„FOUNDATION Fieldbus“, „PROFIBUS PA“ ir „HART“ įrenginių sertifikavimo procesų analizė
1. Kodėl pramoninių ryšio įrenginių sertifikavimas tampa vis svarbesnis
1.1 Įrenginių sujungimo iššūkiai skaitmeninimo kontekste procesų pramonėje
Gilėjant intelektualiai ir skaitmeninei transformacijai procesų pramonėje, pagrindinių sektorių, tokių kaip naftos chemijos, chemijos, elektros energijos gamybos, farmacijos ir vandens valymo, gamybos modeliai iš esmės pasikeitė. Tradicinis atskirų įrenginių izoliuoto veikimo modelis buvo visiškai pakeistas, o visapusiškas įrenginių tinklas, duomenų sąveikumas, nuotolinis valdymas ir intelektualus valdymas tapo pramonės standartais. Procesų pramonei būdingi įvairūs įrenginių tipai, suskaidyti prekių ženklai, mišrus senų ir naujų įrenginių naudojimas bei sudėtingos veikimo aplinkos (aukšta temperatūra, aukštas slėgis, drėgmė, stiprūs elektromagnetiniai trukdžiai). Daugybė lauko įrenginių, įskaitant siųstuvus, valdymo vožtuvus, analizatorius ir valdiklius, turi būti prijungti prie valdymo sistemos per vieningus ryšio protokolus, kad būtų pasiektas visiškas duomenų rinkimo, parametrų reguliavimo, gedimų diagnostikos ir įrenginių valdymo procesų skaitmeninimas.
Tačiau praktiniame inžineriniame įgyvendinime dažnai kyla problemų dėl įrenginių sujungimo: tokių problemų kaip nesuderinami skirtingų prekių ženklų įrenginiai, naudojantys tą patį protokolą, nesugeba tinkamai užmegzti tinklo, duomenų paketų praradimas ir delsa, neįprastos parametrų skaitymo / rašymo operacijos, įrenginių atjungimas ir paleidimas iš naujo, taip pat sistemų suderinamumo konfliktai yra plačiai paplitę. Tradiciniai rankinio derinimo ir konfigūravimo vietoje metodai yra ne tik neefektyvūs ir brangūs, bet ir prailgina gamybos linijos paleidimo ciklus, kenkia veikimo stabilumui ir netgi gali kelti saugos riziką gamybos metu. Šiame kontekste standartizuotas pramoninių ryšio įrenginių sertifikavimas tapo kritiniu reikalavimu siekiant įveikti sujungimo kliūtis ir užtikrinti stabilų pramoninių sistemų veikimą.
1.2 "Capable of Communication" nereiškia "Capable of Interoperability".
Pramonėje plačiai paplitusi klaidinga nuomonė: vien tik HART, PROFIBUS PA arba FOUNDATION Fieldbus protokolų palaikymas užtikrina įrenginio sąveiką. Iš tikrųjų protokolų suderinamumas rodo tik pagrindines įrenginio ryšio galimybes, o sąveikumas yra pagrindinis įrenginių tinklo kriterijus – tarp šių dviejų įrenginių yra esminis skirtumas.
"Gebėjimas bendrauti" reiškia esminį, paviršutinišką gebėjimą, reiškiantį įrenginio gebėjimą atlikti pagrindinį signalų perdavimą ir paprastą duomenų teikimą pagal protokolo specifikacijas, tenkinant tik pagrindinius vieno taško ir vienpusio ryšio reikalavimus; tuo tarpu "Gebėjimas sąveikauti" reiškia pažangią bendradarbiavimo galimybę, reikalaujančią, kad skirtingų gamintojų ir modelių įrenginiai, kurie laikosi to paties protokolo, sklandžiai sujungtųsi tame pačiame magistralės tinkle, įgalintų dvikryptį duomenų mainus, palaikytų vieningą parametrų konfigūravimą, atliktų koordinuotas logines operacijas, bendrai reaguotų į gedimus ir užtikrintų ryšio stabilumą, veikimą realiuoju laiku ir nuoseklumą, atitinkantį pramonės standartus.
Nesertifikuoti protokolų įrenginiai dažnai kenčia nuo tokių problemų kaip nestandartinės protokolų stekų konfigūracijos, nenuoseklūs parametrų apibrėžimai, nestandartinis signalo laikas ir funkcinio suderinamumo stoka, dėl kurių dažnai kyla tokių problemų kaip vienos funkcijos veikimas, tinklo sutrikimai ir sąveikumo problemos tarp įrenginių, naudojančių tą patį protokolą. Pavyzdžiui, kai kurie nestandartiniai HART įrenginiai gali savarankiškai nuskaityti duomenis, tačiau nepalaiko nuotolinio parametrų kalibravimo ar tinklo ryšio; tam tikri FOUNDATION Fieldbus įrenginiai gali prisijungti prie magistralės, bet negali atlikti skaitiklių konfigūracijos, o tai labai sumažina bendrą pramoninių valdymo sistemų patikimumą.
1.3 Sertifikavimo esminė vertė
Įrenginių sertifikavimo esmė yra daug platesnė nei vien atitikties sertifikatų gavimas ar konkursų reikalavimų laikymasis. Tai apima standartizuotą testavimą, atitikties auditus ir nuoseklumo patvirtinimą, siekiant nuo pat pradžių užtikrinti, kad pramoninis įrenginys atitiktų protokolo specifikacijas, palaikytų ryšio nuoseklumą, užtikrintų tinklo sąveikumą ir pasiektų stabilų veikimą įvairiomis veikimo sąlygomis – taip užtikrinant ilgalaikį stabilų pramoninių sistemų veikimą. Pagrindinė jo vertė pasireiškia keturiais pagrindiniais aspektais.
