AS-Interface

Actuator Sensor Interface
1
Informacje podstawowe
•
•
•
•
•
•
•
Sieć AS-i należy do najprostszych sieci miejscowych,
Metodą dostępu stacji do sieci AS-i jest odpytywanie (ang. polling),
Jedna stacja jest wyróżniona i pełni rolę zarządcy (Master), pozostałe
węzły są podległe (Slaves),
Master posiada pełną listę adresów stacji dołączonych do sieci i
odpytuje kolejne slave, przekazując w ten sposób zgodę na transmisję
w sieci,
Jeden master może obsługiwać do 31 punktów podległych, tzw.
modułów, które mogą zawierać układy wyjściowe albo wejściowe (opcja
standard),
Węzeł może obsługiwać do 8 punktów binarnych (8, 4+4, 4, 3+1, 2+2),
Każdy moduł musi mieć swój adres (1-31) zapisany w pamięci
EEPROM,
2
Topologia sieci
•
Moduły mogą tworzyć sieć o konfiguracji liniowej, gwiaździstej lub
drzewiastej
linia
gwiazda
control
drzewo
control
Master
control
Master
Master
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
3
Medium transmisyjne
•
•
•
•
Jako łącze stosowany jest specjalny dwużyłowy (2x1,5mm2),
nieekranowany, profilowany kabel o długości do 100m (300m z
repeaterem, 600m z extenderem),
Zalety takiego rozwiązania są następujące: prosty montaż i serwis
okablowania, szybki i prawidłowy montaż modułów węzłowych sieci,
prosta diagnostyka sieci, łatwa rekonfiguracja oraz duża odporność na
uszkodzenia mechaniczne,
Wadą przyjętego kabla jest mniejsza, w porównaniu ze skrętką,
odporność na zakłócenia elektromagnetyczne,
Zostało to zrekompensowane przez zwiększenie napięcia zasilania
(30V DC) oraz zastosowanie dużych prądowych (60mA) sygnałów
sterujących,
4
Technologia łączenia
•
•
•
•
Łatwe i bezpośrednie podłączenie
do węzłów do magistrali,
Jeden przewód – dwie żyły – do
transmisji danych i zasilania
Klasa ochrony do IP67,
Montaż bez zakładania końcówek
kablowych i przykręcania,
AS-Interface electromechanic
Master
bus
Host
Master Nadaje
Master
SL 1
SL 2
SL31
SL 1
1
2
31
1
Slave Odpowiadają
5
Technologia łączenia
Blok dokujący
 bezpośrednie i łatwe połączenie
sensorów/aktorów lub modułów,
 specjalna konstrukcja kabla,
 dwa przewody dla danych i zasilania,
AS-Interface electromechanic
 izolowane połączenie przeszywające
 łatwa technologia łączenia,
 bezpieczne połączenia,
 ochrona do poziomu IP67,
 nie wymagane ściąganie izolacji,
 montaż w każdej płaszczyźnie,
Połączenie przeszywające
Konstrukcja kabla
6
Łatwa rozbudowa
Możliwość dołączenia nowej linii
tam gdzie jest potrzebna
Slave
Możliwość dołączenia węzła
tam gdzie jest potrzebny
Slave
Slave
Slave
7
AS-Interface
62
31
Fault
 możliwość rozszerzania bieżącej aplikacji o nowe elementy
 istniejące węzły mogą swobodnie komunikować się z nowym masterem
 precyzyjna diagnostyka
 Oddzielna detekcja konfiguracji oraz błędów urządzeń
 krótkie spięcia, przeciążenie, niepotrzebne dodatkowe napięcie, błędy komunikacji
I-1
I-2
Power
A
 62 Slaves dołączone do jednego Mastera / A- i B-Slaves
 pełna kompatybilność w dół
D
 łatwe utrzymanie
 transmisja wartości analogowych
 brak nadmiernego opóźnienia czasowego
 automatyczne rozpoznanie wartości analogowych
 konfiguracja urządzeń bez dodatkowych narzędzi
8
AS-Interface
Poziom kontrolny: PLC, PC, IPC, ...
Master
Poziom komunikacyjny:
DeviceNet FIP Interbus Profibus Ethernet etc.
