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          傳感器/執行器接口 (AS-i) 的特色、技術與應用

          發表時間:2015-11-26 14:12

            現場總線系列介紹一:

            傳感器/執行器接口 (AS-i) 的特色、技術與應用

            1. 1AS-I國際

            AS-I國際是AS-I全球用戶的貿易組織。該組織成立于1991年,由AS-I早期的成員公司組建,這些公司都有著自己的戰略和利益。他們知道,只有獨立的用戶組織才能把這項新技術推薦給用戶,也只有這樣才能使這項技術取得成功。 AS-I國際由此誕生。該組織的使命為“推廣使用二進制傳感器和執行器總線接口。”

          傳感器/執行器接口 (AS-i) 的特色、技術與應用

            20多年后的今天,我們發現,AS-I是一種最低層的現場總線,不同于其他較高層的現場總線。此外,對AS-I國際協會僅用“推廣”這一詞語還不夠,在現實中,它參與了更多的活動。

            AS-I制造商和AS-I國際之間的互動是有效合作的一個范例。作為技術驅動的公司,廠商可以專注于他們做得最好的內容:創新功能、更好產品和系統的開發。一般的市場營銷行為由AS-I國際實施。在世界范圍內開拓新市場,是該組織的主要任務之一。成員們很樂意看到用系統開拓市場的巨大優勢,沒有浪費寶貴的營銷預算,可以說物超所值。因此,長期和全球的存在對每個成員公司都有利–無論對大型企業、中小型企業、初創企業都一視同仁。

            永久存在和積極活動非常重要,因為AS-I國際是AS-I的標志,如果該組織不斷創新、不斷發展,確實能夠贏得了客戶認可和市場份額。 AS-I國際在全球的布局-- 當地子公司也提供了這種存在。他們保持了與工業企業、科研院所、政府機構的聯系,舉辦各種展會和路演,提供研討會和培訓班,開展多方的業務往來等。

            AS-I國際協會(落座在德國)是商標的持有者和守護者,也參加重要的技術展會。此外,AS-I國際協會負責協調成員在各國的活動。AS-I已成為全球自動化儀器儀表的匯集點,如: www.as-interface.net,是全世界AS-I社區的溝通平臺,其中包括制造商、用戶、研究院和大學。

            AS-I國際是由350多個成員組成的全球性社區。今天,在三大洲有12個獨立的本地組織提供了對本地和國際市場的訪問,用高效和經濟的技術,實現長遠的戰略目標--在自動化的最底層,通過AS-I向全球市場滲透。

            1.2用AS-I 實現自動化

            自動化的歷史基本上與工業革命的歷史相同步。當詹姆斯·瓦特讓蒸汽機為人們工作時,他已經開始考慮如何優化它的控制系統了。該問題是:我怎樣能操作一臺蒸汽機,與負載無關而保持恒定和一致的轉速?該解決方案是使用一臺離心調速器。從此,在機器旁的工人可以安心地工作,轉速的調節實現了自動化。

            到了20世紀60年代,機械解決方案記錄了自動化系統的誕生。當時電腦還不存在,機器和自動化系統之間的邏輯關系使用的是硬接線與繼電器觸點。在工業計算機和可編程邏輯控制器引入后,又有了新的控制方式,自動化系統能對大量的請求做出靈活的響應。系統的解決方案也呈爆炸式的增長,今天有了眾多的解決方案可供選擇。所以現在實施自動化方案最需要考慮的問題是:不要一葉障目不見泰山。

            AS-I技術的“符號”是:黃色兩芯扁平電纜。

            1.3 簡單是AS-I系統的優勢

            今天,技術系統創新的程度正比于解決方案的復雜性,這會導致經濟上的投資費用過高。因此,接受一項新技術需要一個緩慢的過程。 AS-I是以一個完全不同的目標而開發的。它被假定為:簡單和經濟。

            AS-I的開發目標不是要給出自動化全方位的通用現場總線,而是在較低的現場層使用的一種經濟系統。AS-I使用一種簡單的安裝技術,鏈接二進制傳感器和執行器,然后再將它們連接到更高的控制層。 AS-I的發明者顯然已經實現了他們的目標。直到今天,該系統閃亮的因素主要有以下令人印象深刻的優點:

            ● AS-I使用一根兩通道扁平電纜,將電力提供給組件的同時實現數據傳輸。為了簡單布線,去掉了復雜的樹型結構,從而節省了材料成本和安裝成本。

            ● AS-I使用簡單的刺入技術進行安裝。使用一種“刺入即完成”的方法,使安裝人員能夠安全無誤地安裝組件。

            ● AS-I可以與任何一種網絡拓撲一起使用。

            ● AS-I簡單的配置選項令人印象深刻。這不僅降低了啟動時間,而且還實現了更快的故障排除,因此,降低了工廠的停機時間。

            使用AS-I刺入技術使安裝非常容易:

            安裝底座和AS-I組件的模塊是分開的。

            把AS-I電纜-- 通過非對稱形安裝能避免出錯-- 放置在AS-I組件的安裝底座中。

            底座和模塊的安裝使用簡單的工具即可完成。

            成功了!

