Co to jest AS-Interface?
Celem tej publikacji jest przybliżenie Państwu konecpji AS-Interface, bez zbędnego wnikania w szczegóły techniczne, które będą wyjaśnione w innym miejscu serwisu www.as-i.pl. Tutaj skupimy się odpowiedzi na takie pytania jak:
- Co to właściwie jest AS-Interface?
- Jakie są cechy szczególne interfejsu ASi?
- Jakie praktyczne korzyści dla użytkownika przynosi zastosowanie ASi?
Dokładny opis techniczny jest w opracowaniu i będzie wkrótce dostępny. Zapraszam do zapisania się do listy mailingowej (TUTAJ), dzięki czemu będą Państwo na bieżąco informowani o nowych publikacjach i zmianach w serwisie.
AS-Interface
AS-Interface jest znormalizowanym (EN 50295 i IEC 62026-2) światowym systemem sieciowym. Jest to system łączący czujniki i elementy wykonawcze ze sterownikiem nadrzędnym, z wykorzystaniem wspólnego interfejsu transmisji danych. ASi pojawiło się na rynku w 1990 roku jako wspólny projekt największych firm z branży automatyki przemysłowej.
Jest to system oparty na technologii Master-Slave z cyklicznym odpytywaniem, wykorzystujący jednego Mastera na sieć. Master komunikuje się z urządzeniami podrzędnymi bazując na ich unikalnych adresach. Jako że odpytywanie jest cykliczne sam system jest czysto deterministyczny, co czyni go systemem przewidywalnym.
Mówiąc najprościej: AS-i jest systemem wymagającym niewielkich nakładów na instalację i konserwację, zapewniającym wysoki poziom oszczędności w zakresie nakładów finansowych i czasu instalacji. Dodatkowo jest to jeden z najprostszych interfejsów sieciowych, dzięki czemu możliwa jest jego pełna obsługa bez specjalistycznej wiedzy i kosztownych narzędzi.
Dane i zasilanie w jednym przewodzie
Sam skrót AS-i oznacza “Actuator Sensor Interface”, a więc jest to interfejs łączący ze sobą wszystkie elementy znajdujące się na najniższym poziomie piramidy automatyzacji. Magistralę komunikacyjną stanowi jeden, dwużyłowy i nieekranowany przewód profilowy – Przewód ASi.
Przewód ASi jest odpowiedzialny zarówno za zasilanie urządzeń podrzędnych, pracujących w danej sieci, jak i za przesyłanie danych między Masterem a tymi urządzeniami. Natomiast jego specjalny kształt spełnia dodatkowe zadanie, chroniąc instalatora przed przypadkowym odwróceniem polaryzacji.
Komponenty sieci AS-Interface
Oprócz wspominanego powyżej przewodu ASi, który jest oczywiście niezbędnym elementem każdej sieci ASi, rozróżniamy dodatkowo trzy komponenty, bez których sieć ASi nie może istnieć.
Master ASi
Master sieci ASi jest absolutnie niezbędnym elementem interfejsu. Odpowiada on za koordynację wymiany danych w sieci oraz, w zależności od producenta, dostarcza mniej lub bardziej zaawansowanej miejscowej diagnostyki doraźnej. Sam Master jest najczęściej elementem bramki logicznej, udostępniającej dane do sterownika PLC, z wykorzystaniem nadrzędnej sieci przemysłowej.
Co bardzo istotne sieć AS-Interface nigdy nie była pomyślana jako osobny, niezależny system sieciowy. Od początku istnienia było to rozwiązanie przeznaczone do współpracy z nadrzędnymi systemami automatyki przemysłowej. Dlatego też praktycznie każdy Master ASi jest częścią Gateway (bramki do interfejsu nadrzędnego).
Kompatybilność jest, i zawsze była, cechą charakterystyczną AS-Interface. Wśród jednostek nadrzędnych znajdują się bramki do wszystkich standardowych interfejsów przemysłowych:
Master ASi może być dodatkowo wyposażony w zintegrowany Monitor Bezpieczeństwa, a więc element umożliwiający integrację obsługi sygnałów bezpiecznych w sieci ASi. Co istotne funkcjonalność bezpieczeństwa jest dostępna z wykorzystaniem dokładnie tego samego przewodu, w którym następuje obsługa sygnałów standardowych. Dodatkowe informacje na temat ASi Safety At Work zostaną omówione w innej publikacji.
