La interfaz del sensor del actuador es una interfaz de bus de campo estándar para conectar actuadores y sensores binarios en un sistema de automatización basado en PLC, DCS o PC. Es el único bus de campo orientado a bits estandarizado a nivel mundial. Tradicionalmente, los actuadores y sensores se conectaban a un controlador PLC u otro controlador mediante cableado paralelo. La compleja serie de cables era difícil de instalar, mantener y solucionar problemas. El cableado en paralelo también era bastante caro. Luego, a finales de los 80 y principios de los 90, Siemens desarrolló AS-i en asociación con otras diez empresas como una interfaz en serie para actuadores y sensores de bajo nivel. La interfaz proporciona una conexión en red industrial hasta el nivel de proceso más bajo en los sistemas de automatización.
AS-i simplifica los sensores y actuadores conectados en red, reduciendo la red a dos cables. Los mismos cables se utilizan para alimentar los dispositivos de entrada/salida, es decir, los sensores y actuadores. Conecta sensores y actuadores binarios que son dispositivos simples de encendido/apagado. Las redes AS-i se pueden conectar a redes de nivel superior como PROFIBUS, DeviceNet e Industrial Ethernet. La interfaz le permite conectar 31 o 62 dispositivos esclavos en un radio de 100 metros. El alcance se puede ampliar hasta 300 metros mediante repetidores. Fieldbus también permite la comunicación de datos analógicos. Con una topología flexible, la interfaz también ofrece una característica de seguridad llamada "AS-i Safety at Work". No hay duda de por qué esta interfaz serie se ha convertido en el estándar de facto para redes simples de entrada/salida en automatización.
¿Qué es una interfaz de sensor de actuador?
La interfaz de sensor de actuador es un bus de campo estándar orientado a bits que conecta sensores binarios y actuadores en el nivel de proceso más bajo en automatización. Conecta nodos simples como botones, interruptores de límite, válvulas de proceso, solenoides, relés, indicadores y dispositivos de encendido y apagado con PLC u otro controlador. La interfaz permitió la sustitución completa de mazos de cables complejos por un cable AS-i, que es un cable sencillo de dos hilos, sin apantallar y sin trenzar. El cable permite la transferencia de datos estándar y de seguridad en la misma línea. Además, con el mismo cable se pueden alimentar sensores y actuadores de baja potencia. En la mayoría de los sitios de automatización, AS-i es ahora la solución de red de facto para el primer nivel de automatización debido a su simplicidad, bajo costo, flexibilidad y características de seguridad.
¿Por qué AS-i?
En la automatización industrial, los sensores y actuadores de bajo nivel son la mayoría de los dispositivos que deben instalarse y configurarse primero. Estos simples dispositivos de comando constituyen la mayor parte de la red. Su instalación, mantenimiento y resolución de problemas son el trabajo más tedioso para los ingenieros de automatización. Si la mayoría de los dispositivos están conectados al controlador PLC mediante cables discretos, organizar la malla será lo más frustrante. AS-i no sólo simplifica el cableado, sino que también proporciona un protocolo de red estándar para comunicarse con la mayoría de los dispositivos de E/S en el campo.
La interfaz AS-i simplifica el cableado en la automatización de bajo nivel y minimiza los costes de montaje. El bus de campo se puede instalar en diferentes topologías como bus, estrella, anillo, cadena tipo margarita, árbol, etc. AS-i es flexible y rápido de instalar y configurar con menos componentes. Esta es la solución de conectividad más segura, sencilla y rápida del sector.
Los únicos componentes necesarios para configurar Fieldbus son el maestro AS-i, la interfaz AS-i y el cable AS-i amarillo. No se necesitan piezas en T ni cables preconfeccionados para conectar dispositivos. Simplemente hay que atornillar los dispositivos de E/S a un único cable amarillo de 2 hilos y listo. Los módulos (interfaces AS-i) que conectan dispositivos al cable simplemente perforan el aislamiento de goma del cable y establecen un contacto seguro con cada uno de los dos hilos del cable mediante dos agujas chapadas en oro, respectivamente. Entre todas las redes de reemplazo de bajo nivel disponibles, AS-i es la opción más económica con el mayor rendimiento y seguridad. Casi no hay costos de ensamblaje y no hay posibilidad de errores de instalación. Como no está retorcido, no es necesario pelar ni terminar el cable.
