Введение
Промышленное сетевое решение
Интерфейс сенсора-актуатора (AS Interface или ASi) — это промышленное сетевое решение (физический уровень, метод доступа к данным и протокол), используемое в системах автоматизации на базе ПЛК, ДКС и ПК. Оно предназначено для подключения простых полевых устройств ввода-вывода (например, дискретных устройств включения/выключения, таких как приводы, датчики, роторные энкодеры, аналоговые входы и выходы, кнопки и датчики положения клапанов) в дискретном производстве и технологических процессах с использованием одного двухпроводного кабеля. AS Interface — это «открытая» технология, поддерживаемая множеством производителей оборудования для автоматизации. AS Interface является международным стандартом согласно IEC 62026-2 с 1999 года. AS Interface представляет собой сетевую альтернативу жесткой проводке полевых устройств. Его можно использовать как партнерскую сеть для полевых шин более высокого уровня, таких как Profibus, DeviceNet, Interbus и Industrial Ethernet, которым он предлагает экономичное решение удаленного ввода-вывода. Он применяется в системах автоматизации, включая управление конвейерами, упаковочными машинами, клапанами управления технологическими процессами, линиями розлива, электрическими распределительными системами, багажными каруселями в аэропортах, лифтами, линиями розлива и линиями производства продуктов питания. AS Interface обеспечивает основу для функциональной безопасности в приложениях безопасности машин и аварийной остановки. Устройства безопасности, взаимодействующие через AS Interface, соответствуют всем стандартным правилам передачи данных AS Interface. Спецификацией AS Interface управляет AS International — некоммерческая организация, финансируемая за счет членских взносов, расположенная в Гельнхаузене (Германия). Существует несколько международных дочерних компаний по всему миру.
Actuator Sensor Interface (AS Interface or ASi) is an industrial networking solution (physical layer, data access method and protocol) used in PLC, DCS and PC based automation systems. It is designed for connecting simple field I/O devices (e. g. binary ON/OFF devices such as actuators, sensors, rotary encoders, analog inputs and outputs, push buttons, and valve position sensors) in discrete manufacturing and process applications using a single two conductor cable. AS Interface is an 'open' technology supported by a multitude of automation equipment vendors. The AS Interface has been an international standard according to IEC 62026 2 since 1999. AS Interface is a networking alternative to the hard wiring of field devices. It can be used as a partner network for higher level fieldbus networks such as Profibus, DeviceNet, Interbus and Industrial Ethernet, for whom it offers a low cost remote I/O solution. It is used in automation applications, including conveyor control, packaging machines, process control valves, bottling plants, electrical distribution systems, airport baggage carousels, elevators, bottling lines and food production lines. AS Interface provides a basis for Functional Safety in machinery safety/emergency stop applications. Safety devices communicating over AS Interface follow all the normal AS Interface data rules. The AS Interface specification is managed by AS International, a member funded non profit organization located in Gelnhausen/Germany. Several international subsidiaries exist around the world.
История
AS Interface был разработан в конце 1980-х – начале 1990-х годов объединением из 11 компаний, в основном известных своими промышленными бесконтактными датчиками, такими как индуктивные, фотоэлектрические, емкостные и ультразвуковые датчики. После завершения разработки консорциум был распущен и создана организация AS International. Первая действующая система была продемонстрирована на выставке в Ганновере в 1994 году. В 2018 году на SPS IPC Drives в Нюрнберге был представлен новый технологический этап, получивший название ASi 5. ASi 5 был разработан ведущими производителями автоматизации.
Технология
Интерфейс AS – это система с одним ведущим устройством, что означает, что ведущее устройство обменивается входными и выходными данными со всеми настроенными устройствами. В качестве среды передачи используется неэкранированный двухжильный желтый плоский кабель. Кабель используется как для передачи сигнала, так и для питания (30 В). Коммуникационная электроника и устройства с низким энергопотреблением, такие как световые барьеры, могут питаться непосредственно от сети. Потребители с более высоким энергопотреблением, например, клапанные терминалы, могут использовать отдельный, обычно черный плоский кабель для питания (30 В). Датчики или исполнительные механизмы часто подключаются с использованием так называемой технологии прокола изоляции. Изоляция плоского кабеля с поляризованным профилем протыкается двумя проникающими шипами при монтаже, что обеспечивает простое и быстрое соединение с минимальными затратами на сборку. Датчики и исполнительные механизмы, не имеющие подключения к интерфейсу AS, могут быть подключены к системе через модули. Для модулей с технологией прокола изоляции необходимо использовать плоский кабель интерфейса AS. Топология сетей AS может быть произвольной. Можно создавать линейные, звездные, кольцевые или древовидные структуры.
