EDDL zapewnia kompatybilność urządzeń automatyki przemysłowej

Dotychczas technologię tę zaimplementowano w blisko 20 mln urządzeniach, a sam język opisu sprzętu elektronicznego jest rozwijany od ponad 15 lat i ułatwia współdziałanie urządzeń pracujących w oparciu o różne standardy przemysłowe – m.in. HART, Profibus i Foundation Fieldbus. W artykule przedstawiamy podstawy EDDL, jego zastosowania i alternatywne do niego technologie wykorzystywane w automatyce przemysłowej.

Standardowe przemysłowe protokoły transmisyjne, takie jak HART, Profibus i Foundation Fieldbus, umożliwiają połączenie w sieć szeregu różnych urządzeń w zakładzie przemysłowym – zarówno przenośnych, jak i stacjonarnych. Liczba typów urządzeń tworzących taką sieć jest zwykle bardzo duża, zwłaszcza jeżeli weźmie się pod uwagę różnych producentów i rozmaite modele.

Dotyczy to zarówno prostych przetworników temperatury, ciśnienia, czujników przepływu i poziomu, jak również bardziej złożonych systemów zawierających układy sterowania silnikami czy nastawniki zaworów. Kluczową sprawą staje się tutaj dostęp do każdego przyrządu i każdej jego funkcji. Monitorowanie dużej liczby urządzeń w obrębie fabryki jest tym większym wyzwaniem, gdy różne modele urządzeń są obsługiwane przez różne aplikacje. Tym, co może uprościć nadzór nad poszczególnymi elementami systemu, jest wykorzystanie języka EDDL.

ZADANIA DLA EDDL

Opisanie urządzenia w formie EDD (Electronic Device Description) polega na stworzeniu przez producenta pliku przedstawiającego je w sposób zrozumiały dla aplikacji nim zarządzającej. EDD zawiera m.in. spis komend wykorzystywanych do nawiązania transmisji oraz interpretacji i prezentacji danych. Oprócz tego opisuje on inne funkcje oraz parametry przyrządu.

Celem twórców omawianego standardu było też dostarczenie narzędzi do tworzenia opisu, na podstawie którego użytkownik w prosty sposób, krok po kroku, mógłby wykonać złożone procedury, takie jak konfiguracja lub kalibracja przyrządu. Z użyciem EDD dostawca urządzenia może też określić dokładną zawartość i strukturę danych oraz sposób, w jaki będą one prezentowane użytkownikowi.

Ważną rolę pełni w omawianym zakresie interfejs graficzny. Pozwala on w czytelny sposób przedstawić informacje pochodzące z przyrządu, w tym wyniki pomiarów. Dużym ułatwieniem jest też możliwość graficznej prezentacji charakterystyk urządzenia oraz poszczególnych etapów różnych procedur.

Pierwsze wersje EDDL nie zawierały elementów graficznych – w latach 90. zeszłego wieku pliki EDD stanowiły jedynie listę parametrów w formie prostej tabeli z kolumnami zawierającymi nazwy parametrów, ich wartości i jednostki. Wraz z wprowadzeniem międzynarodowej normy IEC 61804 (patrz ramka) specyfikację EDDL uzupełniono o elementy grafiki, a wizualizacja danych przybierać może różną formę, m.in. wykresów, tabel i rysunków.

PLIK TEKSTOWY

Dokument EDD to plik tekstowy, który tworzony jest w języku EDDL i szczegółowo opisuje dany sprzęt oraz jego parametry. Opis ten obejmuje wielkości regulowane, dopuszczalny zakres zadawanych wielkości, warunki środowiskowe, zależności między poszczególnymi parametrami, graficzną reprezentację danych, możliwości ingerencji użytkownika w ustawienia oraz sposób, w jaki system może uzyskać dostęp do zgromadzonych informacji.

Opis w języku EDDL pozwala ukryć przed użytkownikiem złożone działania logiczne i struktury warunkowe wymagane do realizacji poszczególnych procedur. Najnowszą wersję EDD urządzenia można uzyskać od producenta lub na stronach Fieldbus Foundation, HART i Profibus International.

