对基金会现场总线设备进行设备集成测试

数十家基金会现场总线设备制造商将他们的产品宣传为可互操作的，并声称其独特的特性使其非常适合您的自动化项目。他们指出，基金会的注册勾号是一种证明形式。但是，注册是否足以验证供应商的声明并确定设备与您的主机系统的配合情况?

虽然验证设备的互操作性很重要，但基金会注册本身并不足以作为设备选择的仲裁者或顺利即插即用启动的保证。即使注册了，不幸的意外也可能潜伏着，并在一个不合适的时间被发现——在工厂验收测试期间，或者更糟的是，在施工和调试期间。

例如，您可能会了解到，您选择的注册阀门定位器需要比预期更多的执行时间，需要额外的段来分配段负载，并在段上保持所需的空闲时间。必须增加分段会导致额外的工程和安装成本。您可能还会了解到，某些设备需要比预期更高的启动或接通电压，这反过来可能会限制分段上设备的总数，或者由于允许的电压降而限制分段的总长度。

幸运的是，您可以通过执行设备集成测试来验证所宣传的设备操作，并确保所选设备功能符合您的流程需求，从而避免意外、延迟和成本超支。在设备集成测试期间观察、记录和记录设备的功能和操作，可以在工厂验收测试中提供确定的结果。主机系统设计人员为操作和维护程序以及施工、启动和维护人员的实践培训提供了基础。然后您将为顺利调试和启动做好准备。

选择互操作性

基金会现场总线设备选择的基本第一步是选择注册为可互操作的设备。现场总线基金会注册产品目录列出了所有带有基金会官方复选标记的设备。它按制造商和设备类型标识产品，并描述设备的特征，如可用的功能块、配置文件和设备类、修订状态、堆栈和物理层信息，以及下载DD(设备描述)的链接。基金会的注册检查标记证明产品已成功完成ITK(互操作性测试套件)的测试。这验证了通信是否符合基金会规范，包括所有强制性参数的存在和功能的要求。注册确保了基本的互操作性，这意味着设备可以根据基金会的规范与主机系统和其他设备进行通信。

参观现场总线基金会注册产品目录。

互操作性只是在使用现场总线设备之前选择和准备的起点。例如，考虑到2011年7月，现场总线基金会网站的注册产品页面上显示了106家公司。

考虑以下注册器械的数量:

• 压力:来自16家制造商的46台设备
• 流量:来自22家制造商的52台设备
• 级别:来自20家制造商的57台设备，以及
• 最终控制元件:来自25家制造商的47台设备。

它们都是相等的吗?虽然注册验证了互操作性，但这并不意味着产品将按照所宣传的或流程所需的方式执行。基金会不对个别制造商的设计负责。它会像预期的那样起作用吗?哪些功能可用，哪些是您需要的?显示和界面是否易于查看和使用?有什么怪癖和潜在的陷阱?该设备与您的主机系统配合得如何?

并排比较品牌

简单但重要的第一步是对候选现场设备进行并列技术评估，至少在以下方面进行比较:

• 这是什么领域的分类认证
• 还有哪些认证(ATEX、IEC等)?
• 电流消耗
• Linkmaster功能(如果需要)
• 资源和传感器块
• 可用的功能块(vs.需要的)
• 函数块执行时间
• 什么FF通信栈是用的
• 使用哪个版本的ITK进行认证(最新的?)
• 设备是否使用增强型EDDL(电子设备描述语言)
• 设备是否使用FDT/DTM(现场设备工具/设备类型管理器)技术
• 使用它还需要什么硬件和软件
• 是否有方法可用于校准和日常维护任务
• 设备是否能够下载固件。

评估变送器，最终控制元件和所有其他现场设备，以确保您的过程所需的功能可用。例如，有关阀门定位器的问题应包括:

• 有哪些诊断方法可用
• 查看/运行诊断需要什么
• 有哪些报告可用
• 报表是否可以转换为MS Word或必须是本机格式
• 历史记录是否存储在设备中，以及
• 断电时是否保留历史记录。