            刺入技術保證了AS-I組件與AS-I網絡的可靠連接。

            1.4系統特色

            經濟且簡單

            工業對現代自動化系統有各種需求,但他們總是包括簡單的操作和最佳的價格性能比。 AS-I提供了這一功能。該系統著眼于最低的現場層,使用方便、可靠、經濟。

            今天,AS-I是工廠自動化的一個組成部分。許多傳感器和執行器可以通過標志性的AS-I兩芯扁平電纜進行通信和供電。傳統有線系統中最常見的樹型結構,為了布線簡單,在這里被除掉了。因此,線路布線結構簡單,接線過程也非常容易,即使沒有培訓的人員也可以操作,這里采用了可靠的機械“刺入即完成”的技術,省去了很多的安裝材料,結果節省了大量成本。 AS-I被證明是對常見現場總線解決方案的一個有用補充,無論是從技術角度還是經濟角度。 AS-I是一種最底層的智能布線系統,不是取代而是補充復雜的網絡方案。

            自由網絡拓撲結構有利于AS-I網絡的安裝,因為它簡化了網絡的布置。其他網絡對錯誤的敏感性往往會導致安裝的延誤。因此,AS-I系統的最具優勢的特色之一就是減少了潛在錯誤。由于使用了非對稱扁平電纜,防止了因極性反接而造成的錯誤。

            AS-I不僅為用戶提供了多種多樣的產品,而且有眾多生產廠家的技術支持。選擇多是AS-I的特色之一。每年,無數新奇和創新的產品成了市場繁榮的一部分。

            方便、安全的刺入技術

            AS-I的安裝方便是通過特殊的安裝技術實現的,也被稱為刺入技術,或稱為刺入既完成技術。該技術是基于(典型的)黃色的扁平電纜,非對稱機械防止反極性。在安裝過程中,該設備的刺針穿透電纜的導體,建立可靠的電氣連接。這種技術還提供許多優點:

            ● 直接和方便的傳感器/執行器或模塊的連接;

            ● 反極性保護;

            ● 數據和電源在同一條電纜上傳輸;

            ● 穿刺技術:

            o 最簡單的連接技術;

            o 安全連接;

            o IP67防護等級。

            ● 不需要剪斷電纜,也不需要剝線和安裝線鼻子;

            ● 拆卸和重接也沒有問題,因為電纜具有“自愈能力”。

            AS-I支持任何拓撲

            AS-I協議保證了該系統很容易擴展。該AS-I網絡可以像任何傳統的電氣安裝配置。每個從站可以自由尋址,并且可以連接到總線電纜的任意點。這是一種使模塊化的設置。此外,由于可靠地操作原理,沒有結構的限制??梢允褂萌魏尉W絡拓撲結構,甚至是星形或樹形拓撲。

            2.1標準的現場總線

            AS-I是全球唯一標準化的面向比特的現場總線。

            AS-i用扁平電纜取代了“線束”

            執行器/傳感器接口或AS-Interface,簡稱為AS-I,是自動化系統中一種最低現場級的連接系統。AS-i通過單一電纜取代了先前的電纜束??梢匀菀椎剡B接命令設備、變速三相電機、光柵、感應式接近開關和更復雜的設備(通過AS-i模塊),例如通過現場級的控制器、AS-I主站、AS-i電纜連接過程閥。

            AS-I可以實現標準數據和安全數據在同一電纜上傳輸。也就是說,機器或系統的緊急停止可以通過AS-i實現。

            AS-I的基本技術數據:

            ● 主 - 從原則;

            ● 沒有結構限制;

            ● 數據和電源在一條兩芯電纜上傳輸;

            ● 抗噪聲;

            ● 介質:非屏蔽電纜2×1.5平方毫米;

            ● 信號、數據的電源最多8A;

            ● 典型的,每個從站:4個輸入+4輸出,其他的組合,從1到16個輸入和輸出;

            ● 可在機柜或環境惡劣的工業現場安裝,安全防護等級IP67;

            ● 刺入技術;

            ● 段長度:100米,段可以使用中繼器擴展,最長可達300米。高效通信錯誤檢測/防御

            ● 易于啟動;

            ● 通過總線連接的電子地址配置;

            ● 完全向后兼容。

            AS-I 是網絡系統在現場級的開放標準

            AS-I的電氣和機械規范是由11家活躍在二進制傳感器和執行器領域的公司編制的。該規范可對該領域有需求的公司使用。這使得AS-i成為一個開放的、異構的標準。

            AS-I國際協會“推廣使用二進制執行器和傳感器總線”為宗旨,負責推廣AS-i系統的應用和傳播;為一般用戶提供各種規范、標準、認證等服務。

            AS-I標準的演化

            從AS-I推出到現在,AS-i國際已經發布了三版標準,每版都有功能上的擴展和改進。

            2.2 AS-i系統組件概述

            在AS-i系統中的組件包括:

            AS-i主站;

            AS-i從站;

            AS-i電纜;

            AS-i電源;

            尋址單元(在某些情況下,集成在主站中);

