はじめての FOUNDATIONフィールドバス機器開発

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
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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）
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FOUNDATIONフィールドバス仕様書
4
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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
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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
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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
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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
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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）
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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）
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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
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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
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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。
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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
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(PID)
(AO)
テスト用
標準デバイス
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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
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Additional Time
$250.00/hr minimum 4 hrs
per day
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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
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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
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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
[email protected]
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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
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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。
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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
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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。
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DSPの具体例
http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=938&Itemid=441
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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）
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