4.1 要求
由于技術(shù)條件的不斷變化，對(duì)FDT的進(jìn)一步開發(fā)，把他轉(zhuǎn)為FDT2是必要的。這需要滿足下列的邊界條件：
● 比起FDT 1.x ，F(xiàn)DT2的功能沒(méi)有大的變化，但為了滿足用戶要求和現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用，消除了查明的弱點(diǎn)。
● 為今后的進(jìn)一步發(fā)展，有了許多引人注目的創(chuàng)新。
● 在過(guò)程自動(dòng)化工廠今后20-40年的服務(wù)周期和在將來(lái)框架應(yīng)用版本使用現(xiàn)有的DTM，保護(hù)投資和兼容性。
● 為了有更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備類型和有全部公共通信協(xié)議使用這項(xiàng)技術(shù)，提高了現(xiàn)有的開放程度。
● 確保能不斷提高互操作性，同時(shí)降低開發(fā)和測(cè)試的成本。
4.2 從COM到.NET的進(jìn)化
FDT 1.x和COM
FDT堅(jiān)持使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇了微軟的組件對(duì)象模型(COM)平臺(tái)作為軟件組件。 COM提出了一種即試即測(cè)的客戶機(jī)--服務(wù)器架構(gòu)，把軟件組件集成到FDT的框架應(yīng)用中。 COM允許通信跨進(jìn)程和對(duì)象動(dòng)態(tài)創(chuàng)建。通過(guò)接口可以訪問(wèn)一個(gè)COM組件的功能，這個(gè)接口用來(lái)定義DTM和框架應(yīng)用之間的接口。
圖形用戶界面(GUI)使用ActiveX技術(shù)，是COM技術(shù)的延伸，定義了GUI是怎樣集成到應(yīng)用的。在FDT中，ActiveX控件由FDT框架應(yīng)用提供，并連接DTM用于數(shù)據(jù)交換。因此他無(wú)縫集成到FDT框架應(yīng)用的用戶界面中，并能提供全部的DTM功能。
對(duì)象之間的數(shù)據(jù)交換，比如FDT框架應(yīng)用和DTM之間，F(xiàn)DT 1.x使用了XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)語(yǔ)言，這是一個(gè)在層次結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件的標(biāo)準(zhǔn)。
FDT 2.x和.NET
隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)DT 1.x中使用的技術(shù)變得過(guò)時(shí)，F(xiàn)DT組織為了標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步發(fā)展，考慮把將來(lái)技術(shù)運(yùn)用在軟件開發(fā)中，推出了新的概念。結(jié)果，一個(gè)面向未來(lái)的架構(gòu)概念 -- FDT2就形成了，他是基于微軟的.NET技術(shù)。
.NET技術(shù)完全基于開放標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，具有最新軟件所需要的全部屬性，非常適合基于Web和客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)使用。使用微軟開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù) -- 視窗表示基礎(chǔ)(WPF)，用戶能夠創(chuàng)建復(fù)雜的2D甚至3D圖形界面。.NET技術(shù)基于運(yùn)行時(shí)：程序代碼在運(yùn)行時(shí)解釋并轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼。.NET執(zhí)行環(huán)境，公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)(CLR)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化--公共語(yǔ)言架構(gòu)(CLI)的具體實(shí)現(xiàn)。這將產(chǎn)生一定程度的平臺(tái)獨(dú)立性。至關(guān)重要的一點(diǎn)是.NET的向后兼容性。比如，.NET能夠使用像COM/ActiveX組件這樣的“老”軟件，甚至用.NET可以開發(fā)這樣的組件。兼容性使組件在兩條線上都能使用。這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致.NET在很多工業(yè)領(lǐng)域中派上用場(chǎng)。在FDT 1.x后續(xù)版本的開發(fā)中，也可以使用.NET。因此，從COM/ActiveX發(fā)展到.NET是FDT的一種自然演進(jìn)。對(duì)64位操作系統(tǒng)的無(wú)限制支持也從這里開始。