Poziom AS-Interface:
Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Poziom Aktor / Sensor
9
Zasięg produktów
Moduły wej/wyj
zasilanie
gateways
Master
plc / pc
Elementy
bezpieczeństwa
aktory
sensory
Systemy
zintegrowane
Akcesoria
repeater, extender
10
Rozbudowa sieci
AS-Interface
Ilość Slaves
Ilość wejść wyjść
Rozszerzony
31
62
124 I +124 O
248 I + 248
Siemens (496 I and 496 O)
 max. Czas cyklu
 transmisja
wartości analogowych
5 ms
przez specjalny blok
używając
A + B Slaves
max.10 ms
zintegrowane w masterze
aż do 124 wartości
analogowych
11
Transmisja danych
 Właściwości transmisyjne naturalnego kodu binarnego nie są najlepsze: ma
on składową stałą, liczba kolejnych elementów ‘0’ i ‘1’ nie jest ograniczona i
dlatego nie gwarantuje prawidłowej synchronizacji odbiornika,
 Z drugiej strony, torem transmisyjnym dla AS-i jest para przewodów, którą
przesyłane są zarówno dane jak i zasilanie.
 Powyższe przyczyny powodują konieczność stosowania kodu transmisyjnego.
 Przyjęto kod PE (ang. Phase Encodage) zwany też kodem Manchester.
 Reguła kodowania jest następująca: ‘1’ kodowana jest jako przejście w środku
bitu, od poziomu niższego do wyższego, ‘0’ - odwrotnie.
 Zaletą takiego kodowania jest co najmniej jedno przejście dla każdego bitu.
12
Transmisja danych
 Przebiegi w nadajniku kontrolera magistrali AS-i
pokazano na rysunku.
 Słowo nadawane, w naturalnym kodzie binarnym
(rys.a), kodowane jest według reguł kodu PE (rys.b)
a następnie podawane na filtr dolnoprzepustowy.
 Przebieg ten o ograniczonym paśmie
wchodzi na konwerter U/I, na którego wyjściu
otrzymujemy prąd I z przedziału (0...60)mA. Takie
zmiany prądu są forsowane na magistrali (rys.c).
 Oddziaływanie między wyjściem nadajnika a
specjalnym zasilaczem z odpowiednio dobraną
wartością indukcyjności wyjściowej prowadzi do
uzyskania naprzemiennej modulacji impulsowej
(APM - ang. Alternate Puls Modulation) napięcia
zasilającego (rys.d).
 Modulacja APM odpowiada różniczkowaniu
przebiegu z rys.c.
 Amplituda impulsów napięciowych w torze
transmisyjnym wynosi około 2V.
13
Format Ramki
 ST – bit startu, zawsze ST=0,
CB – bit sterujący, 0 - transmisja dane/parametry, 1 – instrukcja sterująca,
A0…A4 – adres modułu slave, 01H…1FH – AS-i-slave 1…AS-i-slave 31,
I0…I4 – bity informacyjne zależne od typu wywołania,
PB – bit parzystości, testowane są bity bez ST i EB, 0 – parzysta liczba ‘1’,
EB – bit stopu, zawsze EB=1.
14
Format Ramki
 Master wysyła telegram zaopatrzony w adres modułu slave.
 Odpowiada wyłącznie wskazany moduł.
 Ta prosta metoda ściśle determinuje czas dostępu każdego punktu do
magistrali.
 Dla sieci AS-i przyjęto częstotliwość zegara równą 167kHz co daje czas
trwania jednego bitu 6μs.
 Master-pauza wynosi co najmniej 3 i maksymalnie 10 odcinków
jednostkowych.
 Jeśli slave jest zsynchronizowany, wtedy już po trzech odcinkach bitowych
przełącza się na nadawanie odpowiedzi. Przy braku synchronizacji
wymagane są dwa dodatkowe bity.
 Jeśli master nie otrzyma bitu startowego odpowiedzi w ciągu 10 bitów
pauzy, przechodzi do następnego wywołania.
 Slave - pauza trwa tylko jeden odcinek czasowy.
 Czas cyklu dostępu w sieci AS-i zależy od liczby modułów podrzędnych;
przy pełnej obsadzie 31 modułów czas cyklu wynosi około 5ms.
15
Transmisja danych
 W systemach sterowania istotnym problemem jest zapewnienie wysokiej
wiarygodności przekazywanych danych.
