现场设备网络:将互操作性扩展到设备之外

作为一家负责开发和维护大量设备制造商和终端用户使用的通信协议的公司，互操作性是我们最关心的问题之一。在这种情况下，互操作性是指来自不同制造商的设备可以在同一个系统中工作，而不必以重新配置或其他更改的形式进行劝说或强制。A公司的压力传感器与D公司的压力传感器在同一现场总线段上。

为了实现这一目标，我们的组织和其他标准组织一样，规定了这种交流是如何进行的。我们需要足够具体，以确保设备能够进行通信，同时又不消除公司针对特定设备和应用程序进行调整的灵活性。这是一条微妙的界限，我们发现它需要随着技术和用户需求的发展而变化。

很明显，一段时间以来，基金会现场总线技术最持久的问题之一不是设备之间的通信，而是设备和主机系统之间的通信。制造控制系统、HMIs(人机界面)等设备的公司并不总是以相同的方式与现场设备连接。我们的成员很早就认识到这个难题，并要求我们考虑如何将标准扩展到包括这一级别的交流。目前生效的主机测试协议反映了多年的评估和开发，这项工作还没有结束。

我们为什么要测试?

现场总线基金会是唯一一个注册程序要求对其技术的关键元素进行强制测试的自动化行业组织。今天，我们的测试和注册工作包括主机系统和现场设备，以及物理层组件，如电源、电缆和设备耦合器。

用户可以依赖互操作性，因为带有基金会产品注册符号的产品已经经历了由现场总线基金会管理的一系列通用测试。最终用户可以为特定的测量或控制任务选择最佳的设备，无论制造商如何，并且知道无论使用的主机系统或其他设备如何，设备都将提供一致的功能和互操作性。测试和注册确保您可以实现现场总线投资的最佳回报。

在现场总线基金会中有三种基本的测试和注册路径:H1网络设备的H1测试，HSE网络设备的HSE测试，以及主机系统的主机配置文件测试。主机测试和注册对最终用户特别重要。要理解其中的原因，我们首先需要了解宿主是什么。

什么是主机?

在最基本的术语中，主机是支持基金会现场总线消息的东西。这可能包括配置工具、记录设备、报警显示面板、HMIs或具有多种功能组合的系统，一直到集成DCS。它可以是一个单一的仪器，也可以由多个部件组成。主机不需要有功能块。主机可以有H1接口、HSE接口或两者都有。它可以支持安全设备、控制和监控设备，或者两者都支持。具有H1接口的主机系统应该具有Foundation注册的通信堆栈和物理层接口。包含HSE接口的主机应该有一个注册的通信堆栈。现场设备如果支持主机特性，也可以是主机。

主机在过去一直受到特别关注，因为它是系统级别的关键元素，可以决定现场总线项目的成功或失败。如果您的主机没有注册和测试，您将冒一些不必要的风险，并且无法知道您的主机是否可以使用来自不同供应商的各种H1和HSE设备。

进化测试

现场总线基金会从成立之初就一直在做主机测试。多年来，这个过程有了很大的发展。以前，主机互操作性支持测试(HIST)提供的协议不提供正式的产品注册。使用HIST，所有的工作都由供应商完成。虽然这很有帮助，但很快就很清楚，测试和注册主机是必要的，这促使引入主机配置文件注册过程。

在新的主机配置文件注册流程下，基金会使用测试设备和专门的测试设备描述(dd)和能力文件(cf)进行功能测试。在测试期间还使用来自不同供应商的注册设备。被测试的主机概要文件必须支持一组清晰的所需特性。主机将符合主机特性清单中定义的部分或全部特性。但是，由于主机可以有不同的定义，并不是所有的特性都适用于主机实现，并且不是每台主机都支持每一种特性。

每个特性都包含一组测试过程，这些测试过程将在主机或使用主机的现场总线系统上运行。为了让主机声明符合该特性，主机必须能够通过该特性定义的测试过程。功能本身是通用的;因此，制造商将导出测试用例，或满足测试过程需求所需的实际实现步骤。成功完成测试要求的现场总线主机被授权承担基金会产品的正式注册符号。

主机的类别

主机概要文件定义了特定于foundation的特性的最小集合，主机必须实现这些特性才能符合特定的主机类。主机可以包含一个或多个由主机制造商定义的硬件和软件组件。目前，现场总线基金会定义了四个概要类。这些包括:

• Class 61 -集成主机:主要的进程上主机，管理网络上所有设备的通信和应用程序配置
• 62类访问者主机:临时的进程内主机，对设备参数化的访问受限
• Class 63-Bench主机:用于配置和设置非调试设备的主要、脱机主机
• 类64-Bench主机:主要的、进程外的主机，对离线、已调试设备的设备参数化有有限的访问权限
• 71-SIF集成主机:用于安全检测功能(SIF)的主要进程上主机。