Sam dobór odpowiedniej jednostki nadrzędnej zależy od wymagań samej aplikacji i sposobu w jaki komunikacja ma być przeprowadzana. Warto wspomnieć, że Gatewaye mogą być wyposażone w 1 lub 2 Mastery ASi, co wydatnie zwiększa ilość możliwych do zainstalowania modułów podrzędnych, zapewniając jednocześnie znacznie większy zasięg sieci ASi. W przypadku rozwiązania z dwoma Masterami, gdzie Gateway jest wyposażony w zintegrowany Monitor Bezpieczeństwa, Monitor ma dostęp do obu sieci obsługiwanych przez tą jednostkę nadrzędną.
Moduł podrzędny ASi
Do modułów podrzędnych zaliczamy wszystkie elementy instalowane na przewodzie ASi, posiadające unikalny adres komunikacyjny i wymieniające dane z Masterem ASi. Jest to najbardziej zróżnicowana grupa elementów AS-Interface, definiująca, w sposób bezpośredni, możliwości aplikacyjne interfejsu.
Rozróżniamy klika podziałów modułów podrzędnych, m.in. z uwagi na stopień ochrony (IP20, IP67), wykonywane funkcje aplikacyjne (moduły standardowe, moduły bezpieczeństwa, moduły specjalne) czy też ich wykonanie mechaniczne (moduły standardowe, aktywne dystrybutory ASi, czujniki/urządzenia wykonawcze ze zintegrowanym chipem ASi).
Oprócz standardowych modułów wejść/wyjść cyfrowych dostępny jest szereg modułów specjalnych, uproszczających instalacje i oprogramowanie, jak również rozszerzających zakres możliwości ASi. Do niektórych z takich modułów zaliczamy:
autonomiczny przycisk E-STOP, zamek mechaniczny, itp.
moduł podrzędny ASi będący Masterem IO-Link (dostępne również w wykonaniu jednoportowym); Więcej o integracji IO-Link w sieci ASi znajdą Państwo TUTAJ;
moduły silnikowe przeznaczone do współpracy z określonymi typami silników i rolek napędowych (Lenze, Interroll, Itoh Denki, SEW Eurodrive, itd.);
monitory prędkości w zastosowaniach bezpieczeństwa;
moduły wejść/wyjść analogowych (również dla sygnałów bezpiecznych);
moduły licznikowe (kilka informacji TUTAJ)
Nie jest to oczywiście pełna lista rozwiązań specjalnych dostępnych w zakresie modułów podrzędnych ASi, ale daje ogólny pogląd na zakres możliwych zastosowań samego interfejsu. Dobór odpowiednich modułów jest każdorazowo zagadnieniem indywidualnym, w 100% zależnym od mechanicznych i elektrycznych wymagań i możliwości danego projektu. W zakresie doboru służymy oczywiście pomocą (więcej informacji TUTAJ).
Bezpośrednio z modułami i przewodem ASi związana jest jedna z największych zalet omawianego interfejsu, a więc szybkość i prostota montażu. W przypadku sieci AS-Interface i modułów polowych wykorzystujemy tzw. metodę “piercing” (nazywaną również “wampir”). Dzięki tej technologii, możliwe jest podłączanie, wymiana, przesuwanie czy też dodawanie nowych modułów ASi w bardzo prosty, szybki i bezproblemowy sposób.
Każda podstawka modułu polowego posiada specjalne korytka na przewód ASi, uformowane zgodnie z jego profilem (ochrona przed odwróceniem polaryzacji). Specjalne złącza konstrukcji modułów przebijają izolację przewodu ASi, dzięki czemu conajmniej 4 pozłacane igły pionowo przechodzą przez gumową izolację i wbijają się bezpośrednio i pewnie w dwie żyły przewodu ASi.
Tylko ta technologia zapewnia wydatną redukcję kosztu i czasu montażu. Nie ma potrzeby cięcia lub zdejmowania izolacji, czy też zarabiania końcówek, jak to ma miejsce w przypadku standardowych przewodów okrągłych.
Zasilacz ASi/30V
Zasilacz jest ostatnim z niezbędnych komponentów sieci AS-Interface. Poza zasilaniem spełnia on szereg zadań dodatkowych i dlatego nie można o nim zapominać. Podstawowym zadaniem jest oczywiście dostarczanie zasilenie wszystkich elementów podrzędnych. Zgodnie ze specyfikacją ASi zasilanie to mieścić się w zakresie 29,5 do 31,6VDC.
W zakresie naszych produktów posiadamy odpowiednie zasilacze do każdego typu aplikacji. Więcej danych znajdą Państwo TUTAJ.
