Drugie życie standardu AS-I

ZAWSZE BLISKO MASZYNY

Rys. 1.

Rozwijający się przemysł lat osiemdziesiątych potrzebował szybkiej i prostej w konserwacji sieci do przesyłu małej liczby danych (kilka bitów). Miała ona głównie obsługiwać przełączniki dwustanowe (czujniki ciśnienia, termostaty, czujniki indukcyjne, wyłączniki krańcowe, detektory metali itp. oraz przekaźniki, zawory, oświetlenie ostrzegawcze itp.). Są to podstawowe elementy automatyki przemysłowej, montowane bezpośrednio na maszynach produkcyjnych, dlatego założenia przy konstruowaniu standardu AS-I były następujące:

• praca w trudnych warunkach przemysłowych,
• odporność na zakłócenia elektromagnetyczne,
• brak ograniczenia topologią,
• prosty serwis, konserwacja i rozbudowa systemu,
• przesyłane są głównie sygnały binarne.

W wyniku realizacji tych założeń powstał system AS-I (Actuator Sensor Interface => komunikacja czujnik - element wykonawczy), który w pierwotnej wersji potrafił obsłużyć do 124 sygnałów wejściowych i 124 sygnałów wyjściowych. Kolejne wersje standardu zostały rozbudowane między innymi o obsługę sygnałów analogowych oraz zwiększenie liczby adresowanych urządzeń i sygnałów binarnych.

Fot. 1. Aktywny moduł slave, 2 wejścia cyfrowe, 2 wyjścia cyfrowe

Warstwa fizyczna standardu - okablowanie i podłączanie urządzeń - zostało potraktowane w nowatorski sposób. W celu maksymalnego uproszczenia obsługi sieci zdecydowano się odejść od typowego, okrągłego przewodu ekranowanego na rzecz trapezoidalnych przewodów płaskich. Takie rozwiązanie pozwala na podłączanie komponentów sieci metodą wkłuwania w żyły przewodów za pomocą specjalnych klipsów. Klipsy te, dzięki charakterystycznym, trójkątnym stykom przekłuwającym izolację przewodu i żyły, noszą żargonową nazwę "wampirków" (rys. 1).

Specyficzny, niesymetryczny kształt przewodu pozwala w naturalny sposób dbać o odpowiednią polaryzację styków. Przewodu nie można włożyć do klipsa w odwrotny sposób, całkowicie wyeliminowano więc niebezpieczeństwo pomyłek co do kolejności żył. Jednocześnie uzyskano, chyba niezamierzony pierwotnie, efekt marketingowy. W gąszczu okrągłych, najczęściej fioletowych przewodów, żółte wstęgi sieci AS-I są łatwe do zauważenia. Od razu wiadomo, w jakim standardzie pracują dane urządzenia.

Dzięki powyższym rozwiązaniom, standard AS-I znalazł uznanie wśród pracowników utrzymania ruchu w zakładach przemysłowych i jest określany jako bardzo "bezproblemowy". Nie chodzi tu tylko o łatwość konfiguracji systemu czy jego odporność na awarie. Szczególnie wygodne okazuje się podłączanie nowych elementów systemu za pomocą "wampirków", ponieważ nie wymaga to fizycznego rozłączania sieci. Natomiast wspomniana wcześniej dowolna topologia sieci oznacza możliwość wpinania komponentów w praktycznie dowolnym miejscu przewodu. Przykładowe rozwiązania klipsów - modułów I/O przedstawiono na fotografiach 1 i 2.

PRZEWODY SĄ KLUCZOWE

Fot. 2 Pasywny klips złącze M12 => AS-I

Idea klipsów wkłuwających się w przewód oznaczała wyzwanie dla producentów okablowania, ponieważ należało założyć, że po jakimś czasie eksploatacji sieć będzie modyfikowana i zaistnieje potrzeba przeniesienia klipsa w inne miejsce przewodu. Wówczas po demontażu klipsa zostaną otwory w izolacji sięgające aż do żył miedzianych. Dlatego do konstruowania wstążek AS-I należało użyć substancji, które po usunięciu przebijających styków "zakleją" pozostałe nacięcia.