Pirma, techninė vertė:Įrenginių ryšio protokolų standartizavimas pašalina su tiekėjais susijusias technines kliūtis, užtikrina sklandų suderinamumą tarp kelių įrenginių prekių ženklų, žymiai sumažina derinimo vietoje išlaidas ir sistemos gedimų skaičių, tuo pačiu pagerindamas pramoninio tinklo ryšio našumą realiuoju laiku, patikimumą ir apsaugą nuo trukdžių.
Antra, inžinerinė vertėTai suteikia vieningą pagrindą projektų projektavimui, įrenginių parinkimui, sistemų integravimui ir eksploatavimo / priežiūros atnaujinimams, užkertant kelią pakartotiniam darbui ir vėlavimams dėl įrenginių suderinamumo problemų, kartu patenkinant pagrindinius nepertraukiamos, nepertraukiamos gamybos reikalavimus procesų pramonėje.
Trečia, pramoninė vertė:Standartizuoti pramoninių ryšio įrenginių sektoriaus mokslinių tyrimų ir plėtros bei gamybos kriterijus, palaipsniui atsisakyti nestandartizuotų ir nekokybiškų protokolinių įrenginių, skatinti standartizuotą ir reguliuojamą pramonės plėtrą bei puoselėti vieningą pramoninių ryšių ekosistemą.
Ketvirta, saugos vertė:Griežtai tikrinant elektros charakteristikas, atsparumą trikdžiams ir atsparumą gedimams, sumažinama saugos rizika, pvz., proceso nestabilumas, duomenų iškraipymas ir įrenginių gedimai, kuriuos sukelia ryšio anomalijos, užtikrinant saugią ir stabilią gamybą procesų pramonėje.
II. Trijų pagrindinių protokolų standartų apžvalga: „FOUNDATION Fieldbus“, „PROFIBUS PA“ ir „HART“
HART, PROFIBUS PA ir FOUNDATION Fieldbus yra trys plačiausiai naudojami ir pripažinti lauko magistralės ryšio protokolai šiuolaikinėje procesų pramonės automatizavimo srityje. Kiekvienas protokolas skiriasi savo padėtimi, architektūra, funkcionalumu ir taikymo scenarijais, o atitinkami sertifikavimo standartai ir testavimo prioritetai yra atitinkamai pritaikyti, ir yra pagrindinis hierarchinių tinklų ir valdymo sistemų ryšio pagrindas pramoninėje aplinkoje.
2.1 HART: pagrindinis protokolas, apjungiantis tradicines ir išmaniąsias funkcijas
HART (greitkelio adresuojamas nuotolinis keitiklis) yra hibridinis ryšio protokolas, kuris sujungia 4–20 mA analoginius signalus su skaitmeniniais signalais ir išlieka plačiausiai naudojamu protokolu pramonėje. Jis sklandžiai integruojasi tiek su tradicinėmis analoginėmis valdymo sistemomis, tiek su moderniomis skaitmeninėmis išmaniosiomis sistemomis, užtikrindamas sklandų perėjimą prie išmaniųjų įprastų įrenginių atnaujinimų.
HART protokole naudojama FSK (dažnio poslinkio moduliavimo) moduliacijos technologija, leidžianti atlikti tokias funkcijas kaip skaitmeninių parametrų skaitymas / įrašymas, gedimų diagnostika, konfigūracijos kalibravimas ir daugiataškis ryšys, netrukdant 4–20 mA analoginio signalo perdavimui. Jis palaiko tiek laidinį, tiek belaidį HART diegimą. Dėl paprastos architektūros, lengvo diegimo, mažos kainos ir puikaus suderinamumo protokolas plačiai naudojamas temperatūros, slėgio, lygio, srauto greičio ir kitose įprastose proceso parametrų stebėjimo sistemose įvairiose pramonės šakose, įskaitant naftos chemijos, elektros energijos gamybos ir vandens valymo įmones.
Pagrindinės jo savybės apima analoginį-skaitmeninį dviejų režimų ryšį, atgalinį suderinamumą, lankstų diegimą ir didelį ekonomiškumą. Kaip lengvas pramoninis ryšio protokolas, jis orientuotas į vieno taško duomenų mainus tarp įrenginių ir nuotolinį valdymą bei priežiūrą, nepalaikant sudėtingų paskirstytų valdymo sistemų. Jo autentifikavimo mechanizmai pabrėžia pagrindinio ryšio nuoseklumą, signalo stabilumą ir protokolo atitiktį.
2.2 PROFIBUS PA: Lauko magistralė procesų automatizavimui
„PROFIBUS PA“ yra lauko magistralės protokolas, specialiai sukurtas pramonės sektoriaus procesų automatizavimui, atstovaujantis specializuotai „PROFIBUS“ serijos šakai. Jis visiškai atitinka pramoninius sprogimui atsparius ir iš esmės saugius reikalavimus, todėl yra pagrindinis magistralės standartas didelės rizikos procesų taikymams. Remiantis tarptautiniu standartu IEC 61158, „PROFIBUS PA“ protokolas pasižymi integruota dviejų laidų konstrukcija maitinimo šaltiniui ir signalo perdavimui, palaikančia iš esmės saugų veikimą, tolimojo ryšio užtikrinimą, magistralės perteklių ir kelių įrenginių tinklą.
Palyginti su HART protokolu, PROFIBUS PA siūlo didesnį ryšio greitį, didesnę duomenų perdavimo galią ir pagerintą tinklo stabilumą. Jis palaiko paketinių duomenų sinchronizavimą tarp įrenginių, tikslų laikrodžio sinchronizavimą ir gedimų ataskaitų teikimą realiuoju laiku, todėl idealiai tinka nuolatinėms, didelio tikslumo ir labai patikimoms procesų valdymo programoms. Plačiai naudojamas pramonės šakose, kurioms keliami griežti sprogimui atsparūs reikalavimai, pavyzdžiui, chemijos, naftos ir dujų bei farmacijos sektoriuose, jis apima pagrindinius lauko įrenginius, įskaitant valdymo vožtuvus, išmaniuosius siųstuvus ir internetinius analizatorius.
