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发表于 2015/11/27 12:18:40

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标签: 传感器 执行器 现场总线

现场总线系列介绍一:传感器/执行器接口 (AS-i) 的特色、技术与应用

  1. 1AS-I国际
  AS-I国际是AS-I全球用户的贸易组织。该组织成立于1991年,由AS-I早期的成员公司组建,这些公司都有着自己的战略和利益。他们知道,只有独立的用户组织才能把这项新技术推荐给用户,也只有这样才能使这项技术取得成功。 AS-I国际由此诞生。该组织的使命为"推广使用二进制传感器和执行器总线接口。"
  20多年后的今天,我们发现,AS-I是一种最低层的现场总线,不同于其他较高层的现场总线。此外,对AS-I国际协会仅用"推广"这一词语还不够,在现实中,它参与了更多的活动。
  AS-I制造商和AS-I国际之间的互动是有效合作的一个范例。作为技术驱动的公司,厂商可以专注于他们做得最好的内容:创新功能、更好产品和系统的开发。一般的市场营销行为由AS-I国际实施。在世界范围内开拓新市场,是该组织的主要任务之一。成员们很乐意看到用系统开拓市场的巨大优势,没有浪费宝贵的营销预算,可以说物超所值。因此,长期和全球的存在对每个成员公司都有利-无论对大型企业、中小型企业、初创企业都一视同仁。
  永久存在和积极活动非常重要,因为AS-I国际是AS-I的标志,如果该组织不断创新、不断发展,确实能够赢得了客户认可和市场份额。 AS-I国际在全球的布局-- 当地子公司也提供了这种存在。他们保持了与工业企业、科研院所、政府机构的联系,举办各种展会和路演,提供研讨会和培训班,开展多方的业务往来等。
  AS-I国际协会(落座在德国)是商标的持有者和守护者,也参加重要的技术展会。此外,AS-I国际协会负责协调成员在各国的活动。AS-I已成为全球自动化仪器仪表的汇集点,如: www.as-interface.net,是全世界AS-I社区的沟通平台,其中包括制造商、用户、研究院和大学。
  AS-I国际是由350多个成员组成的全球性社区。今天,在三大洲有12个独立的本地组织提供了对本地和国际市场的访问,用高效和经济的技术,实现长远的战略目标--在自动化的最底层,通过AS-I向全球市场渗透。
  1.2用AS-I 实现自动化
  自动化的历史基本上与工业革命的历史相同步。当詹姆斯·瓦特让蒸汽机为人们工作时,他已经开始考虑如何优化它的控制系统了。该问题是:我怎样能操作一台蒸汽机,与负载无关而保持恒定和一致的转速?该解决方案是使用一台离心调速器。从此,在机器旁的工人可以安心地工作,转速的调节实现了自动化。
  到了20世纪60年代,机械解决方案记录了自动化系统的诞生。当时电脑还不存在,机器和自动化系统之间的逻辑关系使用的是硬接线与继电器触点。在工业计算机和可编程逻辑控制器引入后,又有了新的控制方式,自动化系统能对大量的请求做出灵活的响应。系统的解决方案也呈爆炸式的增长,今天有了众多的解决方案可供选择。所以现在实施自动化方案最需要考虑的问题是:不要一叶障目不见泰山。


  AS-I技术的"符号"是:黄色两芯扁平电缆。

  1.3 简单是AS-I系统的优势
  今天,技术系统创新的程度正比于解决方案的复杂性,这会导致经济上的投资费用过高。因此,接受一项新技术需要一个缓慢的过程。 AS-I是以一个完全不同的目标而开发的。它被假定为:简单和经济。
  AS-I的开发目标不是要给出自动化全方位的通用现场总线,而是在较低的现场层使用的一种经济系统。AS-I使用一种简单的安装技术,链接二进制传感器和执行器,然后再将它们连接到更高的控制层。 AS-I的发明者显然已经实现了他们的目标。直到今天,该系统闪亮的因素主要有以下令人印象深刻的优点:
  " AS-I使用一根两通道扁平电缆,将电力提供给组件的同时实现数据传输。为了简单布线,去掉了复杂的树型结构,从而节省了材料成本和安装成本。
  " AS-I使用简单的刺入技术进行安装。使用一种"刺入即完成"的方法,使安装人员能够安全无误地安装组件。
  " AS-I可以与任何一种网络拓扑一起使用。
  " AS-I简单的配置选项令人印象深刻。这不仅降低了启动时间,而且还实现了更快的故障排除,因此,降低了工厂的停机时间。
  使用AS-I刺入技术使安装非常容易:

       

  安装底座和AS-I组件的模块是分开的。
      
  把AS-I电缆-- 通过非对称形安装能避免出错-- 放置在AS-I组件的安装底座中。
       
  底座和模块的安装使用简单的工具即可完成。
        
  成功了!
      