Zasilacze 30V różnią się delikatnie budową wewnętrzną i umożliwiają zasilanie dwóch sieci ASi z jednej jednostki zasilającej (w przypadku bramek wyposażonych w dwa Mastery ASi)
Podstawowe cechy i korzyści
Do podstawowych cech sieci AS-Interface i wynikających z nich korzyści zaliczamy:
prostą, szybką i bezpieczną metodę montażu
Technologia piercing (opisana powyżej) zapewnia bezpieczeństwo podłączeń elektrycznych, a jednocześnie najwyższy na rynku poziom elastyczności dla montaażu urządzeń. Podczas instalacji przewód ASi pobierany jest z bębna na wymaganą długość, a moduły kolejno na nim zapinane. W przypadku konieczności zmiany położenia jakiegoś z modułów, po prostu przenosimy go w nowe miejsce. Własności wulkanizacyjne przewodu ASi zapewniają utrzymanie wysokiego stopnia ochrony w miejscu gdzie moduł był poprzednio zainstalowany.
kompletny brak ograniczeń topologicznych
Sieć ASi nie ma określonej, koniecznej do stosowania topologii. Oznacza to, że możemy stosować wszystkie znane konstrukcje bez przejmowania się ich wpływem na jakość transmisji. Sieć ASi nie wymaga również terminacji.
Tylko ta cecha zapewnia najwyższy możliwy poziom elastyczności zarówno na etapie projektowania nowego rozwiązania, jak i w momencie rozbudowy, czy też przeprowadzenia koniecznych modyfikacji istniejącej aplikacji.
kompleksowa diagnostyka
Sam Master ASi (wyposażony w wyświetlacz) dostarcza natychmiastowych danych diagnostycznych względem wszystkich błędów pojawiających się w trakcie pracy interfejsu. W większości przypadków nie ma konieczności korzystania z dodatkowego oprogramowania, bo wszystkie informacje są natychmiast dostępne na jednostce centralnej. Dane te są również dostępne jako dane diagnostyczne dla sterownika nadrzędnego (tym samym można je np. wyświetlić na panelu HMI).
Oczywiście dostępne są bardziej zaawansowane narzędzia serwisowo-diagnostyczne, ale w większości przypadków nie są one wymagane przy określeniu pochodzenia błędu w standardowych pracach utrzymaniu ruchu.
wysoki poziom oszczędności (czas i środki)
Wspomniana powyżej metoda montażu nie tylko gwarantuje wysoką elastyczność przy instalacji ale również wydanie skraca czas tej operacji. Czas każdorazowo oznacza środki finansowe, a więc jego skrócenie o połowę oznacza zauważalne oszczędności w zakresie kosztów całego projektu.
Same urządzenia ASi nie są elementami drogimi, a ich zastosowanie zwraca się nawet w niedużych aplikacjach. Dodatkowe cechy (diagnostyka, elastyczność, odpornośc na zakłócenia) są tutaj wartością dodaną.
pełna integracja sygnałów bezpieczeństwa
ASi umożliwia pełną integrację sygnałów bezpieczeństwa w tym samym przewodzie. Nie ma konieczności kładzenia kolejnej magistrali celem obsługi sygnałów odpowiedzialnych za realizację funkcji bezpieczeństwa. Moduły Safety instalujemy na tym samym przewodzie co moduły standardowe, zapewniając jednocześnie spełnienie wszystkich wymagań systemu do SIL3 i PLe.
System ten może być w pełni niezależny od nadrzędnego sterownika PLC lub też ściśle z nim współpracować (np. wykorzystując interfejs Profisafe).
pełna integracja z IO-Link
Więcej informacji na ten tamat znajdą Państwo TUTAJ.
wszechstronność
System ASi jest jednym z najbardziej wszechstronnych rozwiązań jakie są dostępne na rynku. Do dnia dzisiejszego znalazł zastosowanie w tysiącach aplikacji, w różnych gałęziach przemysłu. Im rozleglejsza dana aplikacja tym sieć ASi staje się lepszym rozwiązaniem, ale jest to również ekonomiczna i wygodna alternatywa dla aplikacji małych, jak np. prefabrykacji szaf sterowniczych. Liczba dostępnych urządzeń specjalnych dodatkowo poszerza zakres możliwości adaptacyjnych.
Wszystkie wspomniane cechy i korzyści tworzą obraz AS-Interface jako systemu, któremu zdecydowanie warto się przyjrzeć. Mnogość możliwych rozwiązań (np. modułów podrzędnych) może wydawać się przytłaczająca, ale w praktyce zapewnia większy poziom elastyczności na każdym etapie życia projektu. Co bardzo istotne standard ten w dalszym ciągu się rozwija (ASi5, o którym więcej można znaleźć TUTAJ).
Poniżej schematyczny przykład sieci ASi w pełni zorientowanej na spełnienie założeń koncepcji Przemysł 4.0.