创建一个简短的标准列表，可以对您的应用程序产生重大影响，并将它们并排比较，如表中示例定位器比较所示。例如，列表中包含当前绘制和函数块执行时间。为什么我们要关心当前绘制和执行时间?因为对于给定的设计，具有较高电流消耗和较长执行时间的设备往往会限制分段上的设备总数。

例如，考虑定位器选择对分段设计的影响。根据基金会现场总线AG-181系统工程指南rev 3.1的基本要求如下:

• 具有一秒宏周期的段的最大推荐设备数为12，最多有三个最终控制元件。
• 指南建议至少有30%的空闲时间。
• 对于大多数主机系统，建议最大所需时间为50%，即500 ms。
• 因此，假设一个段允许的最大时间为500ms。

如果使用现场控制，正如大多数应用程序所建议的那样，那么定位器的选择提供了以下选项:

• 使用图表上定位器C的一个控制阀(PID和AO功能块)所需的执行时间为215 ms(120 + 95)。
• 每个控制阀需要215毫秒的执行时间。
• 发送器(取决于制造商和类型)的执行时间从20毫秒到100毫秒不等(对于本例，假设执行时间为45毫秒)。
• 一个控制回路需要45 + 120 + 95 = 260毫秒。
• 如果使用自然调度，这种设计将被限制为一个控制回路加上可能在段上的两到三个额外的发射机，由于推荐的无循环通信的自由大周期时间已经使用，因此没有扩展的空间。

正如您所看到的，定位器的选择可能会严重限制分段设计，可能需要增加分段数量，从而增加总成本。相比之下，如果选择定位器A，控制回路的总时间将为100毫秒(30 + 25 + 45)，这是使用定位器C的一个控制回路所需时间的38%。

幸运的是，在今天的主机系统中很少使用自然调度。值得注意的是，大多数主机系统都可以优化宏周期以提高效率，例如并行执行设备或使用子周期，这样执行时间就不再是问题。设计人员必须了解项目中使用的主机系统的功能，以便确定分段设计。

一旦完成了这种并行的技术评估，就需要对给定的现场设备进行其他因素的评估。制造商通常非常愿意参与展示他们的产品是真正可互操作的。

集成测试:如何以及为什么

除了验证设备与所选主机是否可互操作之外，便利性、速度因素和易用性也非常重要。两个或两个以上的设备品牌在公布的规格的并排比较中可能看起来几乎相等;然而，其中一种可能比其他的更容易使用，也更符合您工厂的操作程序。在实验室环境中连接到您所选择的主机系统时，通过彻底的设备集成测试来充分理解和评估设备是很重要的。通过这种方式，您将能够建立程序和方法，以配置和应用可能是数百甚至数千个设备在您的工厂高效和自信。

设备集成测试应该在主机选择之后，在客户验收测试、调试和启动之前作为项目的一部分进行。您的工程团队可以定义和运行测试，也可以安排由主机供应商或其他顾问完成测试。从测试中获得的知识和数据确保了设备的正确配置和功能，如您所期望的那样，它们是工厂基金会现场总线网络的一部分。

连接时，主机HMI(人机界面)显示所有设备配置数据，包括参数和其他详细信息。设备集成测试设置提供了检查和调整设备配置参数的机会，以确保流程所需的特定功能。您会发现，就所提供的参数信息和访问的便利性而言，并非所有设备都是相同的。不同的主机供应商甚至会显示不同的参数数据。

重要的是要理解所呈现的信息的格式，并使工程团队尽可能容易地知道数据驻留的位置，并使他们能够直接访问关键信息。一些供应商采用IEC标准增强的EDDL来创建有意义、快速和易于使用的显示器。其他使用FDT/DTM技术，还有一些只使用标准EDDL。

一个设备可能包含数百个数据字段(参数)嵌入其发射器，但仔细分析将表明，其中绝大多数只是信息，不需要配置。通常，只有5%到10%的设备参数需要配置。图中显示了需要访问的最广泛使用的参数。

