибри. Подсистема хранения данных устройств Колибри содержит информацию об идентификаторах полевых устройств, их универсальных, прикладных и специальных команд сервера Колибри. Сервер Колибри в части OPC UA использует конфигурационные данные устройств Колибри на основе CDD.
Сервер Колибри в части OPC UA обеспечивает:
· формирование структуры оперативных данных сервера OPCUA с содержанием информации о командах, результатах их выполнения, ошибках, а также сервисных данных;
· формирование структуры данных полевых устройств с дальнейшей возможностью взаимодействия с физическим уровнем полевой шины Колибри посредством модемов.
Сервер Колибри в части OPC UA совместим с информационной моделью OPC UA, а именно – использовать положения, термины и определения, приведенные в открытых стандартах IEC62541 часть 1 (Обзор и Концепция), IEC62541 часть 2 (Модель безопасности), IEC62541 часть 3 (Модель адресного пространства), IEC62541 часть 4 (Сервисы), IEC62541 часть 5 (Информационная модель).
Сервер Колибри в части OPC UA реализован как OPC UA сервер. Для обеспечения лучшей производительности и минимизации накладных расходов, транспортный протокол должен быть реализован как двоичный протокол.
Информационная модель сервера Колибри в части OPC UA имеет фиксированную структуру узлов для всех полевых устройств, с целью одинаковой интерпретации OPC UA клиентами. Набор объектов и связанной информации, который сервер OPC UA предоставляет OPC UA клиентам, является адресным пространством. Можно рассматривать адресное пространство как реализацию информационной модели OPC UA.
Сервер Колибри в части OPC UA имеет фиксированное адресное пространство для любого полевого устройства.
Сервер Колибри в части OPC UA предоставляет следующий функционал:
· команды сервера Колибри, представленные в виде статического дерева узлов и атрибутов OPC UA:
o универсальные и прикладные команды полевой шины Колибри;
o конструктор специальной команды в виде статического дерева узлов и атрибутов OPC UA.
· унифицированные данные о технологических переменных полевых устройств (1-ая переменная (PV), 2-ая переменная (SV), 3-ая переменная (TV), 4-ая переменная (QV), единицы измерения переменных).
· общая информация о полевом устройстве (тег, длинный тег, номер сборки, дата, дескриптор, сообщение, тип прибора, предприятие-изготовитель, заводской номер, преамбул в запросе, преамбул в ответе, версия устройства, версия встроенного программного обеспечения, расширенная версия встроенного программного обеспечения, версия оборудования, дата выпуска);
· стандартный статус устройства (неисправность полевого устройства, изменена конфигурация, холодный запуск, доступен дополнительный статус, режим фиксированного тока, ток достиг предела, неосновная переменная выходит за пределы допустимых значений, первичная переменная выходит за пределы допустимых значений);
· расширенный статус устройства (унифицированные данные), в том числе:
o предупреждение о возможных ошибках в специальном статусе устройства;
o расширенный стандартный статус (требуется техническое обслуживание, оповещение о переменной устройства, критический сбой питания, ошибка, вне спецификации, проверка функций);
o стандартизированный статус 0 (включена симуляция переменной устройства, дефект энергонезависимой памяти, дефект энергозависимой памяти, сброс сторожевого таймера выполнен, условия электропитания вне диапазона, условия окружающей среды вне допустимого диапазона, дефект электроники, конфигурация устройства заблокирована);
o стандартизированный статус 1 (статус имитации активен, переполнение уведомлений о событиях, аккумулятор или источник питания требует обслуживания);
o стандартизированный статус 2 (список дополнительных устройств изменен, обнаружен дубликат мастера, несоответствие суб-устройств, обнаружены суб-устройства с повторяющимися идентификаторами, уведомление об устаревших данных);
o статусы аналоговых каналов (вторичный аналоговый канала фиксирован, третичный аналоговый канал фиксирован, четвертичный аналоговый канал фиксирован, пятеричный аналоговый канал фиксированный).
Запрос информации
Оставьте ваши контактные данные и мы свяжемся с вами