Pagrindiniai jo privalumai: stiprus suderinamumas su sprogimu, stabilus magistralių tinklas, didelis našumas realiuoju laiku ir sudėtingų sistemų konfigūracijų palaikymas. Sertifikavimas sutelktas į tokius svarbius našumo aspektus kaip protokolo nuoseklumas, sprogimui atsparaus veikimo atitiktis, perteklinis ryšys ir laikrodžio sinchronizavimas.
2.3 „FOUNDATION Fieldbus“: funkcinių blokų valdymo architektūra
„FOUNDATION Fieldbus“ yra visiškai skaitmeninis, dvikryptis, daugiavietis protokolas, specialiai sukurtas didelio masto paskirstytoms valdymo sistemoms procesų pramonėje, atitinkantis tarptautinį standartą IEC 61158. Pagrindinis jo skirtumas nuo HART ir PROFIBUS PA yra integruota paskirstytų funkcinių blokų valdymo architektūra.
„FOUNDATION Fieldbus“ protokolas panaikina tradicinį centralizuotą valdiklių valdymo modelį, tiesiogiai integruodamas valdymo algoritmus ir loginius funkcijų blokus į lauko įrenginius, suteikdamas jiems galimybę savarankiškai atlikti uždaros grandinės valdymą, logines operacijas ir blokavimo apsaugą, o valdiklis yra visiškai atsakingas už stebėjimą ir planavimą, taip pasiekdamas tikrą paskirstytą intelektualųjį valdymą. „FOUNDATION Fieldbus“ sudaro mažos spartos H1 magistralė (31,25 kbps, tinkama lauko įrenginių tinklui) ir didelės spartos HSE Ethernet magistralė, palaikanti magistralės maitinimo šaltinį, vidinį saugumą su apsauga nuo sprogimo, įrenginių dubliavimą ir sistemos savaiminį atstatymą; jo ryšio tikslumas, sinchronizavimas ir sistemos autonomija gerokai lenkia kitus protokolus.
Šis protokolas pirmiausia naudojamas didelio masto, aukštos klasės nepertraukiamo veikimo gamybos įrenginiuose naftos chemijos, anglies chemijos ir energetikos pramonės šakose, kur sistemos autonomiškumui, stabilumui ir gedimų atsparumui keliami griežti reikalavimai. Atitinkama sertifikavimo sistema yra griežčiausia, daugiausia dėmesio skiriant funkcinių blokų atitikties, paskirstytos valdymo logikos, magistralės sinchronizavimo tikslumo, taip pat sistemos gedimų atsparumo ir savaiminio atstatymo galimybių vertinimui.
III. Pramoninių ryšių sertifikavimo sistema ir standartinė architektūra
3.1 Sertifikavimo sistemos sudėtis
Trys pagrindiniai pramoninių ryšių sertifikavimo standartai – „FOUNDATION Fieldbus“, „PROFIBUS PA“ ir „HART“ – atitinka išsamią uždaro ciklo sistemą, apimančią tarptautines standartų specifikacijas + oficialių asociacijų priežiūrą + trečiųjų šalių laboratorinius bandymus + oficialią peržiūrą ir registraciją + visą gyvenimą trunkančią atsekamumo stebėseną. Sistemą sudaro keturi pagrindiniai lygiai, kiekvienam lygiui taikomi apribojimai ir jis griežtai patvirtinamas, siekiant užtikrinti sertifikavimo autoritetą ir atitiktį reikalavimams.
1 lygis: Tarptautinių standartų sluoksnis.Šis sluoksnis, sukurtas remiantis tarptautiniu lauko magistralės standartu IEC 61158 kaip pagrindiniu pagrindu, apima kiekvienam protokolui skirtas technines specifikacijas, aiškiai apibrėžiančias protokolo architektūrą, ryšio laiką, duomenų formatus, funkcinius apibrėžimus, bandymų metodus ir našumo rodiklius, kurie yra visų sertifikavimo bandymų pagrindas.
Antrasis lygis: asociacijų standartizacijos sluoksnis.Susitarimu įsteigtos oficialios autoritetingos organizacijos parengs išsamias sertifikavimo specifikacijas, bandymų gaires, prieigos reikalavimus ir registracijos procedūras, kad suvienodintų pasaulinius sertifikavimo standartus, pašalintų regioninius ar institucinius bandymų neatitikimus ir užtikrintų nuoseklų įrenginių sąveikumą visame pasaulyje.
Trečias lygis: testų vykdymo sluoksnis.Pasauliniu mastu įgaliotos trečiųjų šalių akredituotos laboratorijos atlieka nuoseklumo, sąveikumo ir eksploatacinių sąlygų pritaikomumo bandymus ir išduoda standartizuotas bandymų ataskaitas. Visos bandymų procedūros, įrenginiai ir scenarijai turi būti oficialiai kalibruoti.
4 lygis: registracijos peržiūros etapas.Oficiali asociacija atlieka galutinę bandymų ataskaitų, įrenginių dokumentacijos ir įmonės kvalifikacijų peržiūrą. Patvirtinus, išduodami sertifikavimo sertifikatai, suteikiamas leidimas naudoti oficialų logotipą, o įrenginys įtraukiamas į pasaulinį oficialų įrenginių katalogą, siekiant užtikrinti visišką tinklo prieinamumą ir visišką atsekamumą.