同样重要的是，设备数据提供一致性和方法，使设备配置尽可能简单。通过这些方式，设备集成测试使工程师能够了解设备——它们的外观、行为和感觉——从而设计和实现最佳和最有效的实践。

设备的操作手册应该显示(不幸的是，有些没有)出厂配置，以便工程人员可以确定它是在工艺中直接使用还是需要更改。例如，图中的数据显示设备的出厂配置将WRITE_LOCK参数设置为“未锁定”。检查设备的功能是否为您的进程提供了所需的配置选项是很重要的。以支持多位告警为例。该功能允许从一个设备发出多个告警，即使这些告警尚未被确认或清除。虽然这在适当的上下文中非常有用，但并非所有主机系统都支持这种功能。因此，即使设备中有特定的功能，如果主机不支持它，它也是不相关的。

从设备集成测试工作中获得的重要数据的进一步示例包括:

• 模式处理-如果资源块已退出服务(OOS)，其他相关功能块是否也自动退出服务?当资源块返回到自动状态时，关联的块是否返回到以前的状态，还是需要手动更改它们?现场总线基金会并没有指定这种返回的要求，因此您的工厂的工作流程需要适应设备供应商的方法。
• 通信-如果现场设备具有链路主功能，工厂的供应商是否将其设置为基本或链路主?由于段只能有一个链路活动调度器(link active scheduler, LAS)，如果设备被设置为链路主，而设计者不希望它是，特别是当一个段最初是供电的时候，就会出现管辖权问题。为避免出现问题，请学习将设备重置为基本模式的最简单方法。
• 地址-设备在供应商工厂设置了什么节点地址?理想情况下，它将是一个您可以轻松重置的临时设置。相反，如果设备设置为地址18，则可能会出现问题，因为这个地址是为主机保留的。
• 开关-从供应商处收到的现场设备开关设置是否正确?大多数情况下是这样的，但检查一下很重要。例如，照片中所示的多输入温度变送器上的开关建议初始设置为“关”。

与您打交道的任何主机供应商都应该愿意讨论有关现场设备的领域。这些问题可能包括主机中不支持的设备中可用的特性、特定功能块的问题或设备对象字典。提前了解这些问题可以使您的设备集成测试更快地进行，因为您可以访问并解决已知问题。

设备集成测试的另一个结果是发现资源和功能块或设备的任何上传或下载错误，以便对其进行分析和纠正。主机驱动的显示通常显示错误清单。

可以测试外部噪声环境下的性能，以提供系统运行的信心。测试结果如下图所示，在6000 mV随机噪声下，所有设备都在通信，而在7500 mV随机噪声下，一些现场设备已经下降，不再准确通信。

较新的主机显示器添加了一些功能，以简化和简化设备使用，而传统的显示器则以文本列表的形式显示所有信息。您的设备集成测试过程使项目团队成员能够熟悉整个显示器系列。这提供了一个重要的审查，以确保主机供应商在设备范围内具有一致性。例如，所有显示器都应该缩放，以显示完整的视图，而不需要工程师或维护技术人员上下滚动以访问某些信息。如果出现问题或不一致，应通知主机和设备供应商，以便及时解决。

结果的确定性

如上所述，对互操作性、设备选择和设备集成测试的严格检查不应该是一种预兆，而是为了确保工程成功的结果，特别是在随后的高压调试和启动阶段。在工厂验收测试之前花费的时间将在成本和进度上得到回报。它允许您的人员在启动活动的时间紧迫之前找出主机和设备的组合如何工作。它使任何小问题都能及时得到纠正，并为操作和维护程序提供了有效的基础。

David S. Lancaster，体育教师，印第安纳州安哥拉特里恩大学基金会现场总线认证讲师。

请参见互操作性测试、注册的重要性

欲了解更多信息，请访问:

• www.fieldbus.org
• www.trine.edu

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