  刺入技术保证了AS-I组件与AS-I网络的可靠连接。
  1.4系统特色
  经济且简单
  工业对现代自动化系统有各种需求,但他们总是包括简单的操作和最佳的价格性能比。 AS-I提供了这一功能。该系统着眼于最低的现场层,使用方便、可靠、经济。
  今天,AS-I是工厂自动化的一个组成部分。许多传感器和执行器可以通过标志性的AS-I两芯扁平电缆进行通信和供电。传统有线系统中最常见的树型结构,为了布线简单,在这里被除掉了。因此,线路布线结构简单,接线过程也非常容易,即使没有培训的人员也可以操作,这里采用了可靠的机械"刺入即完成"的技术,省去了很多的安装材料,结果节省了大量成本。 AS-I被证明是对常见现场总线解决方案的一个有用补充,无论是从技术角度还是经济角度。 AS-I是一种最底层的智能布线系统,不是取代而是补充复杂的网络方案。
  自由网络拓扑结构有利于AS-I网络的安装,因为它简化了网络的布置。其他网络对错误的敏感性往往会导致安装的延误。因此,AS-I系统的最具优势的特色之一就是减少了潜在错误。由于使用了非对称扁平电缆,防止了因极性反接而造成的错误。
  AS-I不仅为用户提供了多种多样的产品,而且有众多生产厂家的技术支持。选择多是AS-I的特色之一。每年,无数新奇和创新的产品成了市场繁荣的一部分。
  方便、安全的刺入技术
  AS-I的安装方便是通过特殊的安装技术实现的,也被称为刺入技术,或称为刺入既完成技术。该技术是基于(典型的)黄色的扁平电缆,非对称机械防止反极性。在安装过程中,该设备的刺针穿透电缆的导体,建立可靠的电气连接。这种技术还提供许多优点:
  ●直接和方便的传感器/执行器或模块的连接;
  ●反极性保护;
  ● 数据和电源在同一条电缆上传输;
  ● 穿刺技术:
         o 最简单的连接技术;
         o 安全连接;
         o IP67防护等级。
  ●不需要剪断电缆,也不需要剥线和安装线鼻子;
  ●拆卸和重接也没有问题,因为电缆具有"自愈能力"。
  AS-I支持任何拓扑
  AS-I协议保证了该系统很容易扩展。该AS-I网络可以像任何传统的电气安装配置。每个从站可以自由寻址,并且可以连接到总线电缆的任意点。这是一种使模块化的设置。此外,由于可靠地操作原理,没有结构的限制。可以使用任何网络拓扑结构,甚至是星形或树形拓扑。
  2.1标准的现场总线
  AS-I是全球唯一标准化的面向比特的现场总线。
  AS-i用扁平电缆取代了"线束"
  执行器/传感器接口或AS-Interface,简称为AS-I,是自动化系统中一种最低现场级的连接系统。AS-i通过单一电缆取代了先前的电缆束。可以容易地连接命令设备、变速三相电机、光栅、感应式接近开关和更复杂的设备(通过AS-i模块),例如通过现场级的控制器、AS-I主站、AS-i电缆连接过程阀。
  AS-I可以实现标准数据和安全数据在同一电缆上传输。也就是说,机器或系统的紧急停止可以通过AS-i实现。
  下图说明了AS-i在自动化系统中的位置。

  AS-I的基本技术数据:
  ●主 - 从原则;
  ●没有结构限制;
  ●数据和电源在一条两芯电缆上传输;
  ●抗噪声;
  ●介质:非屏蔽电缆2×1.5平方毫米;
  ●信号、数据的电源最多8A;
  ●典型的,每个从站:4个输入+4输出,其他的组合,从1到16个输入和输出;
  ●可在机柜或环境恶劣的工业现场安装,安全防护等级IP67;
  ●刺入技术;
  ●段长度:100米,段可以使用中继器扩展,最长可达300米。高效通信错误检测/防御
  ●易于启动;
  ●通过总线连接的电子地址配置;
  ●完全向后兼容。
  AS-I 是网络系统在现场级的开放标准
  AS-I的电气和机械规范是由11家活跃在二进制传感器和执行器领域的公司编制的。该规范可对该领域有需求的公司使用。这使得AS-i成为一个开放的、异构的标准。
  AS-I国际协会"推广使用二进制执行器和传感器总线"为宗旨,负责推广AS-i系统的应用和传播;为一般用户提供各种规范、标准、认证等服务。
  AS-I标准的演化
  从AS-I推出到现在,AS-i国际已经发布了三版标准,每版都有功能上的扩展和改进。
  下表给出了AS-I标准的进化:

  2.2 AS-i系统组件概述
  在AS-i系统中的组件包括:
  AS-i主站;
  AS-i从站;
  AS-i电缆;
  AS-i电源;
  寻址单元(在某些情况下,集成在主站中);
  诊断单元;
  安全监视器;
  中继器;
  扩展器;
  扩展插头。
  下图显示了一种AS-i组件可能的布置。