3.2 Pagrindinės tarptautinės sertifikavimo organizacijos
Visus tris pagrindinius sertifikavimo susitarimus administruoja nepriklausomos tarptautinės autoritetingos įstaigos, kurių kiekviena vykdo skirtingas pareigas, vadovaudamasi atskira priežiūra – tai yra pagrindinė jų atitikties ir įgaliojimų garantija.
„FieldComm Group“: vienintelė oficiali pasaulinių HART ir FOUNDATION Fieldbus protokolų sertifikavimo institucija, prižiūrinti standartų atnaujinimus, sertifikavimo specifikacijas, laboratorijų akreditaciją, bandymų auditus, produktų registraciją ir katalogų valdymą. Ji atsakinga už visų HART ir FOUNDATION Fieldbus išmaniųjų įrenginių atitikties sertifikavimą visame pasaulyje ir yra aukščiausia autoritetinga šių dviejų protokolų įstaiga.
„PROFIBUS & PROFINET International“: Vienintelė oficiali viso pasaulinio „PROFIBUS“ protokolų rinkinio (įskaitant „PROFIBUS PA“) valdymo institucija, atsakinga už „PROFIBUS PA“ protokolų standartizacijos atnaujinimus, sertifikavimo sistemos kūrimą, bandymų specifikacijų formulavimą, autorizacijos laboratorijų valdymą, produktų sertifikavimo auditus ir „PROFIBUS PA“ įrenginių nuoseklumo bei sąveikumo užtikrinimą visame pasaulyje.
Tuo tarpu abi institucijos sukūrė griežtas laboratorijų autorizacijos sistemas, leidžiančias atlikti sertifikavimo bandymus pagal atitinkamus susitarimus tik trečiųjų šalių laboratorijoms, kurios yra praėjusios oficialią peržiūrą, prietaisų kalibravimą ir kvalifikacijos sertifikavimą, taip pašalindamos pramonės piktnaudžiavimo atvejus, tokius kaip neleistini bandymai ir suklastoti sertifikavimai.
IV. HART įrenginio sertifikavimo proceso analizė
4.1 Bendras HART sertifikavimo procesas
HART įrenginių sertifikavimą visiškai valdo „FieldComm Group“ ir jį sudaro šeši pagrindiniai etapai: įmonės kvalifikacijos vertinimas, preliminarus savarankiškas testavimas, dokumentų pateikimas, oficialūs laboratoriniai tyrimai, oficiali peržiūra ir registracija bei sertifikato autorizavimas. Procesas yra standartizuotas, uždaro ciklo ir visiškai atsekamas, o konkretūs veiksmai yra tokie:
1 veiksmas: prieiga prie įmonės kvalifikacijos.Paraiškas teikiančios įmonės pirmiausia turi užsiregistruoti kaip „FieldComm Group“ narės, kad gautų oficialius sertifikavimo leidimus, naujausias sutarčių specifikacijas ir bandymų rinkinius. Ne narės įmonės negali teikti sertifikavimo paraiškų ir gali pasiekti tik viešą pagrindinę informaciją.
2 veiksmas: pradinis gaminio savęs testavimas ir taisymas.Bendrovė atliks vidinį gaminių savikontrolės testavimą pagal „FieldComm Group“ išleistas HART testavimo specifikacijas (įskaitant tokius standartus kaip HCF_TEST-4 ir TT20004), daugiausia dėmesio skirdama problemų, susijusių su protokolų rinkinio atitiktimi, signalo stabilumu ir instrukcijų suderinamumu, nustatymui. Klaidos turėtų būti ištaisomos iš anksto, siekiant sumažinti gedimų riziką oficialaus testavimo metu, kartu sudarant visą dokumentų rinkinį, įskaitant savikontrolės ataskaitas, gaminių vadovus, protokolų rinkinio šaltinio kodą ir FDI failus.
3 veiksmas: paraiškos ir dokumentų pateikimas internetu.Įmonė sukuria sertifikavimo bilietą oficialioje „FieldComm Group“ platformoje, pateikia reikiamus dokumentus, įskaitant pirkimo užsakymus, įmonės kvalifikacijas, produkto technines specifikacijas, savikontrolės įrašus, FDI šaltinio kodą ir įrenginio aparatinės / programinės įrangos versijos informaciją, ir inicijuoja sertifikavimo paraiškos teikimą.
4 veiksmas: preliminari dokumentų peržiūra.Oficiali „FieldComm Group“ peržiūros komanda atlieka pateiktų dokumentų atitikties patikrinimą, daugiausia dėmesio skirdama dokumentų išsamumo, protokolų standartizacijos ir FDI failų suderinamumo patikrinimui. Neatitinkančius dokumentus reikia papildyti arba modifikuoti. Gavusi patvirtinimą, įmonė bus informuota, kad pateiktų bandomuosius pavyzdžius.
5 veiksmas: Oficialus trečiosios šalies laboratorijos atliekamas bandymas.Įgaliota laboratorija turi sukurti standartizuotą testavimo aplinką ir atlikti išsamius testus, apimančius fizinį sluoksnį, protokolų rinkinį, funkcines specifikacijas, sąveikumą ir kt., kartu dokumentuodama visus testo duomenis, kad parengtų standartizuotą testo ataskaitą. Jei testo rezultatai neigiami, įmonė privalo ištaisyti problemas ir pakartoti testavimą.
6 veiksmas: galutinė peržiūra ir sertifikato išdavimas.„FieldComm Group“ peržiūri laboratorinių tyrimų ataskaitas, patvirtina atitiktį visiems reikalavimams, atlieka oficialią gaminio registraciją, išduoda HART sertifikavimo sertifikatą, įgalioja įmonę naudoti oficialų HART sertifikavimo ženklą ir užregistruoja gaminį pasauliniame HART sertifikuotų įrenginių kataloge, kad jis būtų viešai prieinamas ir patikrintas visame tinkle.