4.3 FDT2的實(shí)施
相同的基本概念
基本FDT概念已證明的價(jià)值在FDT2中被完整保留下來(lái)，簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)移到新的技術(shù)平臺(tái)(.NET)。設(shè)備制造商將與設(shè)備一起繼續(xù)提供設(shè)備特定功能的DTM，并提供一個(gè)與框架應(yīng)用集成的用戶界面。這個(gè)DTM用戶界面能讓用戶改變?cè)O(shè)備參數(shù)或執(zhí)行其他功能。
圖12：對(duì)應(yīng)于FDT2的DTM
分布式系統(tǒng)
與版本1.x相比，DTM 中的“DTM設(shè)備邏輯”和“DTM用戶界面”，在FDT2(圖12)中是分開執(zhí)行的。 同樣，DTM和他的組件的交互不再像以前使用私有接口，而是由框架應(yīng)用提供的FDT2規(guī)定的接口。
現(xiàn)在分布式系統(tǒng)能夠非常方便實(shí)施：在分布的客戶機(jī)上顯示DTM用戶界面，在集中的服務(wù)器執(zhí)行相關(guān)的DTM設(shè)備邏輯。DTM設(shè)備邏輯由“.NET類”執(zhí)行，DTM用戶界面就像是.NET的視窗表示基礎(chǔ)(WPF)或者視窗外形控制(WinForms Control)。與應(yīng)用的交互在.NET接口上執(zhí)行。要注意的是：確保這些接口的配置盡可能的簡(jiǎn)單。
自動(dòng)安裝
FDT 1.x，DTM是手動(dòng)安裝的，首先必須找到設(shè)備類型/版本都正確的DTM，然后安裝到每臺(tái)計(jì)算機(jī)上。這些問(wèn)題在FDT2不再存在，因?yàn)镈TM總為自動(dòng)安裝提供必要的信息和功能。
更好的性能
在FDT2中，通過(guò)多種設(shè)計(jì)措施能確保提高FDT應(yīng)用的性能。調(diào)用次數(shù)和在PC上RAM的分配進(jìn)行了特別優(yōu)化。
目錄更新
在DTM的安裝或者卸載后，F(xiàn)DT2框架應(yīng)用的DTM目錄會(huì)迅速改變。
DTM特定數(shù)據(jù)的部分加載和保存
參數(shù)被分成數(shù)據(jù)塊，能夠在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載。除非DTM用戶界面初始化調(diào)用這些數(shù)據(jù)和參數(shù)，一個(gè)實(shí)例不必立即上載DTM的整個(gè)數(shù)據(jù)記錄。僅在用戶進(jìn)一步調(diào)用用戶界面時(shí)，其他數(shù)據(jù)記錄才需加載。這個(gè)優(yōu)勢(shì)在FDT2項(xiàng)目中帶有很多DTM實(shí)例時(shí)特別突出。 首先僅加載DTM類型信息，然后僅在相應(yīng)請(qǐng)求出現(xiàn)時(shí)，再加載DTM數(shù)據(jù)實(shí)例。
通過(guò)FDT接口調(diào)用
FDT2不再通過(guò)接口交換XML文件;而是通過(guò).NET對(duì)象交換數(shù)據(jù)和信息。因此消除了頻繁創(chuàng)建和解析的過(guò)程，以及用XML文件填寫內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息。
對(duì)PLC工程系統(tǒng)的接口
為PLC提供編程環(huán)境的接口，稱為PLC工具接口，也是FDT2中的一個(gè)新特性。一個(gè)設(shè)備的進(jìn)程圖能夠通過(guò)設(shè)備DTM配置，可在PLC更改生效前由PLC工程系統(tǒng)檢查。
確保互操作性
通過(guò)簡(jiǎn)化接口和詳細(xì)規(guī)范增強(qiáng)了不同F(xiàn)DT組件之間的互操作性。FDT早先版本的很多寶貴經(jīng)驗(yàn)影響了這個(gè)設(shè)計(jì)特性。
互操作性原則上依賴的是特定產(chǎn)品對(duì)規(guī)范的遵從程度。就此而論，使用標(biāo)準(zhǔn)組件(“公共組件”)開發(fā)的方法，F(xiàn)DT組織已經(jīng)向前邁出了關(guān)鍵一步。直接使用公共組件，能夠更快、更便宜地開發(fā)DTM和框架應(yīng)用，并且能夠大大減少兼容性和互操作性測(cè)試。
信息安全
從安全訪問(wèn)和防篡改的角度來(lái)談安保，在軟件行業(yè)中具有重要意義。使用工業(yè)軟件，對(duì)系統(tǒng)造成不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)更多來(lái)自前臺(tái)，因連接了IT的基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)自動(dòng)化會(huì)普遍面臨這種風(fēng)險(xiǎn)，所以要用IT的安保指南進(jìn)行限制。