Dokument EDD może pozostawać w formie pliku tekstowego lub być zapisany w formacie binarnym (patrz rys. 1). W drugim z przypadków plik tekstowy jest wcześniej weryfikowany za pomocą specjalnych narzędzi (tzw. EDD checker), następnie przetwarzany do postaci binarnej w celu zabezpieczenia przed nieuprawnioną ingerencją. Pliki wynikowe są następnie zapisywane w pamięci urządzenia, a pliki w formacie EDD są kopiowane do systemu sterującego, gdzie wykorzystywane są do zarządzania danym przyrządem.

MOCNE STRONY

Język EDDL wykorzystuje tzw. metody, które mają formę skryptów wykorzystujących specyfikację języka ANSI C. Ich rola znacznie wzrosła wraz z wprowadzeniem normy IEC 61804-3 (patrz ramka) i pełnią one podobną funkcję jak np. JavaScript w kodzie HTML.

Są one wykorzystywane do tworzenia interaktywnych kreatorów przeprowadzających użytkownika przez np. proces konfiguracji urządzenia, podczas której wymuszana jest właściwa kolejność działań lub zadawania domyślnych parametrów i typowych ustawień. Od początku istnienia języka EDDL jest także możliwe tworzenie plików pomocy oraz z różnymi typami menu.

Jedną z głównych zalet języka opisu urządzeń jest fakt, że dokument w formacie EDDL ma postać skompresowanego pliku tekstowego, a nie gotowego programu. W związku z tym jest całkowicie niezależny od systemu operacyjnego, co pozwala na uniknięcie problemów związanych z wprowadzaniem na rynek nowych wersji systemu. Nie ma konieczności przeprowadzania procedury instalacji, ponieważ wczytanie pliku EDD polega na skopiowaniu go do odpowiedniego katalogu. Ponadto każda wersja urządzenia ma indywidualny plik EDD, co zapobiega konfliktom w przypadku różnych przyrządów.

EDDL umożliwia nie tylko wyświetlenie informacji, ale także pozwala na automatyczną konfigurację serwera OPC i udostępnienie danych z konkretnego urządzenia w sieci. Istnieją również możliwości innego wykorzystania zebranych informacji – przykładowo poprzez ich eksport do arkusza kalkulacyjnego.

TREŚĆ NAD FORMĄ

Fot.1. 375 Field Communicator firmy Emerson Process Management

Pliki w formacie EDD obsługiwać mogą zarówno komputery osobiste, jak też komunikatory podręczne. Ponieważ w środowisku przemysłowym zachodzi najczęściej konieczność obsługi urządzenia w miejscu jego pracy, właśnie ostatnie z wymienionych urządzeń stały się w ostatnich latach bardzo popularne.

Jednym z nich jest 375 Field Communicator firmy Emerson Process Management (patrz fot. 1). Dzięki opcji graficznej dostępnej w tym komunikatorze przy wykorzystaniu opisu w języku EDDL dane z urządzenia można przedstawiać wizualnie.

Aplikacje korzystające z plików w języku EDDL działają na podobnej zasadzie jak przeglądarki stron internetowych, dla których zapis w formacie HTML definiuje wizualną prezentację dokumentu. Strona internetowa może być wyświetlana w dowolnej przeglądarce i w różnych systemach operacyjnych – pomimo że za każdym razem wyglądała ona będzie nieco inaczej, jej zawartość merytoryczna nie zmieni się.

Podobnie jest w przypadku EDDL – producent urządzenia określa, które informacje dostępne będą na ekranie, co zwalnia użytkownika z konieczności konfiguracji wyświetlacza. Opis urządzenia w tym formacie nie określa jednak szczegółów, takich jak kształt czy kolor wyświetlanych elementów – sposób wizualizacji danych odbieranych z przyrządu pomiarowego będzie więc różny w poszczególnych aplikacjach (patrz rys. 2).

KONKURENCJA

Drugim po EDDL powszechnie wykorzystywanym rozwiązaniem jest technologia Field Device Tool (FDT/DTM). Jej ideą jest określenie interfejsu komunikacyjnego między urządzeniami sieciowymi a systemem, przy czym cechuje się ona niezależnością od samego protokołu, przyrządu, typu komunikatora czy środowiska programowego.