Znajdziemy tutaj:
Sieć ASi oraz ASi5 (więcej o ASi5 TUTAJ)
Pełną integrację z IO-Link (więcej o integracji TUTAJ)
Komunikację ASi z szerokim zakresem możliwych sieci przemysłowych
Wbudowany serwer OPC UA (kilka informacji TUTAJ)
Integrację obsługi sygnałów bezpieczeństwa w tym samym przewodzie i tej samej sieci
Dzielenie sygnałów bezpiecznych z wykorzystaniem opatentowanej technologii SafeLink (więcej informacji już wkrótce)
Bezproblemową obsługę napędów (w tym przypadku Lenze Smart Motor, o czym więcej TUTAJ)
Jest to oczywiście tylko przykład, ale idealnie obrazuje jakie możliwości współpracy ma AS-Interface. Jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie przedstawione powyżej korzyści, ASi staje się praktycznie najlepszym możliwym rozwiązaniem.
PYTANIA / ODPOWIEDZI
Brzmi jak kolejna sieć przemysłowa. Czy to w ogóle ma sens?
AS-Interface nigdy nie powinno być porównywane z sieciami przemysłowymi wyższego poziomu, które oferują czasami znacznie więcej, ale wymagają jednocześnie znacznie większych nakładów finansowych. ASi jest rozwiązaniem skrojonym dla czujników i urządzeń wykonawczych, gdzie koszt jednostkowy na pojedyncze podłączenie jest wartością krytyczną, a prostota rozwiązania jest szczególnie porządna. ASi jest systemem zaprojektowanym do współpracy z sieciami przesyłowymi wyższego poziomu, a nie rozwiązaniem mającym być ich zamiennikiem.
Co oznacza “mniejszy koszt”?
Typowe obliczenia wskazują, że zastosowanie ASi pozwala na ograniczenie o 15-40% kosztów montażu w porównaniu do metod tradycyjnych. Jednak, jak pokazuje doświadczenie, oszczędności te osiągamy również na innych etapach operacyjnych. Przykładem może być prosta rozbudowa, bezproblemowe przenoszenie modułów czy też diagnostyka miejscowa – wszystko co wpływa na znaczną redukcję czasów postoju.
System jest cyfrowy. Czy to oznacza, że jest zbyt skomplikowany dla prostych zadań automatyzacji?
Absolutnie nie. Praktycznie rzecz ujmując, prostota ASi znacznie pomaga w każdego typu aplikacjach przemysłowych (i nie tylko). Zrozumienie działania ASi jest bardzo proste, a tym samym aplikacja tego rozwiązania w określonym zastosowaniu staje się bezproblemowa. Instalacja sieci jest znacznie szybsza niż ma to miejsce w przypadku rozwiązań standardowych, czy tez konkurencyjnych, i liczy się ją w minutach a nie godzinach. Podobnie jest z utrzymaniem ruchu. Miejscowa diagnostyka pozwala na natychmiastowe znalezienie źródła błędu i jego usunięcie.
Dane i zasilanie w tym samym przewodzie? Co z zakłóceniami RFI?
Inżynierowie o tym pomyśleli. Zasilanie z reguły pochodzi z zasilacza ASi, który separuje je od sygnałów. Co więcej, sam sygnał jest modulowany w specjalny sposób, który zapewnia odporność na zakłócenia elektromagnetyczne – zarówno przy radiacji jak i absorpcji energii. Dodatkowo, urządzenia wymieniające dane mają zaimplementowane programowe systemy zabezpieczenia, gwarantujące stabilność działania i bezpieczeństwo danych.
Ile mocy ASi może dostarczyć?
Standardowo, sieć ASi jest przewidziana do maksymalnie 8A. Sam przewód może przenieść większe wartości prądu.
Ile możemy podłączyć urządzeń podrzędnych?
Ilość urządzeń podrzędnych zależy od wersji ASi z jaką pracujemy. V1 (rzadko spotykana) umożliwi połączenie maksymalnie 31 takich urządzeń na magistralę (na Mastera). Wersje wyższe (ASi2.1; ASi3) umożliwiają skorzystanie z 62 modułów podrzędnych (standardowych). Najnowsza wersja, ASi5, zapewnia jeszcze większe możliwości, w zależności od pewnych parametrów. W sytuacji optymalnej jest to 96 modułów podrzędnych, z których każdy może wymienić znacznie więcej informacji niż to ma miejsce w wersji ASi3.
Czy ASi się nadal rozwija, czy też jest to standard “umierający”?
To, że ASi umiera jest największym mitem ostatnich kilkunastu lat. ASi rozwija się bardzo mocno, a wprowadzenie ASi5 jest tego najlepszym przykładem. W dalszym ciągu trwają prace rozwojowe i w kolejnych latach możemy się spodziewać kolejnych udoskonaleń tego interfejsu i jeszcze pełniejszej integracji z systemami spełniającymi założenia koncepcji Przemysłu 4.0.