這種方法也可應(yīng)用于FDT2，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，現(xiàn)在有兩種方案：
DTM制造商能夠得到“視窗根認(rèn)證計(jì)劃”的一個(gè)成員的認(rèn)證，然后對(duì)他們的DTM數(shù)字簽名，使用微軟認(rèn)證碼(Authenticode?)數(shù)字技術(shù)確保源始性和真實(shí)性?？蚣軕?yīng)用能夠在DTM注冊(cè)期間驗(yàn)證這個(gè)簽名，因而確認(rèn)DTM的質(zhì)量和可靠性。
此外，F(xiàn)DT組織已經(jīng)建立一種DTM與FDT一致性的認(rèn)證規(guī)程。已認(rèn)證的DTM包含一個(gè)來(lái)自FDT組織數(shù)字簽名證件，用于創(chuàng)建這些數(shù)字簽名的私有密鑰只有FDT組織知道?？蚣軕?yīng)用能夠識(shí)別一致性認(rèn)證的有效性，因?yàn)樗軌蛴孟鄳?yīng)簽名實(shí)體(FDT組織)的公鑰檢查簽名。
兩種方法一起給予了DTM使用具有一個(gè)更高等級(jí)的安保性能。
工廠生命周期的支持
在工廠生命周期內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備集成是FDT技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用。在FDT2中，這個(gè)任務(wù)要緊密地按照各種定義和指南來(lái)處理。一個(gè)例子是實(shí)施設(shè)備與DTM交換陪同更新。 這是FDT2在特殊情況下的處理功能。
FDT2對(duì) FDT 1.x 的兼容性由FDT2規(guī)范保證，并由制造商執(zhí)行。FDT 1.x DTM和FDT2 DTM之間的互操作性是FDT2規(guī)范的一部分，因此保證了在技術(shù)是可行的。結(jié)果，根據(jù)FDT2規(guī)范開發(fā)的每種框架應(yīng)用確保了這種兼容性。這意味著這種框架應(yīng)用同時(shí)支持FDT2 DTM和FDT 1.x DTM(圖13)。
圖13 FDT2 DTM和FDT 1.x DTM的兼容性
邏輯和物理拓?fù)?/STRONG>
圖14 實(shí)際工廠對(duì)應(yīng)的物理和邏輯拓?fù)?/FONT>
FDT有兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，邏輯的和物理的。圖14左邊顯示了實(shí)際設(shè)備。在框架應(yīng)用中(中間)的物理拓?fù)浔硎緦?duì)應(yīng)的物理連接，諸如電纜線或者無(wú)線連接，在設(shè)備和對(duì)應(yīng)的DTM之間，就如設(shè)備硬件安裝的描述。邏輯拓?fù)?右邊)顯示對(duì)應(yīng)了FDT 1.2中熟悉的DTM層結(jié)構(gòu)，描述了他們之間的通信關(guān)系。
物理拓?fù)淇梢杂糜谔峁┤魏晤愋偷木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？蚣軕?yīng)用負(fù)責(zé)管理物理拓?fù)??？蚣軕?yīng)用支持物理拓?fù)涫沁x項(xiàng)。另一個(gè)方面，一個(gè)DTM必須總能提供所有關(guān)于他硬件接口的信息，使得框架應(yīng)用能夠判斷是否能建立某個(gè)物理連接。物理拓?fù)洳灰蕾囘壿嬐負(fù)洌煽蚣軕?yīng)用分別管理。
被動(dòng)設(shè)備
從FDT的視角，被動(dòng)設(shè)備(非通信設(shè)備)諸如電源或者終端器不直接參與參數(shù)和過(guò)程數(shù)據(jù)的在線通信。然而，通過(guò)特定屬性他們能夠影響物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?線長(zhǎng)、傳輸率、最大節(jié)點(diǎn)數(shù))的建模和工程過(guò)程;因此，與FDT出現(xiàn)有關(guān)。這種被動(dòng)設(shè)備或者他們DTM的屬性是，比如：
● 連接不發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議上;
● 不必要和/或不可能通過(guò)FDT機(jī)制在線配置;
● 不用過(guò)程數(shù)據(jù)。
被動(dòng)設(shè)備的某些屬性通過(guò)特定協(xié)議的擴(kuò)展來(lái)公布。例如，為在協(xié)議中添加背板總線，頭端使用的通信連接模塊，應(yīng)該把電源模塊定義為一個(gè)模塊化的IO設(shè)備。在FDT應(yīng)用中，這通常是制造商特定的協(xié)議。
