Модель «публикация и подписка»

Централизованно планируемая передача данных между функциональными блоками гарантирует возможность передачи данных от одного устройства к другим устройствам в одно действие и в строго запланированное время.

Эти возможности служат для улучшения управления системой: минимизации задержек и гарантии того, что используются не устаревшие данные, а также для гарантии одновременного обновления информации на всех узлах.

В устаревшей модели архитектуры «главный-подчиненный», главное устройство опрашивает подчиненные. Время синхронизации контура управления является программируемой функцией главной станции, которая выполняет все вычисления, необходимые для осуществления управления.

Клиент-серверная архитектура

Уровень приложений в FOUNDATION fieldbus обеспечивает полностью подтверждаемую модель обмена данными клиент-сервер. Эта модель может использоваться для изменения операторами значений уставки и других параметров, а также для разгрузки, загрузки и конфигурирования в режиме on-line, без отключения других контуров управления. Обеспечивается полная поддержка распределения и подтверждения алармов, а также функциональность FMS.

Возможности удаленного конфигурирования, чтения и записи для протоколов, использующих нестандартные FMS для приложений, существенно ограничены.

Управление системой и администрирование сети

Стандарт FOUNDATION fieldbus предусматривает ряд средств управления системой и администрирования сети, гарантирующих исполнение функциональных блоков в строго определенные временные интервалы и упрощающих конфигурирование устройств. Другие полевые шины не предоставляют подобных возможностей; таким образом, их функциональность и возможность передачи и распределения функций управления на уровне полевых устройств сильно ограничивается.

 

Функции управления системой в стандарте FOUNDATION fieldbus гарантируют исполнение функциональных блоков в строго определенные временные интервалы в строго заданной последовательности – данное требование необходимо для возможности управления замкнутым контуром на уровне полевых устройств.

Уровень управления системой и уровень канала связи FOUNDATION fieldbus также включают автоматическое назначение сетевых адресов при установке нового устройства в систему, что обеспечивает автоконфигурирование системы, известное как технология «plug-and-play». Недопустимость возникновения повторяющихся адресов в системе и назначение единственного адреса каждому устройству.

Временная синхронизация, когда текущее значение времени суток передается по сети всем устройствам. Благодаря этой возможности обеспечивается синхронизация всех устройств в сети и работа таких функций, как сигналы оповещения. Поиск тэгов, т.е. поиск имени тэга в сети, независимо от места расположения тэга в сети. Благодаря этой возможности отпадает необходимость репликации системной базы данных, где содержится информация об устройстве. Другие технологии полевых шин не поддерживают функции управления системой и, следовательно, не реализуют перечисленные ниже функции.

Функциональные блоки

В то время как семиуровневая модель обмена данными использующая стандарт OSI, является общепринятой в области сетевого обмена данными, FOUNDATION fieldbus вводит еще один, восьмой уровень – пользовательский уровень. В этом, в частности, состоит отличие системы FOUNDATION fieldbus от остальных протоколов Элементами пользовательского уровня в архитектуре, используемой FOUNDATION fieldbus, являются функциональные блоки, которые представляют собой пакетную реализацию функций управления, таких как, например, аналоговый ввод, аналоговый вывод и ПИД-регулирование. Существуют также дополнительные стандартные функциональные блоки, предназначенные для управления процессом: блоки дискретного входа, блоки дискретного выхода, ПИД-контроллер, селектор сигналов, операторский ввод, блок Отношение-Смещение и блок Отношение. Функциональные блоки встроены в полевые устройства, за счет чего обеспечивается необходимый уровень функциональных возможностей устройства.

Другие протоколы не предусматривают существование полностью определенных стандартных функциональных блоков. Некоторые протоколы используют «профили», для определения функциональных блоков, главным образом выполняющих функции ввода и вывода. Управление осуществляется через специально сконфигурированные хосты. Протокол FOUNDATION fieldbus, напротив, создавался с целью не только реализовать цифровой обмен данными между хост-системой и полевым оборудованием, но и обеспечить поддержку распределенного управления, а также возможность автоматического конфигурирования оборудования, известного как технология plug-and-play, что существенно расширяет границы совместимости оборудования.

Исполнение блока управляется посредством передачи данных, поскольку каждое устройство поддерживает синхронизируемый таймер. Таким образом, управляющий контур, распределенный между несколькими устройствами, может завершить операцию в наикратчайшее время. Это, в свою очередь, приводит к увеличению быстродействия и повышению стабильности контура.

