Opisy urządzeń (DDL)
Komendy protokołu HART są oparte o usługi świadczone przez niższe warstwy i umożliwiają otwartą komunikację między urządzeniami nadrzędnymi i podrzędnymi. Ta otwartość i wymienność urządzeń, niezależnie od producenta są jednak dostępne tylko tak długo, jak używane są wyłącznie typowe komendy, a użytkownik nie potrzebuje więcej niż tylko informacji o stanie urządzeń i błędach, podawanej w prostej standardowej notacji HART.
Gdy użytkownik chce, żeby komunikat zawierał dodatkowe informacje związane bezpośrednio z urządzeniem, albo istnieje potrzeba wykorzystania specjalnych własności, komendy uniwersalne i typowe przestają wystarczać. Wykorzystywanie i interpretacja danych wymaga, aby użytkownik znał ich znaczenie. Ta wiedza nie jest jednak dostępna, gdy system jest rozbudowywany o nowe komponenty wyposażone w dodatkowe opcje. Aby wyeliminować konieczność adaptacji oprogramowania urządzenia nadrzędnego za każdym razem, gdy pojawia się nowy komunikat statusu lub w systemie instalowany jest nowy komponent, opracowany został język opisu urządzeń (device description language, DDL).
Zastosowania DDL nie są ograniczone do systemów wykorzystujących HART. Został on stworzony przez zespół „Human Interface” organizacji International Fieldbus Group (IFG) pod kątem zastosowania w magistralach przemysłowych, niezależnie od protokołu.
Twórcy języka chcieli osiągnąć możliwie dużą uniwersalność. DDL znajdzie zastosowanie także w sieciach przemysłowych, a zakładaną elastyczność osiągnięto dzięki temu, że język nie determinuje liczby interfejsów urządzenia ani ich funkcji oraz ich reprezentacji dla urządzeń sterujących. DDL jest bliższy językom programowania, pozwalającym producentom sprzętu opisywać wszystkie opcje komunikacyjne urządzeń w precyzyjny i kompletny sposób (rysunek 16).
Rys. 16. Fragment opisu urządzenia w języku DDL
DDL pozwala producentowi opisać:
- atrybuty danych komunikacyjnych i informacje dodatkowe,
- wszystkie stany pracy urządzenia,
- wszystkie komendy i parametry,
- strukturę menu, zapewniającą jasną reprezentację wszystkich funkcji urządzenia.
Mając opis urządzenia podrzędnego i umiejąc go interpretować, urządzenie nadrzędne posiada komplet informacji niezbędnych do wykorzystania wszystkich jego funkcji.
Można dzięki temu wykonywać wszelkie komendy charakterystyczne dla urządzenia czy producenta, a użytkownik dostaje uniwersalny, ujednolicony interfejs, pozwalający mu jasno reprezentować wszystkie funkcje urządzenia i używać ich. Dzięki tym dodatkowym informacjom, można łatwo i bezpiecznie monitorować procesy (rysunek 17).
Rys. 17. Dodatkowa informacja w opisie urządzenia (DD)
Urządzenie nadrzędne nie odczytuje opisu urządzenia podrzędnego w postaci tekstu zawierającego kod DDL, ale jako zapisane binarnie, krótkie rekordy DD, generowane przez koder DDL. Przed urządzeniami podrzędnymi wyposażonymi w pamięć o wystarczającej pojemności, ta krótka forma otwiera możliwości zaszywania opisów w oprogramowaniu. W fazie parametryzacji mogą one zostać odczytane przez urządzenia nadrzędne.
Wymagania stawiane urządzeniom konfigurującym
Uniwersalne urządzenia konfigurujące (np. komputery PC lub terminale ręczne) różnych producentów powinny mieć ujednoliconą strukturę działania. Aby zapewnić spełnienie tego warunku, został opracowany zestaw zaleceń VDI numer 2187. Określa on niezbędne funkcje takiego interfejsu użytkownika oraz jego strukturę.
Drugim ważnym wymaganiem jest, aby urządzenie nadrzędne umiało współpracować z dowolnym urządzeniem podrzędnym wykorzystującym HART. Jak wyjaśniono powyżej, spełnić to wymaganie może tylko otwarte, a więc elastyczne i niezależne od producenta, urządzenie o wymienionych poniższej cechach:
1. Wszystkie komendy zdefiniowane w protokole HART muszą być obsługiwane i dostępne do wyboru.
2. Aby rozszerzyć funkcjonalność, musi istnieć możliwość implementacji dowolnego opisu urządzenia.
3. Interfejs użytkownika zapewnia mu dostęp do wszystkich opcji komunikacji, informacji i sterowania.
Jeśli dodatkowe, specyficzne dla urządzenia funkcje zostaną pominięte, wciąż pozostaje do dyspozycji cały zestaw funkcji podstawowych, dostępnych za pomocą komend uniwersalnych i typowych. Tak czy inaczej, urządzenie nadrzędne powinno być w stanie odczytać dane DDL urządzeń podrzędnych, np. z dysków. HART Communication Foundation (patrz: rozdział „Organizacja HCF”) prowadzi bibliotekę, w której przechowywane są opisy wszystkich zarejestrowanych urządzeń HART.
Większość dostępnych komercyjnie programów sterujących przeznaczonych dla komputerów PC nie obsługuje jeszcze tego sposobu konfiguracji, więc producenci często dostarczają swoje własne oprogramowanie, zaadaptowane do urządzeń, w którym zaimplementowane są na stałe rozszerzenia charakterystyczne dla danego przyrządu. Ogranicza to jednak elastyczność i otwarty charakter systemu.
Przykład: IBIS
Firma Hartmann & Braun stworzyła program IBIS (Intelligentes Bedien- und Informationssystem – inteligentny system operacyjno-informacyjny) i w oparciu o jego specyfikację opracowała wytyczne VDI numer 2187. Program ten stanowi przejrzysty, okienkowy interfejs użytkownika.
Rys. 18. Interfejs użytkownika pozycjonera HART typu 3780 w programie IBIS
Niestety, nie pozwala on odczytywać opisów urządzeń (HART-DD), a dostęp do pełnego zestawu komend jest możliwy tylko poprzez stosowanie wersji programu dopasowanej do danego sprzętu przez producenta. Na rysunku 18 zaprezentowane jest okienko interfejsu IBIS dla pozycjonera HART typu 3780 firmy SAMSON AG.
Terminal ręczny jako urządzenie nadrzędne HART
Urządzenia nadrzędne poznaczone do trzymania w dłoni dają możliwość łatwego diagnozowania i sterowania systemem w miejscu pracy i są często dostępne w wersjach zabezpieczonych przed wpływem niekorzystnych warunków środowiskowych.
Rys. 19. Ręczny terminal pracujący w systemie HART
W przedstawionym na rysunku 19 ręcznym terminalu firmy Rosemount, pracującym jako urządzenie nadrzędne, można za pomocą specjalnego programatora zapisać wszystkie potrzebne opisy urządzeń oraz usunąć te, które nie są już używane. Daje to użytkownikowi uniwersalne i elastyczne urządzenie serwisowe, pozwalające mu uzyskać dostęp do wszystkich urządzeń podrzędnych HART w danej instalacji.
