はじめての FOUNDATIONフィールドバス 機器開発 2014年3月12日 NPO法人日本フィールドバス協会 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 目的 FOUNDATIONフィールドバス機器を開発しようとする メーカの技術者向けに、開発に必要な諸事項をガイダ ンスする。 開発に必要なツール・事項 機器開発の流れ 習得すべき知識 ソフトウエア開発 DD/CF開発 相互運用性試験 2 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 開発に必要なツール・事項 早稲田ラボ技術セミナー受講 フィールドバス協会会員への入会 FOUNDATIONフィールドバス仕様書の入手 (推奨) (強く推奨) (必須) DD開発キット(DD-IDE) (必須) H1 ITKキット (推奨だが実質必須) 認証された通信スタックソフトウエア (必須) MAU、フィールドバス通信IC (必須) MAU:Media Attachment Unit バスモニタ、コンフィギュレータ 3 (推奨) 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation FOUNDATIONフィールドバス仕様書 4 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 機器開発の流れ 機器決定 ハードウエア開発 計測機器の仕様 資源・変換器・機能ブロック仕様 オプションとして診断機能、防爆仕様など もあるがここでは省略 ソフトウエア開発 H1通信機能(必須) インテグレーション 通信スタックの適合性試験合格(必須) 資源・変換器・機能ブロック(必須) DD開発(必須) 相互運用性試験 フィールドバス協会へ の登録(必須) 完成 5 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 習得すべき知識 FOUNDATIONフィールドバス技術 H1物理層仕様 機能ブロック仕様 変換器ブロック デバイス記述(DD) ITK仕様書 バスモニタ コンフィギュレータ 6 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation フィールド機器の機能構成 計測機能 相互運用性 試験の対象 機能ブロック 適合性試験 の対象 通信 通信スタック 物理層 H1フィールドバス 7 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation ソフトウエア開発 通信スタックソフトウエアの製作 機能ブロックアプリケーションプロセス 資源ブロックの製作 変換器ブロックの製作 機能ブロックの製作 支援オブジェクト(トレンド/ビュー/アラート/リンク等) の製作 デバイス記述/機能定義ファイル(DD/CF)の製作 8 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 変換器ブロック定義 機器の変換器ブロックの定義 共通変換器ブロックに以下のサブブロックを追加する。 – 圧力変換器ブロック – 流量変換器ブロック – 温度変換器ブロック – ポジショナ変換器ブロック – 独自開発1(上記の変換器ブロックにパラメータを追加・変更) – 独自開発2(新らたに変換器ブロックを作る) 9 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation DD/CFの開発 DD/CFの開発とは、実装するブロック(資源、変換器、 機能ブロック)の全パラメータの属性の定義を行うこと。 標準ブロック(資源、変換器、機能ブロック)のパラメー タは開発ツール内のライブラリに入っているので、メー カ独自のパラメータだけを属性定義を行う。 開発はフィールドバス協会のDD-IDEを使用して製作 する。(必須) 10 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation デバイス記述(DD) ホスト DDを解釈する ソフトウエア (DDサービス) DDファイル コンパイルされた オブジェクト DDLトーカナイザ (コンパイラ) EDDL言語により 記述された ソース DDL Source File VARIABLE Process Variable {LABEL “MEASURED_VALUE”; TYPE FLOAT {DISPLAY_FORMAT “3.1f”; MAX_VALUE 110.0; MIN_VALUE 0.0; } } フィールドバス協会に 登録し配布される DDサービス DDサービスはフィールド機器内の パラメータを解釈し、さらにチュー ニングや診断などをサポートする 資源 ブロック PID付 調節弁 PID AO メーカが各機器 毎に作成する EDDL 機器の機能・パラメータをコンピュータ に理解させるための記述言語 DDトーカナイザ EDDLで書かれたソースをオブジェクト化 するコンパイラ 変換器 ブロック DDS(DD サービス) DDを利用して機器のパラメータにアクセス するサービス 11 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 適合性試験 通信スタックの適合性試験はフランフォーファ研究所(ドイツ)で 行う。 プロトコル試験 通信サービス試験 LASの機能試験 計測機能 機能ブロッ ク 適合性試験 の対象 通信 通信スタック 物理層 H1フィールドバス 12 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 相互運用性試験 フィールドバス協会で機器の以下の相互運用性試験をする。 物理層試験 機能ブロックの動作確認 試験用標準デバイス内との機能ブロック間の接続性の確認 相互運用性試験の流れ 1. 2. 3. 4. 5. メーカからフィールドバス協会へ相互運用性試験発注する(有償)。 