Кроме того, для каждого типа устройства определены блоки датчиков, учитывающие функциональные особенности аппаратуры этих устройств.

В результате для каждого устройства имеется единый блок ресурсов для управления данными и функциями устройства как единого целого.

Стандартные параметры

Функциональные блоки, блоки датчиков и блоки ресурсов содержат несколько стандартных параметров и дополнительный расширенный набор параметров, определяемых Описанием устройства (Device Description, DD).

Благодаря широкому набору явно заданных параметров, в число которых входит несколько видов данных диагностики и калибровки, реализуется возможность передачи данных самодиагностики аппаратуры в стандартном формате на рабочие станции операторов, благодаря чему операторы получают оперативную информацию о состоянии прибора и уведомление о его неисправности. Без явно задаваемых параметров, а также без возможности описания устройств, возможности оперативного отображения информации о состоянии системы на хосте были бы весьма ограничены.

Технология FOUNDATION предусматривает информацию о статусе, связанную с измерениями, и управляемые переменные, значения которых основываются на самодиагностике. Информация о статусе включает в себя сведения о качестве измерения, а также о возможных ограничениях качества.

Кроме того, информация о статусе содержит подробные сведения, необходимые для обработки аварийных ситуаций и оповещения оператора о работе автоматики. Статус устройств не только сообщается оператору, но также используется функциональными блоками приема для автоматического корректного отключения управляющего контура в случае ошибки или отказа.

Описание устройства (Device Description, DD)

Функциональная совместимость устройств - это возможность замены устройства полевой шины, изготовленного одним поставщиком оборудования, другим устройством другого изготовителя без потери функциональности или степени интеграции с системой управления хоста. Функциональная совместимость устройств позволяет пользователю выбрать аппаратуру, наиболее соответствующую типу используемого приложения, независимо от поставщика хост-системы или поставщиков других устройств в сети. Это дает пользователям возможность использовать запасные детали и оборудование от различных поставщиков.

Пользовательский уровень FOUNDATION fieldbus также включает в себя описания устройств (Device Descriptions, DD), реализуемые на языке описания устройств DDL (Device Description Language, DDL). Описания устройств можно рассматривать как своеобразные «драйверы» устройств.

Поставщики оборудования предоставляют описания устройств для пользователей. После загрузки описания устройства в хост-систему система, а также все устройства в сети, способны поддерживать весь спектр функциональных возможностей устройства. Благодаря этому появляется возможность постоянного пополнения поддерживаемых функций; производители оборудования могут продолжать изобретать новые и расширять уже существующие возможности системы, применяемые независимо от хост-системы.

Другие протоколы не предусматривает наличие компонентов, аналогичных описаниям устройств. Некоторые протоколы поддерживают «профили» устройств, которые содержат основной набор параметров. Однако, данные профили имеют жесткую структуру и не расширяются. Из этого следует, что подобные протоколы только основной набор общих параметров на уровне устройств. Чтобы получить возможность доступа к дополнительным, или расширенным параметрам или возможностям конкретного устройства, необходимо написать прикладную пользовательскую программу.

Комплексируемость в рамках систем, использующих профили, на самом деле означает лишь совместимость на сетевом уровне, и не предоставляет реальной возможности автоматического конфигурирования оборудования, известного как технология plug-and-play. Возможности пользователя ограничиваются набором основных функций: например, задание параметров, представление пользователю измеренных значений температур и т.д.

Однако для выполнения специальных операций с устройством (например, для его калибровки) потребуется написать специальную прикладную программу. В то же время пользователь, работающий с FOUNDATION fieldbus, может просто подключить устройство к системе, загрузить Описание данного устройства, и работать с данным устройством безо всяких ограничений. Технология FOUNDATION fieldbus обеспечивает полный доступ ко всем данным, в том числе к параметрам, специфичным для данного устройства, для любого из совместимых с FOUNDATION fieldbus устройств.

Без стандартных блоков, параметров и описаний устройств свобода выбора поставщика аппаратного обеспечения весьма ограничивается, поскольку для замены устройства или аппаратуры одного изготовителя устройством или аппаратуры другого изготовителя требуется дополнительное программирование для поддержки полного спектра возможностей.