AS-i. Промышленная сеть AS-i

Для устранения недостатков традиционной технологии низовой авто-матики с преимущественным решением задач сигнализации и управления разработана промышленная шина (интерфейс) AS-i (Actuators/Sensors inter-face-интерфейс исполнительных устройств и датчиков).

          AS-i является открытой промышленной сетью.

        

         Физический  уровень AS-i реализуется путем подключения к ведущему устройству MS ведомых периферийных устройств (SL)  специальным плоским двухжильным кабелем  (рис. 11.3). Этот кабель желтого цвета стал как бы рыночным знаком AS-i. Он осуществляет как питание максимального допустимого количества SL, так и передачу цифрового сигнала. Форма сечения кабеля в виде трапеции с выступом обеспечивает однозначное его положение в  модулях и, как следствие, исключает возможность переполюсовки двухпроводной линии. Поперечное сечение кабеля в форме трапеции облегчает прижим и создает уплотнение в местах подключения сетевых устройств, обеспечивая герметичность со  степенью  защиты  IP67.

                       

               

                            Рис. 10.3.  Поперечное сечение кабеля AS-i

          

         Принципиальной особенностью промышленной шины AS-i на базе желтого плоского кабеля является технология подключения SL: периферийные устройства могут быть подключены к кабелю в любой его точке   методом прокалывания изоляции(!).Такая технология обеспечивает гиб-кость сетевой архитектуры и предельно минимизирует сроки монтажа. Материал, из которого изготавливается оболочка кабеля, обладает свойством самовосстановления без нарушения герметичности при отключении сетевого устройства. Эксплуатация кабеля допускается в диапазоне температур от минус 40ºС до плюс 85ºС, но монтаж может осуществляться только при температурах воздуха выше минус 25ºС.

              Максимальная длина промышленной сети AS-i  - до 100 м. Площадь поперечного сечения каждого проводника стандартом установлена равной 1,5 мм2. При таком сечении гарантируется питающий ток SL силой до 2А. Предусмотрена возможность увеличения общей длины сети до 300 м с использованием двух усилителей. При этом для каждого сектора сети длиной 100 м должен  использоваться  индивидуальный источник питания.      

          Если в качестве сетевых устройств к AS-i подключены исполнительные механизмы, то используются дополнительные кабели. Например,  если для сетевых устройств требуется дополнительное питание напряжением 24В постоянного тока, то рядом с желтым должен быть проложен аналогичный профилированный кабель черного цвета (также с технологией прокалывания). Для напряжений более 30В, в частности для 230В переменного тока, используется кабель с оболочкой красного цвета. Как альтернатива плоскому кабелю допускается применение круглого кабеля типа, но для его подключения уже  используется  клеммное  подсоединение.

          Поскольку передача информации в AS-i осуществляется в неэкранированном кабеле с  не витыми жилами, то интерфейсный сигнал подвержен воздействию электромагнитных помех, а линия связи существенно ограничивает полосу пропускания частот (т.е. ограничивает скорость пере-ачи сигнала). По этой причине передача сигнала в AS-I осуществляется с использованием Манчестерского кодирования.В результатев линию связи  логические «1» и «0» формируются сигналами разной полярности (от   дифференцирования перехода от  «0» к «1» и от «1» к «0»).  

                      

           10.2.2Канальный уровень AS-Iработает по принципу «ведущий(MS) –ведомый(SL)» со структурой сообщений представленой на рис. 10.4.

 

Запрос   ведущего  устройства  MS

MS

Ответ ведомого SL

SL

ST

SB

А4

А3

А2

А1

А0

I4

I3

I2

I1

I0

PB

EB

Пауза

ST

I3

I2

I1

I0

PB

EB

Пауза

ST  - стартовый  бит :  0 –действительный стартовый бит, 1- недопускается. SB  -управляющий бит:  0- запрос данных, параметра, адреса; 1- запрос команды. PB – бит паритета (Сообщение должно отвечать требованию «четности»). EB – конечный  бит: 0 –  недопускается,  1 – действительный конечный бит. А0…А4 – адрес  ведомого устройства  SL. I0…I4  -  информационная часть (данные).

                                     

                                   Рис.10.4.   Структура  AS-сообщения

         

          Укрупненно структура взаимодействия MS с SL состоит из запроса ведущего устройства MS, паузы ведущего устройства MS, ответа ведомого устройства SL и, соответственно, паузы ведомого устройства SL.Все запросы MS имеют длину 14 бит. Все ответы SL имеют длину  7 бит.

          Из структуры сообщения видно, что MS может адресоваться к 31SL  сообщениями длиной не более 5-ти бит. В ответном  сообщении SL передаются только 4 бита информации. По этой причине AS-i ограничивает функциональные возможности каждого сетевого устройства: до 4-х входов и 4-х выходов дискретных сигналов.