4.2 Pagrindiniai HART sertifikavimo bandymo elementai
HART sertifikavimo testą sudaro keturi pagrindiniai moduliai: aparatinės įrangos fizinės specifikacijos, protokolų steko atitiktis, funkciniai reikalavimai ir sąveikumas. Kad būtų išlaikytas sertifikatas, visi elementai turi 100 % atitikti visus kriterijus.
Pirma, fizinio sluoksnio našumo testavimas.Pagrindiniai bandymai apima FSK (dažnio poslinkio klavišų) signalų dažnio tikslumo, bangos formos vientisumo, signalo amplitudės ir kilpos varžos suderinamumo vertinimą; patikrinimą, ar įrenginys neturi signalo trukdžių, bangos formos iškraipymų ar dažnio nuokrypių standartinėse 4–20 mA grandinėse; magistralės gnybtų atitikimo, šakos ilgio tinkamumo ir apkrovos suderinamumo vertinimą; ir galimų problemų, tokių kaip signalo atspindys ar aido trukdžiai, nustatymą.
Antra, protokolų rinkinio nuoseklumo testavimas. patikrina, ar įrenginio protokolų rinkinys visiškai atitinka naujausias HART protokolo specifikacijas, įskaitant standartizuotus duomenų kadrų formatus, adresų apibrėžimus, perdavimo laiką ir klaidų tikrinimo mechanizmus, pašalindamas tokius pažeidimus kaip protokolo sutrumpinimas ar pasirinktiniai privatūs laukai, kad būtų užtikrintas nuoseklus pagrindinis ryšys.
Trečia, bendrosios komandos ir specializuotas funkcijų testavimas.Vadovaujantis HART bendrosios komandos specifikacija, patikrinkite pagrindines įrenginio funkcijas, įskaitant parametrų skaitymą / įrašymą, diapazono kalibravimą, vienetų perjungimą, įrenginio informacijos paiešką, gedimų diagnostiką ir nulinio taško patikrinimą, taip pat jo skirtų išplėstinių funkcijų atitiktį reikalavimams, užtikrindami tikslius komandų atsakymus be klaidų ar duomenų anomalijų.
Ketvirta, sąveikumo ir stabilumo testavimas.Atlikite sąveikumo bandymus su pagrindiniais HART pagrindiniais kompiuteriais, šliuzais ir valdymo sistemomis, kad patikrintumėte skirtingų prekių ženklų įrenginių tinklo, duomenų sąveikos ir nuotolinės konfigūracijos stabilumą. Be to, atlikite ilgalaikius nepertraukiamo ryšio bandymus, kad nustatytumėte tokias problemas kaip atsijungimai, paketų praradimas ir delsa.
4.3 Dažniausios HART sertifikavimo problemos
Remiantis praktine pramonės sertifikavimo patirtimi, HART įrenginių sertifikavimo nesėkmės daugiausia kyla dėl keturių dažnų problemų, kurios taip pat yra pagrindinės įmonių mokslinių tyrimų ir plėtros bei tobulinimo pastangų sritys.
Pirma, fizinio sluoksnio signalo parametrai viršija specifikacijas.Problemos apima dažnio nuokrypį, bangos formos iškraipymą ir nepakankamą signalo amplitudę FSK signaluose; prastą grandinės apkrovos suderinamumą; signalo slopinimą ir duomenų paketų praradimą esant didelei apkrovai, kurios pirmiausia priskiriamos nestandartinei aparatinės įrangos grandinės konstrukcijai arba netinkamam moduliacijos modulių pasirinkimui.
Antra, protokolų rinkinio pritaikymas yra nestandartinis.Kai kurios įmonės, siekdamos supaprastinti mokslinius tyrimus ir plėtrą bei sumažinti išlaidas, savavališkai keičia standartines protokolų specifikacijas ir duomenų kadrų formatus, todėl įrenginiai gali bendrauti tik individualiai, tačiau nėra suderinami su pagrindinėmis sistemomis ir šliuzais, todėl sąveikumo bandymai nepavyksta.
Trečia, FDI/DD dokumentų nesuderinamumas.Dažniausios problemos dokumentacijos peržiūros etape yra nestandartiniai įrenginių aprašymo failai, trūkstami parametrų apibrėžimai ir neteisingi funkcijų susiejimai, kurie neleidžia pagrindiniam kompiuteriui tinkamai identifikuoti įrenginių, nuskaityti parametrų ar išduoti konfigūravimo komandų.
Ketvirta, nepakankamas veikimo stabilumas.Ilgų tinklo bandymų metu iškilo tokių problemų kaip įrenginių atjungimas, perkrovimas ir komandų atsakymo skirtojo laiko viršijimas, taip pat prastas atsparumas elektromagnetiniams trukdžiams, dėl kurio sudėtingomis pramoninėmis sąlygomis ryšio stabilumas buvo prastas.
V. PROFIBUS PA įrenginio sertifikavimo proceso analizė
5.1 PA sertifikavimo procesas
„PROFIBUS PA“ įrenginių sertifikavimą vienodai reguliuoja PI asociacija, taikant griežtą procesą su aiškiai apibrėžtais etapais, kuriuose pirmenybė teikiama magistralės tinklo veikimui ir atitikčiai sprogimui. Sertifikavimo procesas susideda iš trijų etapų: išankstinio bandymo, oficialaus bandymo ir peržiūros / registracijos, kaip išsamiau aprašyta toliau:
1 žingsnis: Preliminarus pasiruošimas ir išankstinis bandymas.Įmonė turi užbaigti produkto programinės ir aparatinės įrangos kūrimą pagal PA protokolo standartus ir PI išleistus testavimo specifikacijas, sukurti savikontrolės aplinką, atlikti išankstinius bandymus, apimančius protokolo atitiktį, pagrindinį ryšį, magistralės maitinimo šaltinį ir iš esmės saugų pritaikymą, iš anksto išspręsti nustatytas problemas ir užbaigti produkto specifikacijos dokumentą, programinės / aparatinės įrangos dokumentaciją ir sprogimui atsparumo sertifikavimo medžiagą.