Технология связи и передачи ASi-3
Телеграмма (кадр сообщения) состоит из 4-битных пользовательских данных. Главный узел общается с участниками посредством последовательного протокола передачи. Каждому абоненту присваивается адрес устройством адресации или через главный узел. Можно подключить максимум 31 (стандартных устройств) или 62 (расширенных устройств) узлов. Каждый узел может иметь до четырех входов и/или четырех выходов для исполнительных механизмов или датчиков. Это обеспечивает до 124 (4 x 31 = 124) входов и 124 выходов в сети стандартных устройств (узлы с адресами 1–31) или 248 (4 x 62 = 248) входов и 248 выходов в расширенной сети (узлы с адресами 1A–31A и 1B–31B). Последовательная связь модулируется на линию питания. Для связи используется манчестерское кодирование. Для 31 участника цикл составляет 5 мс. Для адресации 62 участников необходимы два цикла. Топология AS-Interface произвольная, но без повторителя или расширителя длина кабеля не должна превышать 100 м. Однако благодаря специальному оконечному резистору (комбинация резистивной и емкостной нагрузки) возможно увеличение максимальной длины кабеля до 300 м. Диагностические устройства или главные узлы со встроенной диагностикой упрощают поиск и устранение неисправностей в сети. Неисправные ведомые устройства могут быть легко заменены, главный узел автоматически перенастраивает их. "Безопасность труда" – это концепция функциональной безопасности, используемая в технологии ASi 3. Это означает, что компоненты, связанные с безопасностью, такие как устройства аварийной остановки, блокировки дверей или световые завесы, могут использоваться в сети AS-Interface. Это отдельный протокол передачи, накладываемый на стандартный протокол ASi по тому же кабелю, и требует отдельного мастера безопасности, например, устройств Siemens ASiMon, на которых настраиваются ваши устройства безопасности. AS-Interface может обеспечивать поддержку безопасности до уровня SIL (Safety Integrity Level) 3 в соответствии с IEC 61508, а также до уровня Performance Level e (PL e) в соответствии с EN ISO 13849-1.
Diagnostic devices or masters with built in diagnostics simplify network troubleshooting. Failed slaves can be easily replaced, the master automatically redirects them. Safety at Work is the concept of functional safety used in ASi 3 technology. This means that safety related components such as emergency stop actuations, door interlocks or light grids can be used in the AS Interface network. This is a different transmission protocol overlaid onto the regular ASi protocol on the same cable and requires a separate safety master such as Siemens ASiMon devices on which your safety devices are configured. AS Interface can provide safety support up to SIL (Safety Integrity Level) 3 according to IEC 61508 as well as Performance Level e (PL e) according to EN ISO 13849 1.
Технология связи и передачи ASi-5
Для циклической передачи с использованием ASi 5 доступно 16 бит. Возможна циклическая передача до 32 байт на участника. Для каждого устройства также доступен ациклический параметрический канал объемом до 256 байт. ASi 5 обеспечивает набор до 1536 двоичных входов и 1536 двоичных выходов на Ethernet-адрес. Система может достигать времени цикла 1,2 мс для до 24 участников. Это быстрое время цикла открывает новые области применения, ранее доступные только дорогим сетевым системам. В сети ASi 5 можно адресовать 96 участников. Для этих 96 устройств время цикла составляет 5 мс. Диагностика связи описывает информацию о передаче сообщений между подключенными узлами и главным устройством. Система непрерывно контролирует качество передачи сообщений от каждого подключенного устройства. В системе доступна диагностика по одному каналу. Нарушенные каналы передачи автоматически перенаправляются. Диагностика устройства предоставляет информацию о подключенном устройстве. Доступные диагностические данные определяются производителем устройства. Диагностические данные могут передаваться через ациклические сервисы с шириной данных до 256 байт. Система ASi 5 поддерживает использование параметрических интерфейсов, таких как, например, IO-Link. Устройства IO-Link могут эффективно собираться на больших расстояниях и интегрироваться циклически объемом до 32 байт. Для устройств, связанных с безопасностью, таких как аварийные остановки, световые завесы, защитные выключатели и аналогичные, доступно 16 защищенных бит. Возможно достижение уровня SIL3 и уровня производительности e согласно IEC 13849 для обеспечения функциональной безопасности. ASi 5 использует новый метод связи. Новая технология ASi 5 позволяет использовать компоненты ASi 3 совместно с компонентами новой технологии ASi 5 на одном кабеле. Если необходимо использовать устройства ASi 3 вместе с компонентами ASi 5, то помимо соответствующих устройств потребуется использование нового главного устройства ASi 3 / ASi 5. Старые системы можно легко модернизировать новыми устройствами с дополнительными функциями. Новые системы можно устанавливать на кабель, используя проверенные компоненты ASi 3 и новые устройства ASi 5.
Communication diagnostics describes the information about message transmission between the connected nodes and the master. The system continuously monitors the transmission quality of the messages from each device connected. This single channel diagnosis is available in the system. Disturbed transmission channels are redirected automatically. Device diagnostics provides information about the connected device. The available diagnostics data are determined by the device manufacturer. Diagnostic data can be transmitted via the acyclic services with a data width of up to 256 bytes. The ASi 5 system is open for the use of parameter interfaces such as e. g. IO Link. IO Link devices can be efficiently collected over long distances and could be integrated cyclically up to 32 bytes. 16 safe bits are available for safety related switching devices, such as emergency stop, light curtains, safety switches and similar are available. It is possible to achieve Safety Integrity Level (SIL)3 Performance Level e according to IEC 13849 for functional safety. ASi 5 uses a novel communication method. The new ASi 5 technology allows the use of ASi 3 components together with components of the new ASi 5 technology on a common cable. If ASi 3 devices are to be used together with ASi 5 components, then in addition to the corresponding devices the use of a new ASi 3 / ASi 5 master is required. Old systems can be easily upgraded by new devices with additional functions. New systems can be installed on a cable using proven ASi 3 components and new ASi 5 devices.