Producent urządzenia definiuje plik DTM (Device Type Manager) zawierający opis analogiczny do opisu zawartego w pliku EDD. Plik DTM zawiera dane o wszystkich funkcjach i parametrach urządzenia oraz o jego sposobie komunikacji, obsługi i prezentacji danych. Jest on wykorzystywany w aplikacji FDT, która komunikuje się z urządzeniem, wykorzystując odpowiedni protokół transmisji, a DTM odpowiada za interpretację i wyświet lanie danych.

Jak wynika z powyższego opisu, technologie DTM i EDDL realizują analogiczne zadania, tyle że w inny sposób. EDDL jest językiem opisowym, a EDD ma formę pliku tekstowego odpowiednio interpretowanego przez oprogramowanie w systemie zarządzającym, tymczasem FDT definiuje interfejs przeznaczony do integracji elementów oprogramowania w systemach kontrolnych. Ponieważ obie technologie różnią się w samej koncepcji, różne są też ich możliwości w praktycznych aplikacjach.

W pewnych dziedzinach te dwa rozwiązania pokrywają się, a w innych uzupełniają. Rozszerzenie funkcji graficznych w EDDL spowodowało pojawienie się opinii, że FDT i EDDL to dwa rywalizujące ze sobą rozwiązania, co nie jest do końca prawdą. Zdaniem większości niezależnych ekspertów porównywanie obu rozwiązań jest niesłuszne, jednak konkurencja sprawia, że analizy porównawcze FDT i EDDL są mimo wszystko przeprowadzane.

FDT KONTRA EDDL

Rys.1. Formy pliku EDDL

Na początku 2007 roku organizacja WIB (International Instrument Users‘ Association) zainicjowała projekt mający na celu porównanie trzech technologii – DDL, rozszerzonej wersji EDDL oraz FDT. Konfrontacji wymienionych rozwiązań dokonano w oparciu o protokół transmisji FF (Foundation Fieldbus).

W badaniach, w które zaangażował się również dostawca rozwiązań FDT/DTM (FDT Group), główny nacisk położono na analizę opisu dostarczanego w EDDL i DTM pod kątem dostępności do danych, eksploatacji oraz konserwacji urządzeń sieciowych. W testach wykorzystano trzy systemy kontrolne – Yokogawa CS3000, Emerson DeltaV i Invensys IACC.

Ostatni system realizował transmisję przy wykorzystaniu protokołu FF i testowanych technologii, Yokogawa współpracował z FDT i starszą wersją DDL, natomiast Emerson DeltaV działał w oparciu o pliki EDDL. Testy przeprowadzono, wykorzystując cztery różne urządzenia: cyfrowy sterownik zaworów DVC6000 firmy Emerson Process Management (opis dostępny w DDL i EDDL), sterownik SRD991 firmy Invensys (opis DDL, DTM), przetwornik Yokogawa EJX910 (DDL, DTM) oraz sterownik zaworów ND9000 firmy Metso Automation (opis dostępny we wszystkich formatach).

Przetestowano każdą z możliwych kombinacji konfiguracji obejmujących wymienione trzy systemy zarządzające transmisją i wszystkie dostępne opisy urządzeń. Dodatkowo pliki DTM były testowane w trzech różnych aplikacjach FDT: Fieldmate (Yokogawa), Fieldcare (Metso) i Pactware. W sumie przeprowadzono analizę 31 konfiguracji testowych. Wnioski z przeprowadzonych badań były zdecydowanie korzystniejsze dla rozwiązania proponowanego przez FDT Group.

Rys.2. Sposób wyświetlenia danych w przypadku różnych aplikacji

WYNIKI PORÓWNANIA DLA ND9000

EDDL w praktyce 1: wybrane słowa kluczowe w języku EDDL

Diagnostyka online w oparciu o dokument DDL polegała na przedstawianiu użytkownikowi jedynie prostych informacji, natomiast opis EDDL umożliwiał implementację interfejsu zawierającego wskazówki przydatne w razie awarii. Testy pokazały, że w tym przypadku uwzględniono przyzwyczajenia użytkowników obejmujące sposób wprowadzania parametrów i przeglądania wyników.

