A ctuator S ensor Interface

1. 1 Actuator Sensor Interface

2. 2 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,

3. linia gwiazda drzewo control control control Master 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 Topologia sieci • Moduły mogą tworzyć sieć o konfiguracji liniowej, gwiaździstej lub drzewiastej

4. 4 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,

5. 5 Technologia łączenia Master • 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, bus AS-Interface electromechanic Host M a s t e r Nadaje M a s t e r SL 1 SL 1 SL 2 SL31 1 1 2 31 S l a v e Odpowiadają

6. 6 Technologia łączenia Blok dokujący • bezpośrednie i łatwe połączeniesensorów/aktorów lub modułów, • specjalna konstrukcja kabla, • dwa przewody dla danych i zasilania, • izolowane połączenie przeszywające • łatwa technologia łączenia, • bezpieczne połączenia, • ochrona do poziomu IP67, • nie wymagane ściąganie izolacji, • montaż w każdej płaszczyźnie, AS-Interface electromechanic Połączenie przeszywające Konstrukcja kabla

7. Slave Slave Slave Slave 7 Łatwa rozbudowa Możliwość dołączenia nowej linii tam gdzie jest potrzebna Możliwość dołączenia węzła tam gdzie jest potrzebny

8. 62 31 Fault I-1 I-2 Power A D 8 AS-Interface • 62 Slaves dołączone do jednego Mastera / A- i B-Slaves • pełna kompatybilność w dół • 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 • łatwe utrzymanie • transmisja wartości analogowych • brak nadmiernego opóźnienia czasowego • automatyczne rozpoznanie wartości analogowych • konfiguracja urządzeń bez dodatkowych narzędzi

9. 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 AS-Interface

10. zasilanie Moduły wej/wyj gateways aktory Master plc / pc sensory Elementy bezpieczeństwa Systemy zintegrowane Akcesoria repeater, extender 10 Zasięg produktów

11. 11 Rozbudowa sieci AS-Interface Rozszerzony • Ilość Slaves 31 62 • Ilość wejść wyjść 124 I +124 O 248 I + 248 Siemens (496 I and 496 O) • max. Czas cyklu 5 ms używając A + B Slaves max.10 ms • transmisjaprzez specjalny blokzintegrowane w masterze wartości analogowych aż do 124 wartości analogowych

12. 12 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.

13. 13 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.

14. 14 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.

15. 15 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.

16. 16 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.

17. 17 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.

18. Kontroler Master Master nadaje do A-Slaves Master nadaje do B-Slaves Slave 1A Slave 2A Slave 31A Slave 1B Slave 2B Slave 1A Slave 2A Slave 31A Slave 1B Slave 2B Odpowiedź A-Slaves Odpowiedź B-Slaves 18 Funkcjonalność A i B Slave

19. D0 = przełączanie D1 = ostrzeganie Jedno połączenie D2 = włączenie D3 = test P0 = timer SensorlubAktor P1 = inverting AS-InterfaceSlave IC P2 = distance P3 = special function energia 19 System Solution AS-Interface integruje funkcjonalność slave’a: • Slave’yz dodatkowymi funkcjami (np. Parametryzacja). • Diagnostyka slave’ów po sieci • Aktory i sensory w wysokim poziomie ochrony

20. 20

21. D0 = sensor 1 Jedno połączenie D1 = sensor 2 D2 = aktor 1 AS-InterfaceSlave IC D3 = aktor 2 P0 Watchdog Do 4 sensorów i/lub Do 4 aktorów energia 21 System Solution AS-Interface moduły umożliwiają podłączenie konwencjonalnych sensorów i aktorów:

22. 22 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.

23. 23 Konfiguracja hardware’owa – on-line

24. 24 Konfiguracja hardware’owa – off-line

25. SAFETY AT WORK Moduł standardowy Moduł standardowy Moduły bezpieczeństwa oraz moduły standardowe Przycisk bezpieczeństwa STOP Master PLC Moduł bezpieczeństwa Moduł bezpieczeństwa Zasilacz ASi Przełącznik pozycyjny Kurtyna świetlna bezpieczeństwa 25

26. Switch NET 26

27. SAFETY AT WORK

28. SAFETY AT WORK

29. 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

30. 30 Certification AS-Interface – the industrial standard Tested and certified products for the customer