Tajniki sieci AS-i

Specyfikacja AS-i (Actuator Sensor Interface) obejmuje warstwę fizyczną, łącza danych i aplikacji. Definiowanie wytycznych dla pozostałych warstw nie jest konieczne ze względu na nieskomplikowaną strukturę sieci. Znakiem charakterystycznym standardu AS-i jest pojedynczy, żółty, dwużyłowy przewód, którym przesyłane są równocześnie dane oraz doprowadzane jest zasilanie. Za jego pośrednictwem realizowana jest komunikacja między węzłem nadrzędnym i węzłami podrzędnymi (master-slave) z cyklicznym odpytywaniem.

Komunikacja polega na tym, że urządzenie master rozsyła komunikat, określając w nim adres urządzenia slave, dla którego ta informacja jest przeznaczona. Następnie to drugie potwierdza odbiór danych w określonym przedziale czasowym. Jeżeli tylko urządzenie nadrzędne otrzyma potwierdzenie, wiadomość zostanie uznana za odebraną. W przypadku, gdy do mastera odpowiedź nie dotrze lub odebrane potwierdzenie będzie zawierało błędy, informacja jest wysyłana ponownie.

Mechanizm detekcji błędów transmisji jest rozbudowany i obejmuje m.in. sprawdzanie parzystości i kontrolę integralności danych. Dzięki temu sieci AS-i mogą pracować w trudnych warunkach oraz w obecności silnych zaburzeń - na przykład w pobliżu stanowisk spawalniczych.

DOWOLNOŚĆ TOPOLOGII I ROLA ZASILACZA

Rys. 1. Sieć zbudowana z pięciu segmentów i czterech wzmacniaczy sygnału, o łącznej długości 500 m (źródło: Pepperl+Fuchs)

W sieciach Actuator Sensor Interface dane są przesyłane w paśmie częstotliwości od 50 kHz do 300 kHz, stąd maksymalna długość segmentu sieci jest ograniczona do 100 m. Wykorzystywane pasmo sprawia jednocześnie, że odbicia i tłumienie sygnału są do pominięcia, dlatego też nie występują ograniczenia odnośnie do topologii sieci (dopuszczalna jest nawet konfiguracja w topologii gwiazdy albo drzewa). Ponadto zastosowanie wzmacniaczy sygnału umożliwia zwiększenie maksymalnej długości magistrali.

Ważnym komponentem każdej sieci AS-i jest zasilacz. Spełnia on cztery zadania: dostarcza napięcie o znamionowej wartości 24 V, zapewnia separację od sieci zasilającej, symetryzację oraz odprzęganie zasilania i sygnału informacyjnego. Aby zagwarantować napięcie zasilania na poziomie 24 V nawet dla oddalonych węzłów sieci, napięcie znamionowe po stronie wtórnej ma wartość 30V. Wynika to stąd, że specyfikacja dopuszcza spadek wartości napięcie zasilania o 3 V w obrębie magistrali AS-i oraz o kolejne 3 V na etapie odprzęgania.

AS-I SAFETY I EWOLUCJA STANDARDU

Rys. 2. Zasady, których trzeba przestrzegać w sieci AS-i (źródło: Pepperl+Fuchs)

W obrębie sieci AS-i pracować mogą również urządzenia bezpieczeństwa. Sieć zawierająca takie węzły ma także tzw. monitory bezpieczeństwa (monitor safety). Ich zadaniem jest detekcja zdarzeń oznaczających naruszenie zasad bezpieczeństwa, tzn. na przykład wciśnięcie przycisku awaryjnego albo innych nieprzewidzianych sytuacji (przerwy albo błędów transmisji, awarii węzła safety slave, itp.). W razie ich wystąpienia monitory inicjują procedurę wyłączenia urządzenia albo całego systemu.

Komunikacja pomiędzy węzłami safety slave a monitorem bezpieczeństwa jest realizowana w oparciu na specjalnym protokole. "Zwykły" master w sieci AS-i traktuje natomiast urządzenia bezpieczeństwa jak wszystkie pozostałe węzły sieci. Pozwala to zrealizować sieć przemysłową, w której jednocześnie z jednej magistrali korzystają elementy zabezpieczające i inne urządzenia.

W tabeli 1 podsumowano zmiany, jakie na przestrzeni lat zaszły w specyfikacji AS-i. Przy przejściu od wersji 2.0 do 2.1 podwojono liczbę stacji w sieci z 31 do 62. W tym celu wykorzystano tzw. rozszerzone adresowanie. Jeżeli ta opcja jest wykorzystywana, to każda stacja może mieć maksymalnie 4 wejścia i 3 wyjścia cyfrowe. Rozszerzone adresowanie nie dotyczy elementów bezpieczeństwa i układów analogowych. Objęto je nimi dopiero w wersji 3.0.

ZASADY, KTÓRYCH TRZEBA PRZESTRZEGAĆ

Zmiany w specyfikacji AS-i

Oprócz samego żółtego kabla charakterystyczna dla standardu AS-i jest łatwość jego podłączenia (metoda click and go, częściej określana jako piercing). Uproszczenie tego zadania nie powinno jednak uśpić czujności projektanta sieci. Aby działała ona prawidłowo, musi on bezwzględnie przestrzegać kilku zasad. Najważniejsze z nich zostały zabrane w dokumencie pt. AS-Interface Maintenance and troubleshooting guide udostępnionym w Internecie przez firmę Pepperl+Fuchs.

Zastrzeżono tam m.in., że poprawnie zbudowana sieć AS-i powinna się składać z pojedynczej bramy/skanera oraz jednego zasilacza w danym segmencie sieci. Jeżeli stosuje się wzmacniacz sygnału, trzeba pamiętać, że na jego wyjściu dostępny będzie wyłącznie sygnał informacyjny. Dlatego w każdym następnym segmencie również wymagany jest zasilacz, ale tylko jeden (gdy trzeba zapewnić redundancję, należy zastosować listwę rozdzielającą).

Zatem w sieci z czterema repeaterami zainstalować należy pięć zasilaczy (rys. 1). Nie powinno się ponadto używać tego samego zasilacza do zasilenia dwóch sieci. Nie wolno też umieszczać więcej niż dwóch wzmacniaczy sygnału pod rząd (rys. 2a) - w zamian zaleca się połączenie w topologii gwiazdy "wokół" bramy/skanera.

Oprócz tego nie należy prowadzić kabla AS-i bezpośrednio obok i równolegle do źródła zaburzeń - zalecana odległość to co najmniej 0,2 m (rys. 2b). Nie powinno się mocować "żółtego" kabla i "czarnego" kabla (jest to dodatkowy kabel zasilający, o napięciu większym, niż te standardowe w sieci AS-i) jeden na drugim (rys. 2c). Nie wolno także uziemiać kabla AS-i (rys. 2d), inaczej jakość transmisji się pogarsza albo ta ostatnia jest w ogóle niemożliwa.

Monika Jaworowska