每个宿主类都有自己的一组特征、主要终端用户和用例。集成主机是流程的重要组成部分，具有通常与DCS相关联的在线特性:

• 设置和管理所有设备的物理设备标签以及网络配置
• 管理分布式应用程序配置，包括链接计划、备份链路计划、块实例化、链接对象、macrocycle、vcr和警报
• 提供对所有资源块、传感器块和功能块参数的完全访问
• 可维护备份/离线数据库。

整体式主机在全厂广泛应用。过程控制工程师使用主机系统进行配置和分析，操作员通过操作员工作站进行访问，而维护人员则通过工厂资产管理应用程序使用主机。甚至管理层也可以通过其他操作管理和应用程序工作站使用它。

62类访问主机是基本的进程上主机，可以对资源和传感器块进行读写访问。但是，可以为函数块提供只读访问。访客主机不管理物理设备标签、网络配置和分布式应用配置。它们通常驻留在用于维护的手持设备中，并与网络有临时连接，或者它们也可以驻留在专门的设备应用中，如在线控制阀诊断。

Class 63台架主机可以为off-process测试设置网络配置，但是Class 63和64主机都是off-process。他们还可以设置分布式应用程序配置，包括链接计划、反向链接计划、块实例化、链接对象、macrocycle、vcr和警报。63级工作台主机还可以访问所有资源块、传感器块和功能块参数。主要用户包括维护人员和仪器仪表人员。63级台架主机用于多种应用，包括撬操作测试和设置新设备的服务。您也可以使用63级工作台主机来维护从流程网络中移除的先前配置和运行的设备，或设置用于替换服务的新设备。如果您有一个想要重新分配的使用过的设备，您可以使用它来清除设备上的任何PD标记、H1地址、vcr、LAS、功能块计划、链接对象等。

64级工作台主机是用于访问预先调试的设备的主要进程外主机。64级标准台式主机与62级标准访客主机的要求几乎相同，只是设备地址配置不同。64类台架主机的主要用户是仪器仪表和维护人员。64级台式主机通常安装在手持设备中，该设备连接到脱机段或专用应用程序，如脱机阀门诊断。

71类SIF集成主机是用于安全应用程序的主要进程上SIF主机。与集成主机一样，71类SIF主机是一个固定H1地址的进程内主机。它为所有设备设置和管理物理设备标签。它还设置和管理网络配置，管理分布式应用程序配置，并提供Class 61集成主机的所有其他功能。不同之处在于附加的特定于sif的功能，它包括对所有概要化的sif相关资源块和功能块参数的完全访问。它支持SIF协议，维护SIF配置签名，可以锁定和解锁所有SIF设备。

强制、可选和禁止

主机测试和注册包括针对不同主机的不同级别的功能。根据主机的类型，这些特性可以是强制的、可选的，甚至是禁止的。对于每个概要文件，根据需求标记单独的特性。

必须实现特定主机的强制特性，以实现相关概要文件的遵从性。

可选特性可以实现，但不是必需的。如果实现了，可选特性将被测试，并作为相关概要文件遵从性的一部分。

禁止的特性在该概要文件中受到限制，以尽量减少发生意外操作的可能性，例如更改由另一台主机设置的关键配置参数。如果HIST概要文件中有任何被禁止的特性，则候选人无法实现对该概要文件的遵从性。

分阶段实现

当您查看不同类的主机配置文件测试信息时，您可能会注意到一个aor b标识。例如，主机可以注册到概要文件61a或概要文件61b。这些按字母顺序排列的名称表示不同版本的主机测试和注册。a概要文件表示在最初的HIST之后发生的第一波主机概要文件测试。b规范代表了向新规范迈进的一步，其中更多的功能是强制性的。

从2010年开始，所有测试的主机都必须在b配置文件下进行测试。在配置文件下测试的主机将能够保留在测试和注册的主机目录中，但在这些配置文件下将不会有进一步的测试。在选择注册主机时，请注意它注册到的类，以确保您购买的是您正在寻找的实现。

结果

自2007年实施主机配置文件注册流程以来，现场总线基金会已经在所有主机类别中发布了12个注册标记。这些设备中的大多数已经在旧的HIST流程下进行了测试，但在新协议下增加了越来越多的系统。用户的反应非常积极，因为设备和主机越来越接近真正的即插即用。

展望未来，随着设备和系统的发展，我们预计会对我们的标准和测试程序进行调整。即使是最基本的现场设备中可用的诊断和智能选项的数量也在不断增长，这推动我们朝着增加强制性功能的方向发展。

拉里·奥布莱恩是现场总线基金会的全球营销经理。

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