            診斷單元;

            安全監視器;

            中繼器;

            擴展器;

            擴展插頭。

            2.3 AS-i主站

            一般提供了以下AS-i主站類型:

            標準AS-i主站

            最多31個標準AS-i從站,有擴展尋址模式的AS-i從站可以連接到標準的AS-i主站。

            擴展AS-i主站

            有擴展尋址模式的AS-i從站可以成對(編程為A或B從站)與擴展AS-i主站連接,并可使用相同的地址。這使可尋址的AS-i從站數增加到了62個。

            2.4 AS-i從站

            AS-i主站能夠尋址的所有節點都稱為AS-i從站。

            AS-i從站具有以下類型可供選擇:

            AS-i模塊。AS-i模塊用于連接傳統的傳感器和執行器;

            具有集成AS-i連接的傳感器/執行器。具有集成AS-i連接的傳感器/執行器可以直接連接到AS-I總線;

            傳感器和執行器根據其用途分為現場模塊和機柜模塊。

            2.5其他AS-i系統組件

            AS-i電纜

            AS-i電纜是一種無屏蔽的雙線電纜,傳輸信號,并為AS-I模塊連接的傳感器和執行器提電。網絡不限于一種類型的電纜。如果需要,適當的模塊或“T塊”可以用來改變簡單的2線電纜。

            AS-i電源單元

            該AS-i電源單元為連接到AS-i總線的AS-i節點供電。對有特別高功率要求的執行器,可能要連接附加的負載電源(例如,特殊應用模塊)。

            尋址單元

            該尋址單元允許對AS-i從站地址的簡單編程。(在某些情況下,集成在AS-i主站中。這意味著不需要單獨的尋址單元。)

            AS-I分析儀

            該AS-I分析儀用來檢測AS-i網絡在安裝過程中的錯誤,例如在極端負載時的接觸不良或電磁兼容(EMC)問題,可通過該設備檢出。這可以用來評價對整個網絡的質量。該AS-I分析儀還可以為調試和維修創建檢測報告。

            安全監視器

            該安全監視器是工作的安全核心。在PC上配置的安全應用包括了安全監視器。用戶可以選擇一些特定應用模式(例如急停功能,停止類別0或1的選擇)。作為選項,用戶可以充分利用該診斷功能,監視器還可以對AS-i地址進行操作。

            中繼器

            在系統的規劃中,中繼器用于擴展AS-I段的長度,提供更大的自由度,擴展了AS-I可能的用途。停機時間和維修時間也因此減小,因為AS-I電源的狀態可在每側顯示(單獨的電源)。

            擴展器

            擴展器用于擴展主站與AS-i從站之間AS-I段的距離,最大為100米。在主站邊,不需要額外的電源。擴展器擴展AS-I的可能用途與中繼器大致相同。這里,從站只能用在擴展器的下游(從主機的角度看)。

            擴展插頭

            使用擴展插頭時,AS-I段的最大電纜長度可達200米。擴展插頭是一個無源組件,連接離AS-I網絡電源最遠的部分。一臺電源可為200米長的從站供電。在擴展插頭中的欠壓檢測系統中能監視AS-i電壓,診斷指示燈能顯示功率是否足以達到總線電纜的末端。

            3. AS-I的應用

            3.1 交通自動化

            應用領域:

            •地鐵站;

            •公共交通;

            •自動扶梯,自動人行道。

            用戶/地點:

            埃森威克斯公司,中央控制系統。

            任務/定義:

            •控制和監測35個地鐵站中的設備。

            3.2 機場自動化

            應用領域:

            •樓宇自動化;

            •物料輸送;

            •行李分揀。

            用戶/地點:

            •首都國際機場,北京。

            任務/定義:

            •70公里長的貨物處理;

            •有效抵抗外部因素干擾;

            •設備使用效率較高;

            •易于維護。

            3.3 娛樂自動化

            應用領域:

            •主題公園;

            •過山車;

            •安全技術。

            用戶/地點:

            •六旗(Six Flags)主題公園,芝加哥。

            任務/定義:

            •可靠的控制;

            •通用兼容性;

            •運動娛樂設施的絕對可靠性;

            •急停技術。

            3.4 食品飲料自動化

            應用領域:

            •流程自動化;

            •特種機器制造商;

            •飲料行業。

            用戶/地點:

            •克朗斯股份公司,特勞普林。

            •灌裝工廠。

            任務/定義:

            •更少的電纜;

            •降低成本;

            •減少機柜空間;

            •簡化工程;

            •結合標準和安全應用;

            •易于擴展。

            4.總結

            AS-I的優勢:

            •在惡劣的工業環境中,最低現場層經濟布線的概念;

            •通過網關、鏈接或網絡耦合器,可以連接所有的通用現場總線系統;

            •網絡拓撲的自由選擇;

            •簡單和經濟的安裝,連接成本低;

            •使用非對稱扁平AS-I電纜,安裝基本沒有錯誤;

            •消除了傳統的樹型拓撲結構,在機柜內有更多的空間;

            •易于配置;

            •易于診斷;

            •模塊化。

           

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