Czasami używa się pojęcia - substancja samowulkanizująca - a to bezpośrednio kojarzy się z tworzywami na bazie gumy. Tak jest w istocie, izolacje standardowych przewodów AS-I wykonywane są z gumy EPDM znanej właśnie z przemysłu oponiarskiego, ale także wykorzystywanej w przemyśle do produkcji węży hydraulicznych. Poza właściwościami samowulkanizacji, izolacja z gumy EPDM jest dobrze odporna mechanicznie i chemicznie.

Obecnie przewody AS-I wykonuje się także w innych rodzajach izolacji, w zależności od rodzaju przemysłu i zagrożeń, jakie on generuje. Spotykamy przewody w izolacjach na bazie popularnego PVC a także specjalistyczne przewody w izolacjach z termoplastycznych elastomerów (TPE). Wersje w PVC szczególnie nadają się do miejsc o podwyższonym ryzyku pożarowym, gdyż spełniają normę PN-EN 60332-1-2, co określa je jako przewody samogasnące. Wykonania w izolacjach z TPE sprawdzą się w środowiskach silnie zaolejonych, takich jak obrabiarki numeryczne, prasy czy inne obszary związane z obróbką metalu.

Standardem jest kolorystyka przewodów. Przewody magistralowe mają kolor żółty (RAL 1023), co sprawia, że są doskonale widoczne w obszarze urządzeń. Kolor czarny (RAL 9005) zarezerwowany jest dla dodatkowych przewodów zasilających, które najczęściej znajdują zastosowanie po stronie urządzeń wyjściowych (np. zawory elektromagnetyczne). Takie urządzenia potrzebują więcej energii do działania niż jest w stanie dostarczyć żółty przewód magistralowy. Czarnym przewodem zasila się także inne węzły sieci, np. aktywne moduły wejścia-wyjścia, koncentratory sygnału, wzmacniacze.

Fot. 3.

Nowością dla czytelników mogą być przewody w kolorze czerwonym (RAL 3000). Są to, podobnie do czarnych, przewody zasilające, ale w odróżnieniu od standardowego zasilania sieci AS-I (30 V_DC) dostarczają zasilanie 230 V_AC. Może być ono przydatne do zasilania oświetlenia alarmowego lub innych urządzeń większej mocy (oczywiście II klasy ochronności przeciwporażeniowej). Wszystkie trzy wersje kolorystyczne zaprezentowano na fotografii 3.

Płaska konstrukcja przewodów standardu AS-I sprawdza się także w kwestii zajmowanej przestrzeni. Grubość przewodu to zaledwie 4 mm, czyli praktycznie połowa średnicy typowych przewodów magistralowych. Dzięki temu mniej odstają od powierzchni urządzeń, trudniej o nie zawadzić i tym samym uszkodzić. Są też bardzo giętkie - promienie gięcia to zaledwie 12 mm dla połączeń nieruchomych i 24 mm dla połączeń ruchomych.

WYKONANIA SPECJALNE

Fot. 4.

Dowodem na to, że standard AS-I jest stale rozwijany, są nowe konstrukcje przewodów pozwalające dotrzeć z sygnałem w miejsca dotychczas niedostępne. Firma Lapp Kabel, znana z rozwiązań kablowych do instalacji ruchomych, rozszerzyła grupę przewodów AS-I o wykonania typu "FD". Czytelnicy znający stosowane w Lapp Kabel nazewnictwo już wiedzą, że są to przewody przeznaczone do pracy w prowadnicach łańcuchowych - elementach prowadzenia przewodów łączących ruchome części maszyn.

Typowymi przykładami takich urządzeń są paletyzery, wszelkie plotery tnące, obrabiarki, systemy transportu. W tego typu maszynach przewody wykonują kilka milionów zgięć, zanim nastąpi potrzeba ich wymiany na skutek np. przetarcia izolacji. Występujące w kolorze żółtym lub czarnym przewody UNITRONIC BUS ASI FD charakteryzuje specyficzny materiał izolacji. Jest nim, sprawdzony w innych przewodach do ruchu ciągłego, poliuretan (PUR). Tworzywo termoplastyczne odporne na ścieranie, giętkie w niskich temperaturach i niereagujące z olejami czy smarami. Taka konstrukcja szczególnie dobrze sprawdza się właśnie w centrach obróbczych i prasach.