  2.3 AS-i主站
  一般提供了以下AS-i主站类型:
  标准AS-i主站
  最多31个标准AS-i从站,有扩展寻址模式的AS-i从站可以连接到标准的AS-i主站。
  扩展AS-i主站
  有扩展寻址模式的AS-i从站可以成对(编程为A或B从站)与扩展AS-i主站连接,并可使用相同的地址。这使可寻址的AS-i从站数增加到了62个。
  2.4 AS-i从站
  AS-i主站能够寻址的所有节点都称为AS-i从站。
  AS-i从站具有以下类型可供选择:
  AS-i模块。AS-i模块用于连接传统的传感器和执行器;
  具有集成AS-i连接的传感器/执行器。具有集成AS-i连接的传感器/执行器可以直接连接到AS-I总线;
  传感器和执行器根据其用途分为现场模块和机柜模块。
  2.5其他AS-i系统组件
  AS-i电缆
  AS-i电缆是一种无屏蔽的双线电缆,传输信号,并为AS-I模块连接的传感器和执行器提电。网络不限于一种类型的电缆。如果需要,适当的模块或"T块"可以用来改变简单的2线电缆。
  AS-i电源单元
  该AS-i电源单元为连接到AS-i总线的AS-i节点供电。对有特别高功率要求的执行器,可能要连接附加的负载电源(例如,特殊应用模块)。
  寻址单元
  该寻址单元允许对AS-i从站地址的简单编程。(在某些情况下,集成在AS-i主站中。这意味着不需要单独的寻址单元。)
  AS-I分析仪
  该AS-I分析仪用来检测AS-i网络在安装过程中的错误,例如在极端负载时的接触不良或电磁兼容(EMC)问题,可通过该设备检出。这可以用来评价对整个网络的质量。该AS-I分析仪还可以为调试和维修创建检测报告。
  安全监视器
  该安全监视器是工作的安全核心。在PC上配置的安全应用包括了安全监视器。用户可以选择一些特定应用模式(例如急停功能,停止类别0或1的选择)。作为选项,用户可以充分利用该诊断功能,监视器还可以对AS-i地址进行操作。
  中继器
  在系统的规划中,中继器用于扩展AS-I段的长度,提供更大的自由度,扩展了AS-I可能的用途。停机时间和维修时间也因此减小,因为AS-I电源的状态可在每侧显示(单独的电源)。
  扩展器
  扩展器用于扩展主站与AS-i从站之间AS-I段的距离,最大为100米。在主站边,不需要额外的电源。扩展器扩展AS-I的可能用途与中继器大致相同。这里,从站只能用在扩展器的下游(从主机的角度看)。
  扩展插头
  使用扩展插头时,AS-I段的最大电缆长度可达200米。扩展插头是一个无源组件,连接离AS-I网络电源最远的部分。一台电源可为200米长的从站供电。在扩展插头中的欠压检测系统中能监视AS-i电压,诊断指示灯能显示功率是否足以达到总线电缆的末端。
  3. AS-I的应用
  3.1 交通自动化
       
  应用领域:
  ●地铁站;
  ●公共交通;
  ●自动扶梯,自动人行道。
  用户/地点:
  埃森威克斯公司,中央控制系统。
  任务/定义:
  ●控制和监测35个地铁站中的设备。
  3.2 机场自动化
       
  应用领域:
  ●楼宇自动化;
  ●物料输送;
  ●行李分拣。
      
  用户/地点:
  ●首都国际机场,北京。
  任务/定义:
  ●70公里长的货物处理;
  ●有效抵抗外部因素干扰;
  ●设备使用效率较高;
  ●易于维护。
  3.3 娱乐自动化      

       
  应用领域:
  ●主题公园;
  ●过山车;
  ●安全技术。
  用户/地点:
  ●六旗(Six Flags)主题公园,芝加哥。
  任务/定义:
  ●可靠的控制;
  ●通用兼容性;
  ●运动娱乐设施的绝对可靠性;
  ●急停技术。
  3.4 食品饮料自动化
       
  应用领域:
  ●流程自动化;
  ●特种机器制造商;
  ●饮料行业。
  用户/地点:
  ●克朗斯股份公司,特劳普林。
  ●灌装工厂。
  任务/定义:
  ●更少的电缆;
  ●降低成本;
  ●减少机柜空间;
  ●简化工程;
  ●结合标准和安全应用;
  ●易于扩展。
  4.总结
  AS-I的优势:
  ●在恶劣的工业环境中,最低现场层经济布线的概念;
  ●通过网关、链接或网络耦合器,可以连接所有的通用现场总线系统;
  ●网络拓扑的自由选择;
  ●简单和经济的安装,连接成本低;
  ●使用非对称扁平AS-I电缆,安装基本没有错误;
  ●消除了传统的树型拓扑结构,在机柜内有更多的空间;
  ●易于配置;
  ●易于诊断;
  ●模块化。

系统分类: 现场总线   |   用户分类: 现场总线   |   来源: 原创

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