機器をフィールドバス協会へ送付する。 フィールドバス協会で相互運用性試験をする。 合格すると、フィールドバス協会から認証書が発行される。 フィールドバス協会に登録され、WEB公開される。 13 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation ITKキット 相互運用性試験を行う専用キット ITKソフト(テストエンジン、テストケース) テスト用標準デバイス フィールドバス協 会も同じITKキット を使用している。 通常事前にITK キットで自己試験 をする。 テスト エンジン テストケース テストケース テストケース 相互運用性試験システム ITK フィールドバス AI 被テストデバイス 14 (PID) (AO) テスト用 標準デバイス 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 参考情報-ツールと費用例、年会費 FOUNDATION仕様書、CTK、ITKキット 会員 Member Price(US) 非会員 Non-Member Price(US) NA $4,500 H1 Conformance Test Kit $12,000 $18,000 H1 Starter Kit - (Includes: ITK Automation Toolkit, H1 Interoperability Test Kit, DD-IDE, 1 yr. DD Library subscription and 16 hours technical consulting) $17,500 $26,250 Products Foundation Technical Specifications - Single Seat License 通信スタックをサード パーティから購入時は 不要 合計 $29,500 $48,750 会員vs非会員の差額 $19,250 注:上記は最小例でこれに年間保守契約がある 機器試験&登録 Test Service Price Included Time Device Testing $2,450.00 8 Hours Device Registration $2,500.00 $4,950.00 1機種当たり合計 メーカー会員のクラスと年会費 15 Additional Time $250.00/hr minimum 4 hrs per day 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 参考情報 Fieldbus Foundation WEBの開発者向けページ http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=146&Itemid=310 FOUNDATIONフィールドバス仕様書 http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=144&Itemid=319 DD開発ツール(DD-IDE等) http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=143&Itemid=320 ITK、機器登録、技術コンサルタント http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=145&Itemid=321 開発サービスプロバイダー http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=691&Itemid=441 FF-J WEB (FOUNDATIONフィールドバス技術基礎の資料、ユーザ事例資料等を掲載) http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=118&Itemid=352 早稲田ラボ技術セミナー http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=172&Itemid=351&limit=1&limitstart=6 JEMIS038-2006 JEMIMAフィールドバス https://www.jemima.or.jp/inquiry/std/index.php?pageid=590&pubid=305&title=JEMIS 038-2006 JEMIMAフィールドバス 16 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 © 2014 Fieldbus Foundation 開発サービスプロバイダ(DSP) - フィールドバス機器の開発 を支援するサービス 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3月12日 キンテーロ・アルフレド エンベッドセールズグループ Softing Industrial Automation GmbH alfredo.quintero@softing.com 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 DSPとは? フィールドバス協会は、FFバス技術を採用した製 品の設計・製造準備中の機器サプライヤーを支援 するため、DSP プログラムを開始しました。 フィールドバスソリューションを実現するノウハウを持つ 開発サービスプロバイダへのアクセスを提供します 広範囲な FFバス開発プロジェクトに必要とされるツール、 トレーニング、経験を持ったプロバイダからのサポートを 受けることができます DSP プログラムで認定されるサービスには、H1 や高速 イーサネットフィールドバス(HSE)機器開発サービス、さ らにホストシステムサービスが含まれます 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 Page 2 2014年3月現在のDSPs (1) 認証されたDSPsの情報は以下のリンクから: http://www.fieldbus.org/index.php?option=c om_content&task=view&id=691&Itemid=44 1# フィールドバス協会に登録された3社が DSP ( “Development Services Providers”)として 紹介されています。 