2 veiksmas: pateikite sertifikavimo paraišką.Įmonė pateikia paraišką projekto vadovo įgaliotai trečiosios šalies sertifikavimo laboratorijai kartu su gaminių prototipais, technine dokumentacija, savikontrolės ataskaitomis, sprogimo atsparumo sertifikavimo dokumentais ir įmonės kvalifikacijomis, kartu patvirtindama bandymų planą ir grafiką.
3 veiksmas: išsamūs oficialūs laboratoriniai tyrimai.Įgaliotoji laboratorija turi sukurti standartinį PA magistralės bandymų tinklą, skirtą pramoninio lauko tinklo sąlygoms imituoti, atlikdama plataus masto bandymus, apimančius protokolo nuoseklumą, veikimą realiuoju laiku, laikrodžio sinchronizavimą, perteklinį ryšį, vidinio saugumo sprogimo atsparumą, atsparumą trukdžiams ir sąveikumą. Bandymo duomenys turi būti užregistruoti, parengta preliminari bandymų ataskaita, o nustatytos problemos turi būti pateiktos įmonei ištaisyti ir pakartotinai atlikti bandymus.
4 veiksmas: galutinė oficiali pagrindinio tyrėjo peržiūra.Laboratorija pateikia kvalifikuotą bandymo ataskaitą pagrindinio tyrėjo būstinei, kur oficiali peržiūros komanda patikrina bandymo procedūrų atitiktį reikalavimams, duomenų autentiškumą ir gaminio technines specifikacijas, kad pašalintų bet kokius bandymo trūkumus ar nestandartines gaminio problemas.
5 veiksmas: registracija, sertifikavimas ir viešas atskleidimas.Patvirtinus, pagrindinis projekto analitikas išduos įmonei oficialų PROFIBUS PA sertifikavimo sertifikatą, leis jai naudoti PROFIBUS PA sertifikavimo ženklą ir įtrauks produktą į pasaulinį PROFIBUS reikalavimus atitinkantį produktų katalogą, kad būtų pasiektas abipusis pripažinimas ir sąveikumas visame pasaulyje.
5.2 Pagrindiniai PA sertifikavimo testo elementai
PROFIBUS PA sertifikatas atitinka pagrindinius sprogimui atsparaus veikimo, tinklo veikimo ir realaus laiko valdymo reikalavimus procesų pramonėje. Pagrindiniai jo bandymo elementai skiriasi nuo HART elementų, daugiausia dėmesio skiriant magistralės veikimui, suderinamumui su eksploatavimo sąlygomis ir sistemos sąveikai.
Pirma, protokolo atitikties testavimas.Griežtai tikrinkite pagrindinius protokolo parametrus, įskaitant PA magistralės duomenų kadrų struktūrą, ryšio laiką, duomenų perdavimo spartos pritaikymą, adresų adresavimą, klaidų tikrinimą ir pakartotinio perdavimo mechanizmus, kad užtikrintumėte visišką atitiktį IEC 61158 ir PI oficialioms specifikacijoms ir išvengtumėte bet kokių patentuotų protokolų pakeitimų.
Antra, autobusų fizinis veikimas ir maitinimo šaltinių bandymai.Tai apima dviejų laidų magistralių signalo perdavimo kokybės, slopinimo charakteristikų dideliais atstumais ir maitinimo stabilumo vertinimą; prietaisų elektros saugos patikrinimą esant saugioms sprogimui atsparioms sąlygoms; izoliacijos charakteristikų, įtampos atsparumo ir elektromagnetinių trukdžių slopinimo pajėgumo vertinimą; ir suderinamumo su didelės rizikos pramonine aplinka užtikrinimą.
Trečia, realaus laiko sinchronizavimo testavimas su laikrodžio sinchronizavimu.Šis bandymas įvertina duomenų perdavimo delsą magistralėje, sinchronizavimo tikslumą ir tinklo sinchronizavimą tarp kelių įrenginių, užtikrindamas tikslų koordinuotą valdymą ir blokavimo operacijas tarp lauko įrenginių, kad būtų patenkinti didelio tikslumo valdymo reikalavimai procesų pramonėje.
Ketvirta, perteklinio našumo ir gedimų toleravimo testavimas.Tai apima nenormalių veikimo sąlygų, tokių kaip magistralės atjungimas, įrenginio gedimas ir signalo trukdžiai, modeliavimą, siekiant įvertinti magistralės perjungimo galimybes, įrenginio gedimams atsparų ryšį, savaiminio atstatymo funkciją ir anomalijų pranešimo mechanizmus, taip patikrinant sistemos veikimo stabilumą.
Penkta, skirtingų įrenginių sąveikumo testavimas.Prijunkite bandomąjį įrenginį prie kitų prekių ženklų pagrindinių PA valdiklių, šliuzų ir PA lauko įrenginių, kad įvertintumėte tokias funkcijas kaip paketinių duomenų mainai, parametrų konfigūravimas, nuotolinis stebėjimas ir gedimų susiejimas, užtikrindami visišką ekosistemos suderinamumą.