 Zabezpieczenie transmitowanych w sieci AS-i ramek może wydawać się
słabe. W rzeczywistości wprowadzenie kodowania transmisyjnego PE i
końcowego APM powoduje, że istnieje więcej stref kontroli wynikowego
ciągu.
 W łatwy sposób można wykryć brak transmisji - brak składowej zmiennej.
16
Test przesyłanych danych
Przyjmuje się następujące kryteria testowania ramek transmitowanych w
kodzie APM:
 pierwszy impuls telegramu musi być impulsem ujemnym,
 kolejne pary impulsów muszą mieć przeciwną polaryzację,
 odstęp między sąsiednimi impulsami nie może przekraczać 0,5 okresu
zegara,
 w drugiej połowie bitu (w odniesieniu do nadawanego słowa) zawsze musi
wystąpić impuls,
 liczba dodatnich impulsów, bez bitów ST i EB musi być parzysta,
 ostatni impuls słowa kodowego musi być dodatni,
 po bicie stopu (EB) nie może być impulsów (dotyczy pauzy).
Następnie po przekodowaniu ciągu z kodu APM na kod PE i dalej na kod
binarny, realizowana jest kontrola parzystości odebranej ramki.
17
Funkcjonalność A i B Slave
Kontroler
Master
Master nadaje do A-Slaves
Master nadaje do B-Slaves
Slave 1A
Slave 2A
Slave 31A
Slave 1A
Slave 2A
Slave 31A
Odpowiedź A-Slaves
Slave 1B
Slave 1B
Slave 2B
Slave 2B
Odpowiedź B-Slaves
18
System Solution
AS-Interface integruje funkcjonalność slave’a:
D0 = przełączanie
D1 = ostrzeganie
Jedno połączenie
D2 = włączenie
D3 = test
P0 = timer
AS-Interface
Slave IC
P1 = inverting
P2 = distance
P3 = special function
Sensor
lub
Aktor
energia
 Slave’y z dodatkowymi funkcjami (np. Parametryzacja).
 Diagnostyka slave’ów po sieci
 Aktory i sensory w wysokim poziomie ochrony
19
20
System Solution
AS-Interface moduły umożliwiają podłączenie
konwencjonalnych sensorów i aktorów:
D0 = sensor 1
Jedno połączenie
D1 = sensor 2
D2 = aktor 1
AS-Interface
Slave IC
D3 = aktor 2
P0
Watchdog
energia
Do 4 sensorów
i/lub
Do 4 aktorów
21
Przesył danych i energii
 Każdy telegram jest sprawdzany przez odbiornik (wykrywanie
możliwych błędów). Wykrywanie błędów odbywa się przez sprawdzenie
bitu parzystości i kilku innych niezależnych wartości.
 W ten sposób uzyskana jest niespotykana odporność na wykrywanie
pojedynczych, jak i zbiorowych błędów transmisji.
 Ponowne nadanie pojedynczego telegramu zabiera tylko 150 µs i jest
standardowo dodawane do czasu nadawania.
 AS-Interface może być używane także w środowisku o wysokim stopniu
zakłóceń elektromagnetycznych, jak np. maszyny spawalnicze czy
falowniki.
22
Konfiguracja hardware’owa – on-line
23
Konfiguracja hardware’owa – off-line
24
Moduły bezpieczeństwa oraz moduły standardowe
SAFETY AT WORK
Master PLC
Moduł
standardowy
Moduł
bezpieczeństwa
Przycisk
bezpieczeństwa
STOP
Moduł
bezpieczeństwa
Zasilacz
ASi
Przełącznik
pozycyjny
Kurtyna świetlna
bezpieczeństwa
Moduł
standardowy
25
Switch NET
SAFETY AT WORK
SAFETY AT WORK
Podsumowanie
SAFETY AT WORK
 Integracja wszystkich elementów związanych z bezpieczeństwem
 Diagnostyka magistrali za pomocą sterownika PLC
 Redukcja Hardware’u
Modułów I/O
Rozmiaru szafy sterowniczej
Przewodów
 Skrócenie czasu instalacji, testowania
 Przyspieszenie projektowania, oznaczania przewodów, diagnozowania
 Ułatwienie tworzenia dokumentacji
 Ułatwienie konserwacji
29
Certification
AS-Interface – the industrial standard
Tested and certified products for the customer
30