甚至一個(gè)“主動(dòng)”設(shè)備(通信設(shè)備)可以用這種方法提供工程相關(guān)屬性。通過(guò)總線，電源模塊(“被動(dòng)”設(shè)備)提供了最大輸出負(fù)載，而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(“主動(dòng)”或者通信設(shè)備)提供了最大電流消耗。這種情況下，使用一個(gè)工具應(yīng)能檢查工程和診斷兩種參數(shù)。
靜態(tài)功能
現(xiàn)在工廠管理(例如，狀態(tài)監(jiān)測(cè)和工廠資產(chǎn)管理)的趨勢(shì)是：花較小的力氣從系統(tǒng)的所有設(shè)備獲取必要的信息，用于工廠的管理。在FDT2.0規(guī)范中的靜態(tài)功能機(jī)制就是用于滿足這種需求。
這是設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。
通過(guò)DTM提供靜態(tài)功能，可獨(dú)立于DTM的運(yùn)行時(shí)執(zhí)行。用這種方法，從獨(dú)立于設(shè)備的DTM能夠檢索必要的信息評(píng)估設(shè)備的狀態(tài)，并以標(biāo)準(zhǔn)化格式傳輸。提取狀態(tài)信息相應(yīng)的執(zhí)行時(shí)間和資源消耗是很低的，因此，可以同時(shí)觀察非常大數(shù)量的設(shè)備。
與FDI的互操作性
領(lǐng)先的過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)制造商已經(jīng)聯(lián)手成立了一個(gè)項(xiàng)目組，以開發(fā)在未來(lái)數(shù)年，設(shè)備集成到過(guò)程控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
FDI的焦點(diǎn)是使用協(xié)調(diào)不同基于EDDL設(shè)備的方法，把HART、PROFIBUS和FF(現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì))設(shè)備統(tǒng)一集成到制造行業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)中，并為將來(lái)進(jìn)一步發(fā)展做準(zhǔn)備。FDI已經(jīng)定義這個(gè)目標(biāo)為“FDI設(shè)備包(用不同的子包)”(圖15)。除了基于標(biāo)準(zhǔn)化EDDL設(shè)備模型和過(guò)程信號(hào)，能夠在將來(lái)集成基于FDT風(fēng)格不用編程的圖形界面。
圖15 FDT2和FDI之間的互操作
FDI將建立在基于OPC-UA系統(tǒng)架構(gòu)上，僅支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議HART、PROFIBUS和FF。FDT，于此相反，建立在FDT規(guī)范描述的架構(gòu)上，對(duì)所有的通信協(xié)議開放，比FDI計(jì)劃支持的網(wǎng)絡(luò)種類多出五倍。功能上，F(xiàn)DT覆蓋的應(yīng)用區(qū)域比FDI更大，為復(fù)雜設(shè)備的管理提供更多特性。
乍一看，似乎存在兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)：FDI和FDT2。經(jīng)仔細(xì)考慮，在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)成為現(xiàn)實(shí)前，兩者有不同的方向和緊密的互動(dòng)。FDT組織是FDI 項(xiàng)目的共有人，積極為將來(lái)的FDI規(guī)范做貢獻(xiàn)。特別是具有程序化的用戶界面經(jīng)驗(yàn)，在規(guī)范中將會(huì)重復(fù)圖形用戶界面。
FDI協(xié)同的目標(biāo)是統(tǒng)一定義將來(lái)FDI設(shè)備包，能夠用于FDI和基于FDT的系統(tǒng)。使用一種特殊的FDI-DTM可以集成到FDT框架應(yīng)用中，用于解釋將來(lái)FDI設(shè)備包的組件。另外，將來(lái)的FDI規(guī)范雖然可以集成到FDT框架應(yīng)用中，但不會(huì)支持FDT 1.x和FDT2 DTM。有PLC工具接口的幫助，基于FDT現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備過(guò)程信號(hào)能夠轉(zhuǎn)移到編程系統(tǒng)。因此，一個(gè)基于FDT技術(shù)上位機(jī)系統(tǒng)能夠?yàn)樵O(shè)備集成跨越所有過(guò)程和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，提供最偉大的范圍和靈活性。