5.3 Dažnos PA sertifikavimo problemos
Pagrindiniai PROFIBUS PA įrenginių sertifikavimo iššūkiai yra magistralės tinklo veikimas, sprogimui atsparumo atitiktis ir valdymo realiuoju laiku galimybės. Svarbiausi klausimai yra šie:
Pirma, magistralės sinchronizavimo tikslumas neatitinka specifikacijų.Keliuose įrenginiuose pasitaiko reikšmingų laikrodžio sinchronizacijos nukrypimų, dėl kurių įrenginių koordinuotas valdymas yra nenuoseklus, o tai kenkia sistemos valdymo tikslumui ir yra pagrindinė gedimų priežastis atliekant aukščiausios klasės valdymo scenarijų bandymus.
Antra, yra defektas, susijęs su iš esmės saugių eksploatavimo sąlygų laikymusi.Įrenginio elektriniai parametrai neatitinka sprogimui atsparių reikalavimų, nustatytų savaime saugioms sistemoms; veikiant magistrale, srovės ir įtampos lygiai viršija leistinas ribas, atsparumas trukdžiams yra nepakankamas, ryšys tampa nestabilus esant didelės rizikos sąlygoms, o įrenginys neišlaiko sprogimui atsparių atitikties bandymų.
Trečia, perteklinis perjungimas neveikia.Magistralės ir įrenginių perjungimo procesų metu gali kilti tokių problemų kaip duomenų perdavimo sutrikimai, įrenginių atjungimas ir parametrų praradimas; gedimų toleravimo mechanizmai yra nepakankami, o sistemos savaiminio atstatymo galimybės yra nepakankamos neįprastomis veikimo sąlygomis.
Ketvirta, prastas tinklų suderinamumas.Nors kai kurie įrenginiai gali bendrauti savarankiškai, kelių įrenginių sujungimas į tinklą dažnai sukelia magistralių konfliktus, duomenų perkrovą ir anomalijų sprendimą, todėl tai netinka didelio masto magistralių tinklų scenarijams.
VI. „FOUNDATION Fieldbus“ įrenginių sertifikavimo proceso analizė
6.1 „FOUNDATION Fieldbus“ sertifikavimo procesas
„FOUNDATION Fieldbus“ sertifikavimą išimtinai tvarko „FieldComm Group“. Tai griežčiausias, išsamiausias ir sudėtingiausias sertifikavimas iš trijų pagrindinių protokolų, daugiausia dėmesio skiriant paskirstytų funkcijų blokų valdymui ir magistralės sistemos stabilumui. Visas procesas susideda iš šešių atskirų etapų:
1 žingsnis: Narystės kvalifikacija ir preliminarus pasiruošimas.Įmonės privalo prisijungti prie „FieldComm Group“, kad gautų sertifikavimo įgaliojimus, atidžiai išstudijuoti „FOUNDATION Fieldbus“ funkcinių blokų specifikacijas, ryšio protokolų standartus ir testavimo gaires, atlikti savo įrenginių aparatinės ir programinės įrangos kūrimą, ypatingą dėmesį skiriant integruotų funkcinių blokų atitikties ir išsamumo užtikrinimui.
2 veiksmas: išsamus vidinis savęs testavimas.Įmonė sukuria „FOUNDATION Fieldbus“ standarto testavimo tinklą, skirtą savarankiškai atlikti plataus diapazono savikontrolės testus, apimančius protokolo nuoseklumą, funkcinių blokų veikimą, magistralės sinchronizavimą, paskirstytą valdymą, gedimų toleranciją ir savaiminį atstatymą, spręsti tokias problemas kaip trūkstamos funkcijos, loginės klaidos ir ryšio anomalijos, bei tobulinti techninę dokumentaciją.
3 veiksmas: dokumentų pateikimas ir preliminari peržiūra.Pateikite sertifikavimo paraišką, produkto prototipo dokumentaciją, funkcinio bloko šaltinio kodą, įrenginio specifikacijos failą, savikontrolės ataskaitą ir programinės / aparatinės įrangos versijos informaciją „FieldComm Group“. „FieldComm Group“ teiks pirmenybę dokumentų išsamumo ir funkcinio bloko atitikties peržiūrai; neatitinkantys reikalavimai bus grąžinti ištaisyti.
4 veiksmas: Įgaliokite laboratoriją atlikti išsamius tyrimus.„FieldComm Group“ įgaliota laboratorija sukuria visiškai realistišką „FOUNDATION Fieldbus“ pramoninio tinklo aplinką ir atlieka išsamius, viso scenarijaus ir visų sąlygų išsamius bandymus, apimančius pagrindinius „FOUNDATION Fieldbus“ komponentus, įskaitant paskirstytą valdymą, funkcinių blokų logiką, magistralės ryšį ir sistemos gedimų toleranciją. Visi bandymų duomenys yra kruopščiai dokumentuojami; apie visas nustatytas problemas pranešama įmonei, kad būtų galima atlikti iteracinį tobulinimą ir pakartotinius bandymus.
5 veiksmas: Galutinė „FieldComm Group“ peržiūra.„FieldComm Group“ techninių ekspertų komanda iš naujo peržiūrės bandymų ataskaitas, įrenginio funkcionalumą ir protokolo atitiktį, daugiausia dėmesio skirdama funkcinių blokų valdymo logikos ir paskirstyto bendradarbiavimo galimybių patikrinimui, kad patvirtintų visišką atitiktį oficialiems „FOUNDATION Fieldbus“ standartams.
6 veiksmas: registracija, sertifikavimas ir ekosistemos integravimas.Patvirtinus, atlikti oficialią produkto registraciją, išduoti „FOUNDATION Fieldbus“ sertifikavimo sertifikatą, autorizuoti sertifikavimo ženklo naudojimą ir įtraukti produktą į pasaulinį „FOUNDATION Fieldbus“ įrenginių suderinamumo katalogą, siekiant užtikrinti sąveikumą visoje pasaulinėje ekosistemoje.