Zdaniem personelu przeprowadzającego test, wsparcie graficzne oferowane przez ówczesną wersję języka EDDL (rok 2007) było jednak zbyt ograniczone i obejmowało jedynie na sztywno zdefiniowany zestaw funkcji. W znacznym stopniu ograniczało to możliwości konfiguracji interfejsu użytkownika.

Jako przykład podano kalibrację zaworu. Opis w języku EDDL nie pozwalał na pełną graficzną prezentację tej procedury. Ponieważ EDDL nie umożliwiał także przechowywania informacji, wyniki testów mogły być rejestrowane jedynie w formie zrzutów z ekranu i wydruków. Dane testowe były przechowywane w buforze, z którego były usuwane po zamknięciu programu. Brak możliwości przeglądania informacji zgromadzonych w różnych testach komplikował pełną diagnostykę.

EDDL w praktyce 2: przykładowe fragmenty kodu w EDDL

 WADY I ZALETY

W podsumowaniu eksperci wykonujący testy stwierdzili, że wykorzystanie opisu w języku EDDL jest odpowiednie dla niezbyt złożonych urządzeń i operacji przeprowadzanych przy rozruchu systemu.

Za największe wady uniemożliwiające zarządzanie bardziej skomplikowanymi urządzeniami uznano określone z góry elementy kontrolne użytkownika oraz brak możliwości trwałego zapisywania wyników. Podkreślano też, że pierwotne rozwiązanie DDL jest przydatne tylko w przypadku prostych urządzeń, ponieważ zapewnia jedynie możliwość podstawowej konfiguracji.

W EDDL wskazywano też na zależność prezentacji danych od środowiska, w którym uruchamiana jest aplikacja. Dla opisów w formie pliku DD i EDDL wygląd ekranu zdecydowanie różni się w przypadku różnych dostawców platformy zarządzającej systemem, a producent urządzenia nie ma wpływu na sposób wyświetlenia informacji. Z kolei podejście zastosowane w FDT/DTM gwarantowało, że dane urządzenie jest w jednakowy sposób reprezentowane w różnych środowiskach uruchomieniowych.

Porównywano jednak nie tylko wizualne aspekty wynikające z zastosowania trzech testowanych technologii – równolegle oceniono także czas trwania testu. Badanie przeprowadzone dla sterownika firmy Metso pokazało, że mimo braków od strony graficznej, rozwiązanie oferowane przez najstarszą technologię DDL pozwoliło na uzyskanie najkrótszego czasu trwania testu. Pozostałe dwie technologie umożliwiły przeprowadzenie badań w czasie wzajemnie porównywalnym, ale jednocześnie znacznie dłuższym niż w przypadku DDL.

EDDL W OPINII UŻYTKOWNIKÓW

Omawiany język jest aktualnie wykorzystywany przede wszystkim przy tworzeniu wizualizacji danych w zaawansowanych aplikacjach diagnostycznych. Użytkownicy najnowszych wersji języka EDDL jako główną zaletę wymieniają ostatnio wprowadzone uzupełnienia i poprawki, które objęły wady przedstawione w raporcie WIB. 

Już w EDDL 5.0 dodano możliwość zdefiniowania obiektów graficznych (okien dialogowych), które w poprzednich wersjach były z góry określone. Przewidziano również opcję zapisu danych do pamięci i możliwość ich późniejszego przeglądania. Dzięki temu – zdaniem firm wykorzystujących EDDL – rozszerzy się zakres zastosowań tego języka w zaawansowanych aplikacjach obejmujących tzw. inteligentne urządzenia. 

Jeżeli chodzi o poziom trudności tworzenia plików EDD, to zdania są podzielone. Opinie o zaletach języka i łatwym, praktycznie intuicyjnym programowaniu przeplatają się ze zdaniem, że wymaga to sporych umiejętności i doskonałej znajomości opisywanego urządzenia. 

Pomimo tego nie ma jednak wątpliwości, że EDDL łączy duże możliwości graficznej prezentacji danych z zaletami wykorzystania pliku tekstowego. Biorąc pod uwagę pozytywne wypowiedzi użytkowników i zaangażowanie szeregu organizacji w rozpowszechnianie EDDL, można oczekiwać dalszego wzrostu popularności tego języka oraz rozwoju jego możliwości.

Monika Jaworowska