В условиях быстро развивающейся промышленной автоматизации важно иметь системы, которые обеспечивают надежное и эффективное взаимодействие между полевыми устройствами и центральным управляющим оборудованием. Одной из таких систем является AS-Interface (ASi), открытая промышленная сеть, предназначенная для упрощения подключения и управления полевыми устройствами.
Данный интерфейс обеспечивает передачу данных и питания с использованием всего одного двухпроводного кабеля, что делает его уникальным и удобным решением для различных отраслей промышленности.
Основная концепция и принцип работы
AS-Interface представляет собой промышленную сеть, разработанную для упрощения подключения устройств ввода/вывода (I/O) в системах автоматизации. Она поддерживает различные типы устройств, такие как двоичные устройства (например, датчики ВКЛ/ВЫКЛ), аналоговые устройства и оборудование, обеспечивающее безопасность в соответствии с международными стандартами EN 50295 и IEC 62023-2.
Хотя AS-Interface изначально был разработан группой из 11 компаний, производящих датчики, исполнительные механизмы и системы управления, он является независимым от поставщика открытым стандартом, поддерживаемым Ассоциацией AS-Interface.
Основным элементом системы AS-Interface является двухпроводный кабель, по которому передаются данные и электропитание. Каждый узел или модуль в системе имеет свой уникальный адрес, что позволяет осуществлять обмен данными между устройствами и центральным контроллером.
Система поддерживает несколько методов адресации, что делает ее гибкой и обратной совместимой с более ранними версиями ASi.
Важно отметить, что AS-Interface разработан для упрощения проводки и снижения затрат на установку и обслуживание, что достигается за счет использования технологии прокалывания изоляции, обеспечивающей безопасные и быстрые соединения.
Кроме того, AS-Interface обеспечивает высокую степень надежности и устойчивости к помехам благодаря использованию цифрового сигнала. Это позволяет системе работать в условиях сильных электромагнитных помех, что особенно важно в промышленных средах.
Система также поддерживает диагностику и мониторинг состояния подключенных устройств в реальном времени, что позволяет быстро выявлять и устранять неисправности. Это значительно повышает общую эффективность и надежность автоматизированных процессов.
Пример системы управления с ASi интерфейсом
AS-Interface — это шина типа master-slave, где один master управляет до 62 slave-устройствами. Она функционирует на самом нижнем уровне иерархии полевой шины, но при использовании master/gateway AS-I (иногда называемого просто шлюзом AS-I) может подключаться к сетям более высокого уровня, таким как DeviceNet, EtherNet/IP, PROFIBUS и другим.
Важно отметить, что мастера AS-I также доступны для систем автоматизации, которым не требуется функциональность шлюза. Мастера AS-I просто подключаются к системам управления более высокого уровня, таким как ПЛК, также возможно управление на базе ПК или DCS (распределенная система управления).
Компоновка AS-Interface
Базовая схема сети AS-I. Обратите внимание, что добавление двух повторителей позволяет увеличить физическую длину сети со стандартного предела в 100 м до 300 м.
Мастер/шлюз управляет связью с подчиненными устройствами и передает диагностическую информацию и сообщения о неисправностях на контроллер или сеть более высокого уровня. Он опрашивает каждое подчиненное устройство по очереди и ждет ответа (этот процесс называется «циклическим опросом»).
Если подчиненное устройство не отвечает, мастер/шлюз повторяет запрос. Если ответ по-прежнему не получен, мастер/шлюз запоминает адрес подчиненного устройства и отправляет эту информацию в систему более высокого уровня.
Преимущества AS-Interface
Основными преимуществами AS-Interface являются простота, низкая стоимость и высокая скорость. Одним из ключевых аспектов ASi является возможность использования одного двухпроводного кабеля как для передачи данных, так и для питания подключенных устройств. Этот кабель, часто называемый ASi-кабелем, имеет сечение 2x1,5 мм2 и обеспечивает надежное соединение всех узлов с ведущим устройством в любой топологии.