6.2 Pagrindiniai „FOUNDATION Fieldbus“ sertifikavimo bandymo elementai
Pagrindinis FOUNDATION Fieldbus sertifikavimo skirtumas nuo HART ir PROFIBUS PA yra tai, kad jame daugiausia dėmesio skiriama funkcinių blokų valdymui ir paskirstytam intelektui. Be pagrindinių ryšio bandymų, jame pristatomas išsamus specializuotų pagrindinių bandymų elementų rinkinys, suskirstytas į penkis pagrindinius modulius:
Pirma, pagrindinis protokolo nuoseklumo testavimas.Tai apima pagrindinių „FOUNDATION Fieldbus H1“ magistralės parametrų, įskaitant fizinio sluoksnio signalus, duomenų kadrų formatus, ryšio laiką, perdavimo greitį, magistralės maitinimo šaltinį ir adresavimo mechanizmus, patikrinimą, siekiant užtikrinti suderinamą ir stabilų pagrindinį ryšį.
Antra, funkcinių blokų atitikties ir loginio testavimo procesas.Tai yra pagrindinis „FOUNDATION Fieldbus“ sertifikavimo tikslas, visapusiškai įvertinantis standartinių funkcinių blokų, įskaitant AI, AO, PID, kaupimą, signalizacijas ir blokavimus, išsamumą, skaičiavimo tikslumą ir loginį atitikimą įrenginyje. Jis patikrina, ar parametrų konfigūracijos, algoritmų vykdymas ir išvesties atsakai visiškai atitinka oficialias specifikacijas, be jokių loginių neatitikimų ar funkcinių trūkumų.
Trečia, paskirstyto valdymo bendradarbiavimu pagrįstas testavimas.Šis bandymas įvertina funkcinių blokų koordinavimą, paskirstytą uždaros kilpos valdymą ir skirtingų įrenginių loginę sinchronizaciją tarp kelių „FOUNDATION Fieldbus“ įrenginių, patikrindamas jų gebėjimą autonomiškai pasiekti tikslų valdymą ir blokuotą apsaugą be centrinio valdiklio įsikišimo.
Ketvirta, magistralės sinchronizavimas ir našumo testavimas realiuoju laiku.Tai apima „FOUNDATION Fieldbus“ pasaulinio laikrodžio sinchronizavimo tikslumo, duomenų perdavimo realiuoju laiku našumo ir užduočių planavimo sinchronizavimo tarp kelių įrenginių įvertinimą, siekiant užtikrinti vieningus valdymo veiksmus be delsos ar nukrypimų didelio masto tinklo sistemose.
Penkta, sistemos gedimų toleravimas ir savaiminio atsistatymo testavimas.Modeliuojant tokius scenarijus kaip magistralės gedimai, įrenginio neprisijungus veikiančios būsenos, parametrų anomalijos ir signalo trukdžiai, bandymų metu įvertinamos „FOUNDATION Fieldbus“ perjungimo, gedimų izoliavimo, sistemos savaiminio atkūrimo ir duomenų atsarginių kopijų atkūrimo galimybės, siekiant užtikrinti nepertraukiamą ir nepertraukiamą sistemos veikimą.
6.4 Dažniausios „FOUNDATION Fieldbus“ sertifikavimo problemos
„FOUNDATION Fieldbus“ įrenginių sertifikavimui keliami aukščiausi reikalavimai, o gedimų problemos dažniausiai kyla specializuotuose funkciniuose blokuose ir paskirstytose valdymo sistemose. Dažniausios problemos yra šios:
Pirma, standartiniai funkciniai blokai yra nepilni arba neatitinka reikalavimų.Įmonės gali savavališkai pašalinti standartinius funkcinius blokus, modifikuoti algoritmo logiką arba nustatyti nestandartinius parametrus pasirinktiniams funkciniams blokams, dėl ko paskirstyto valdymo logika neatitinka oficialių standartų ir yra užkertamas kelias koordinuoti tarp įrenginių – tai yra pagrindinė sertifikavimo nesėkmės priežastis.
Antra, nepakanka paskirstytų bendradarbiavimo pajėgumų.Nors atskiri įrenginių funkciniai blokai veikia normaliai, kai tinkle sujungti keli įrenginiai, tarp įrenginių esančių blokų koordinavimas ir uždaros kilpos valdymas gali turėti loginių neatitikimų, atsako vėlavimų arba parametrų neatitikimų, kurie neleidžia įgyvendinti paskirstyto intelektualaus valdymo.
Trečia, magistralės sinchronizavimo tikslumas viršija nustatytas ribas.Didelio masto tinklų scenarijuose per dideli įrenginių laikrodžių sinchronizacijos nukrypimai sukelia asinchroninius valdymo veiksmus keliuose įrenginiuose ir proceso parametrų svyravimus, o tai neatitinka didelio tikslumo nepertraukiamo gamybos valdymo reikalavimų.
Ketvirta, sistema pasižymi silpnu atsparumu gedimams ir savęs atstatymo galimybėmis.Magistralės anomalijų ar įrenginių gedimų atveju sistema negali greitai atlikti gedimų izoliacijos ir perjungimo per dubliavimo režimu, todėl sistema gali sugesti, prarasti duomenys ir sugesti valdymas.
Penkta, įrenginių aprašymo failai yra prastai suderinami.„FOUNDATION Fieldbus“ įrenginio DD failai yra prastai suformatuoti, juose trūksta funkcinių blokų atvaizdavimų ir yra klaidingų parametrų apibrėžimų, todėl pagrindinei sistemai negalima tiksliai identifikuoti įrenginio funkcijų arba iškviesti valdymo logikos, todėl kyla pavojus sistemos konfigūracijai ir priežiūrai.