         Достоверность передачи сообщений в AS-i обеспечивается тем, что обмен осуществляется короткими кадрами, контролем стартового и конечного бита, битом паритета, Манчестерским кодированием, а также контролем выхода передачи сообщения за пределы допустимого времени паузы.

Длительность передачи бита в сообщении - 6 мкс. Количество бит запроса и ответа – 21, а время, затрачиваемое на их передачу, - 126 мкс. Запрос и ответ разделяет пауза ведущего устройства, которая в зависимости от синхронной работы MS и SL, может занимать от 3 до 10 тактов пере-дачи бита. Если MS после 10 тактов не примет стартовый бит от SL, то фиксируется отсутствие связи с адресованным SL.Таким образом, максимальное время взаимодействия MS с SL составляет 136 мкс.

В сети AS-i  MS  реализует  режим  циклического опроса SL, при этом период опроса каждого сетевого устройства в сети из 31SL на превышает 4,3 мс. С таким временным шагом дискретизации MS может реализовывать алгоритмы опроса состояния входов дискретных сигналов одних SL и формировать дискретные сигналы на выходах других (или тех же) SL

          Структура сети AS-i представлена рис. 10.5.

 

 

      

        Рис.10.5.   Структура промышленной сети с AS-интерфейсом

 

Внешние устройства сигнализации и измерения (на рис.11.5 – датчики), а также исполнительные устройства могут включаться в сеть AS-i как с использованием специальных интерфейсных модулей, так и с помощью встроенной в электронную часть этих устройств интерфейсной микросхемы. В первом случае интерфейсный модуль как бы заменяет линии связи для передачи сигнала и питания, которые используется в традиционной технологии, а также ту часть МВВ, которая обслуживала соответствующую цепь.

         

          Пользовательский уровень AS-i определяется системой команд,

с помощью которых пользователи могут программировать работу  AS-сети.

 

Команды	ST	SB	Адрес	Информация	РВ	ЕВ
`Запрос данных	0	0	А4 А3 А2 А1 А0	0  D3  D2  D1  D0	РВ	1
Запись параметров	0	0	А4 А3 А2 А1 А0	1  D3  D2  D1  D0	РВ	1
Присвоение адреса	0	0	0     0    0    0    0	А4 А3 А2  А1 А0	РВ	1
Другие команды
Сброс ведомого устройства	0	1	А4 А3 А2 А1 А0	1     1     1     0    0	РВ	1
Удалить адрес	0	1	А4 А3 А2 А1 А0	0     0     0     0    0	РВ	1
Считать конфигурацию	0	1	А4 А3 А2 А1 А0	1     0     0     0    0	РВ	1

 

– Командой «Запрос данных» осуществляют и запрос, и запись данных.  При этом передается последовательность битов на выходы запрашиваемого SL, а затем из SL считываются биты логического состояния входов. Направление порта данных ведомого устройства (вход, выход, двунаправленный порт) задается при установке конфигурации ввода-вывода.

– Командой «Записать параметр» МS устанавливает выходы параметров SL.

     – Командой «Присвоение адреса» МS устанавливает новое значение адреса SL.

– Командой «Сброс ведомого устройства» SL устанавливается в исходное состояние (аналогично сбросу при включении питания). SL квитирует (подтверждает) безошибочный прием этой команды ответом 6Н. Процесс сброса должен  длиться максимум 2 мс.

– Командой «Удалить адрес» осуществляется предварительное зануление рабочего адреса SL. Она используется в связке с командой «Присвоение адреса», потому что команда «Присвоение адреса» может быть выполнена только для SL с адресом 00Н. Например, если SL с адресом 15Н перепрограммируется на адрес 09Н, то надо выполнить «Удаление адреса» (15Н)» и «Присвоение адреса» (09H)». В этом случае SL подтверждает безошибочный прием первой команды ответом 6Н, после  чего оно становится доступным под адресом 00Н; только после этого с помощью второй команды можно записать новый адрес 09Н. Ранее записанный старый адрес можно восстановить с помощью команды «Сброс ведомого устройства».

– Командой «Считать конфигурацию  ввода-вывода» MS считывает установленную конфигурацию каналов ввода-вывода SL и передает в ответе SL на данную команду. Совместно с ответом на команду «Считать идентификационный код» осуществляется однозначная идентификация ведомого  устройства.

– Команда «Считать идентификационный код  ID» («ReadID_Code) используется для чтения из SL ID-кода длиной 4 бита. ID-код программируется один раз при изготовлении ведомого устройства и не может в последующем изменяться. Он служит для обозначения принадлежности SL  определённой совокупности принятых для данного типа устройств формализованных описаний. Все SL, параметры и данные которых не соответствуют какому-либо описанию, идентифицируются как  FH.

–Командой «Считать статус» считывается регистр состояния соответст-

вующего SL.