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 Page 3 2014年3月現在のDSPs (2) http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=691&Itemid=441# ドイツ ミュンヘン 米国 オースティン 中国 瀋陽 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 Page 4 2014年3月現在のDSPs (3) この3社は、FF-H1機器開発と認証作業の一 番複雑な部分を簡略化または省略化すること ができるパッケージされたソリューションなど、 広範囲な製品とサービスを提供しています。 DSPにより、製品リリースまでの期間を短縮し ます。認証までを考慮すると月単位ではなく、 年単位での期間短縮といえます。 開発と製品メンテナンスの費用を大幅に削減 することができます。 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 Page 5 DSPの具体例 http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=938&Itemid=441 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 Page 6 Sotingが提案する ソリューション・マトリックス 製品名 FFeasy 開発: コストと期間 非常に低い (開発不要、コン フィギュレーショ ンのみ) 認証 柔軟性 自社製品化(プラ イベートラベル) 用のITKのみ必 要 AI FB のみ対応 ユニット(量 産)コスト 普通(ノーマ ル) FBK-2 比較的低い ITKのみ どの FB も対応可 普通(ノーマ ル) Custom board とても高い ITK, CTK, 物理層, ATEX どの FBも対応可 Softingがアプリケー ションやFF-H1ライ ブラリライセンスを加 発することも可 ユニットコスト としては、ベス ト、量産数が 多い場合に有 利 日本フィールドバス協会 ユーザセミナ in TOKYO 早稲田大学 2014年3 月12日 Page 7 組込み通信モジュール FBK-2 その他のよく使 われるフィールド バスプロトコル ► Module for integrating FOUNDATION fieldbus H1を実装した通信モジュール、 ► その他の主要なMBP(Manchester Bus Powered)ベースプロトコルも対応可 © Softing 2013 / Page 8 FBK-2 ブロックダイアグラム(主要構成) X1 User interface M16C programming and debug interface Serial interface FBK-2 MAU medium attachment unit Protection 3,15 V Power Output X2 Fieldbus FOUNDATION fieldbus IEC61158-2 6,30 V Power Output Digital Unit Configurable IO DI/DO/AI/AO Microcontroller M16C Fieldbus controller UFC 100 Jumper I2C memory interface © Softing 2013 / Page 9 FBK-2のファンクションブロックの アプリケーション プロトコル: HART or Modbus Device Transducer Blocks Function Blocks 電気的なイ ンターフェ イス UART I²C SPI FOUNDATION fieldbus Communication Stack CPU 3,15 V Fieldbus Controller 6,3 V SRAM UFC 100- F1 MAU 3,15 Vまたは 6,30 Vを機器 へ供給可能 ファンクションブロックのアプ リケーション ← FOUNDATION fieldbus IEC 61158-2 Resource Block Fieldbus FBK-2ハードウェア © Softing 2013 / Page 10 FBK-2の実装によるテスト削減 • FFのCTK適合テストは既に完了 • ITK 相互運用テスト(サブセットのテストのみ 必要なので最小限のテスト費用で) • 主要なホストシステムで証明されたアプリケ ーション • 独自アプリケーションでオンボードのデジタ ル/アナログ入力を使用可能 • DD/EDD 用のベーシックテンプレート(対応 予定) © Softing 2013 / Page 11 FFeasy 製品機能 • 開発は一切不要、コンフィギュレーション作業のみ • 最大4つのプロセス値をマッピング可能 • 25の汎用パラメータを持つ所定(Predefined)のTB (Transducer Block)を用意 • これらのパラメータを、機器のアプリケーションのHART/Modbus 変数に マッピングが可能 • 実行時にコンフィギュレーション(設定)をダウンロード可能 • MS Excel tableを介してコンフィギュレーションを設定し、バイナリ フォーマットにコンバート • ITK は不要! “private label ITK” (簡略化された登録) のみ必要 • DD/CFFデータを発行サービス提供 © Softing 2013 / Page 12 FFeasy. どのように設定する? Configuration / Mapping Table *.csv FFeasy-GEN 例:パラメータの 名前 ID(インデックス) バイト数 アクセス方法(RD、WR) 初期値 上下限 HART命令または Modbusレジスター など *.mot Prog-Tool (Picture is linked to mapping table) loading Step 4 FOUNDATION fieldbus Network FOUNDATION fieldbus Device Step 1 FBK-2 / Module FOUNDATION fieldbus Communication Software Step 3 Application Mapping Table HART / Modbus Master HART / Modbus Device e.g. flow meter, level sensor Step 2 © Softing 2013 / Page 13 FBK-2用のカスタムアプリケーション • FFeasyは AIのFBに対応 (それ以外のFBを実装不可) • AI以外のFBを実装する場合FBK-2のカスタムのアプリケーションの開発が必要で • 例えば、アナログ出力(AO)、PID、積算(IT)のFBを実装したい場合、カスタム FBK-2開発は必要 • 2つのカスタム開発方法: • Softing社にプロジェクトとして委託開発を依頼 • Softing社のFF-H1のライブラリをライセンスし、機器メーカ殿で開発、 Softing社はコンサルティングサービスを提供 © Softing 2013 / Page 14 カスタムボードの基板開発 • 量産数が多く(数千枚レベル)量産コストが非常にクリティカルな製品、また通信処 理と測定アプリを同じプロセッサで実装する場合は、カスタム開発としてプロジェク トサービスを提供可能 • Softing社から下記のサービスを提供: • ハード設計データのライセンス • FF-H1ライブラリの移植やライセンス • 技術ワークショップ(ドイツ) • 認証コンサルティング • Softing社のFF-H1スタックは既に所定のプロセッサ、 OS、コンパイラ、FF-H1バ スコントローラに適用しているため、Softing社の指定環境を推奨 © Softing 2013 / Page 15 Softing社推奨バスコントローラ: UFC100-L1 概要 • Softing社のFF-H1スタックを独自基板に実装する場合、フィールドバスコントローラ としてUFC100-L1を推奨 • フィールドバスコントローラUFC100-L1 – Fieldbus Foundation H1 機器向け – その他の主要なプロセスオートメーションプロトコル対応機器向け – 互換性について – UFC100-L1と‘YTZ420’ピンコンパチブル – UFC100-L1 ‘YTZ420’ ソフト的に互換性あり – – – – – – 同社の既存スタックと完全テスト済み 全適合テストと相互運用テストに合格 数種類の実デバイスで確認済み 長時間テストに合格 広範囲の温度・電圧テストに対応 2006年12月から量産スタート © Softing 2013 / Page 16 ブロックダイアグラム Interrupt Encoder 11 INTn 4 CSn 2 RDn 3 WRn 27 RDY 25 9, 8 Data Link State Machine RQ FIFO (128) Parallel to Serial Transmit Machine Control FCS Generator Transmit Machine Delimiter Generator MAU, Bus Fault Detection Manchester Encoder CPU Bus Interface MAU Interface Jabber Control and Data Link Timers (Bus Inactivity, GAP, Token, Node Time) A6, A5 DLB 13 DLL 14 FLT1n 24 FLT0n 26 TxA 15 TxS 19 TxE 20 RxS 21 RxA 22 A4-A0 36-29 D7-D0 7 RSTn 38 ATYP 37 CTYP 5 CLKINN 12 CLKO Receive Machine FC Decoder Clock Generator FIFO (128) Data Link Address Filter Receive Machine Control Delimiter Detector Manchester Decoder Serial to Parallel FCS Checker Clock Synchronizer Blue indicates Enhanced Functions 拡張モード – future software can make use of performance enhancement features. © Softing 2013 / Page 17 追加提供可能なサービスと製品 • FF-H1 技術トレーニング(ドイツ) • Starter kit --- リンキングデバイス FG-110-FF と FF-H1 デバイス、パワーコン ディショナ、Lab用キット含む • 開発機器のFF仕様書(Profile)のドラフト作成サービス • ハードウェア回路図のライセンス提供 • 独自のカスタムボードの回路図を解析 • Pre-ITK テストとテストリポート作成(この結果を基に、機器メーカは本テス トに向けて準備) • 物理レイヤテスト • ATEX/DEKRA認証のアシスト • ITKテストのアシスト(同行サポートも可) © Softing 2013 / Page 18
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