Rys. 2.

Ostatnią nowością są przewody ASI typu LD (Long Distance). Standardowa długość pojedynczego odcinka sieci AS-I jest ograniczona do 100m. Aby zwiększyć zasięg, należy zastosować wzmacniak sygnału (repeater). Ta zasada działa przy założeniu, że stosujemy typowy przewód AS-I, czyli przewód 2×1,5 mm².

Za pomocą bardzo prostego zabiegu zwiększenia przekroju żyły można pokonać barierę 100 m bez potrzeby stosowania komponentów aktywnych. Przewody UNITRONIC BUS ASI LD mają żyły o przekroju 2,5mm² i pozwalają na transmisję ponad 150 m przy zachowaniu pełnej zgodności ze standardem AS-I. Co najważniejsze, także geometria przewodu została zachowana, co oznacza kompatybilność wszelkich klipsów stosowanych do wpięcia się w magistralę.

DRUGIE ŻYCIE

Fot. 5.

Niewątpliwie impulsem do wzrostu zainteresowania standardem AS-I był rozwój innego typu sieci - Ethernetu przemysłowego. Ten bazujący na rozwiązaniach z tradycyjnych "biurowych" sieci komputerowych standard doskonale wpisał się w potrzebę przesyłania w instalacjach przemysłowych coraz to większej ilości danych. Niosące duże porcje danych ramki ethernetowe są doskonałe do wymiany informacji między sterownikami, ale zdecydowanie za duże do transmisji pojedynczych bitów z czujnika do sterownika.

Dlatego Ethernet przemysłowy potrzebuje relatywnie prostego systemu do obsługi podstawowych sygnałów wejścia - wyjścia. Sieć AS-I, jak wykazano wcześniej, doskonale się do tego nadaje. Stąd szybki rozwój i nowe instalacje Ethernetu przemysłowego "pociągnęły" za sobą mający swoje lata standard AS-I. Spowodowało to włączenie się do organizacji opiekującej się standardem AS-I nowych producentów urządzeń i wysyp nowych konstrukcji, takich jak moduły I/O, bramy AS-I-Ethernet itp. Przykładową konfigurację kompletnej sieci zakładowej zbudowanej w oparciu tylko na tych dwóch standardach pokazano na rys. 2.

WAŻNE AKCESORIA

Fot. 6.

Szeroką gamę urządzeń i akcesoriów dla standardu AS-I uzupełniają elementy montażowe. Należą do nich przyklejane do dowolnej powierzchni uchwyty do mocowania przewodów (fot. 4) czy kapturki do zabezpieczenia końca magistrali przed wnikaniem wilgoci i zanieczyszczeń.

Pozostaje tylko jeszcze jedna czynność - podłączenie przewodu do zacisków sterownika znajdującego się w szafie sterowniczej. W tym miejscu płaska konstrukcja przewodu AS-I przestaje być zaletą i stawia nas przed pytaniem: Jak szczelnie wprowadzić płaski przewód przez okrągły otwór w ściance rozdzielni?

Na szczęście producenci urządzeń mają już odpowiedź na to pytanie: specjalna wkładka DIX-ASI przeznaczona do montażu w standardowych dławnicach SKINTOP. Gumowa wkładka posiada otwory odwzorowujące kształt przewodu. Za jej pomocą można wprowadzić jeden (dławnica M20) lub dwa (M25) przewody do wnętrza rozdzielni.

Przy tak rozbudowanej ofercie ponad 300 producentów zrzeszonych w AS-International Association należy się spodziewać dalszego rozwoju tego przyjaznego użytkownikowi standardu. Szczegóły na www.as-interface.net.

Mariusz Pajkowski
Lapp Kabel
www.lappkabel.pl