Кроме того, AS-Interface позволяет легко интегрировать устройства различных производителей благодаря стандартизированному протоколу обмена данными. Это значительно упрощает модернизацию и расширение существующих систем автоматизации. Система также поддерживает горячую замену устройств, что минимизирует время простоя и повышает общую надежность системы.
Прокол позволяет создавать надежные и безопасные соединения, ускоряя процесс монтажа и снижая вероятность ошибок при подключении. AS-Interface поддерживает свободную топологию, предоставляя большую свободу при проектировании сети автоматизации и позволяя адаптировать систему под конкретные нужды предприятия.
ASi обеспечивает взаимодействие и совместимость с различными системами автоматизации, что особенно важно для производителей оборудования, стремящихся стандартизировать свои решения и повысить их конкурентоспособность.
Устройства и узлы, поддерживающие ASi, являются взаимозаменяемыми между производителями, что упрощает процесс модернизации и замены оборудования без необходимости перепрограммирования системы.
В промышленности часто возникает необходимость безопасного взаимодействия между различными установками и машинами, и AS-Interface обеспечивает безопасное соединение данных между платформами, такими как CIP-Safety и ProfiSafe, что является критически важным для получения сертификатов безопасности.
При использовании расширенной системы адресации один ведущий может управлять до 62 подчиненными устройствами AS-I. Каждое подчиненное устройство может иметь до 8 входов и 8 выходов, что в общей сложности составляет 496 входов и 496 выходов.
При стандартной системе адресации и 31 подчиненном устройстве максимальное время отклика составляет 5 мс на точку ввода-вывода, а при расширенной адресации — 20 мс на точку ввода-вывода (с 8 входами-выходами на подчиненное устройство).
AS-I также обладает преимуществом детерминированного и повторяемого времени отклика, что обеспечивает надежность системы. Простота достигается за счет использования одного неэкранированного двухпроводного кабеля, который передает как питание, так и данные. Питание обеспечивается специальным источником питания AS-I, который также отделяет питание от данных на кабеле.
Если требуется вспомогательное питание для таких устройств, как приводы, можно легко добавить отдельный кабель (такой же, как основной кабель питания и данных) для источника питания 24 В.
Максимальная длина кабеля в стандартной комплектации составляет 100 м, но ее можно увеличить до 600 м с помощью повторителей и удлинителей.
Подключение как к основному кабелю, так и к дополнительному кабелю питания осуществляется через прокалывание изоляции, а подчиненные устройства можно добавлять в любом месте кабеля и в любой топологии — линии, кольца, звезды или дерева. Это обеспечивает значительную гибкость и простоту использования.
Использование AS-Interface в промышленности
Современная промышленность предъявляет высокие требования к качеству воздуха и чистоте помещений, что делает автоматизацию и экологический контроль ключевыми аспектами производственных процессов. AS-Interface играет важную роль в управлении системами безопасности и климат-контроля, такими как системы пожаротушения, дымоудаления, кондиционирования воздуха и регулирования давления.
Кроме того, поддержка интеграции с устройствами MP-Bus и EnOcean позволяет легко расширять систему и подключать до 700 устройств без необходимости использования дополнительных проводов.
Использование только одного двухпроводного кабеля сокращает объем необходимой меди, что уменьшает вес и количество материалов, требующихся для установки. Отсутствие необходимости в использовании распределительных разъемов также снижает количество потребляемых материалов и упрощает логистику.
Более того, благодаря энергоэффективным решениям, таким как мастера ASi5, можно переводить целые сети в режим ожидания в периоды непроизводственной активности, что позволяет существенно сократить энергопотребление.
AS-Interface представляет собой эффективное и надежное решение для промышленных систем автоматизации, которое позволяет значительно упростить проводку, снизить затраты на установку и обслуживание, а также обеспечить гибкость и безопасность системы. В условиях растущих требований к стандартизации, экологической ответственности и энергосбережению, ASi становится неотъемлемым элементом современных промышленных систем, обеспечивая высокую эффективность и конкурентоспособность.
Андрей Повный