El mismo cable permite la comunicación de datos estándar y datos de seguridad y al mismo tiempo también suministra energía a los dispositivos. AS-i es el único Fieldbus de bajo nivel compatible con todos los demás sistemas Fieldbus de nivel superior, incluidos PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET, DeviceNet, CC-Link, etc. El último estándar incluso permite la interconexión de sensores inteligentes como IO-Link. Aunque AS-i 3.0 permitía conectar sólo dispositivos de comando simples (encendido/apagado) al controlador PLC, el último estándar AS-i 5.0 permite la comunicación de mayores volúmenes de datos a velocidades más altas.
Estándar AS-I
La interfaz fue desarrollada por Siemens y algunas otras empresas en la década de 1990. Desde sus inicios, AS-i se ha desarrollado como una tecnología abierta. Poco después de su desarrollo, se formó una organización de miembros llamada AS International Association para la estandarización y el desarrollo posterior del protocolo. La tecnología cumple con el estándar global IEC 62026-2:2015 y los estándares locales, incluidos EN 50295 (Europa), GB/T18858.2 (China), JIS C 82026-2 (Japón) y KS C IEC 62026-2 (Corea del Sur). ).
Componentes AS-i
Cientos de proveedores de automatización ofrecen sensores y actuadores de bajo nivel compatibles con AS-i. Ya hay millones de dispositivos de campo AS-i instalados y operativos en todo el mundo. Estos dispositivos simples de entrada/salida de comando incluyen interruptores de proximidad inductivos, botones pulsadores, válvulas de proceso, motores trifásicos de velocidad variable, teclados, interruptores de límite, indicadores, barreras de luz y muchos otros dispositivos de encendido/apagado. Los dispositivos se pueden conectar a un campo de automatización en cualquier topología seleccionable. Hay tres componentes principales de un AS-i.
- Maestro AS-i: los dispositivos de campo AS-i se conectan a un PLC o controlador a través de una arquitectura maestro-esclavo. El maestro AS-i actúa como puerta de enlace para que los dispositivos se conecten al control superior o al sistema de control. Los dispositivos funcionan como dispositivos esclavos en la red. Un único maestro AS-i puede conectar hasta 62 dispositivos esclavos al controlador PLC, transfiriendo hasta cuatro entradas y cuatro salidas desde cada dispositivo en cualquier momento. Los datos digitales y analógicos se pueden comunicar por cable. El maestro es responsable de configurar los parámetros de la línea, administrar el tráfico de datos en la línea, ejecutar diagnósticos y monitorear los dispositivos esclavos.
- Cable AS-i: Se trata de un cable amarillo sin blindaje y sin trenzar con dos conductores. El cable tiene una impedancia de línea de 70~140 ohmios. El cable transporta datos y energía a los dispositivos de campo. A veces se utiliza un cable negro plano adicional para suministrar 24 VCC a los actuadores. Para aplicaciones especiales también se puede utilizar un cable redondo. Los dispositivos de campo se pueden fijar en cualquier parte del cable, ya que utiliza una tecnología de perforación especial para conectar los módulos como se mencionó anteriormente. El mecanismo de perforación también garantiza que no haya conexiones sueltas y elimina cualquier posibilidad de polaridad inversa.
- Nodos AS-i: estos módulos conectan sensores y actuadores con el cable de interfaz AS. Los nodos están diseñados para penetrar verticalmente en el cable perfilado, estableciendo una conexión segura con los núcleos mediante cuatro agujas chapadas en oro.
Además de los componentes principales, se requiere una fuente de alimentación que proporcione 30 VCC constantes al maestro AS-i y a los dispositivos de campo. Si la alimentación se suministra únicamente a través del cable AS-i, la fuente de alimentación actúa como un desacoplador de datos que separa las señales de datos y la fuente de alimentación. Para dispositivos de campo alimentados con 24 V estándar, no se requiere ni siquiera una fuente de alimentación de 30 V CC. Estos dispositivos pueden obtener energía del propio sistema de bastidor del PLC.
Los dispositivos de campo se pueden conectar directamente a un controlador PLC a través del maestro AS-Interface en el bastidor del PLC o conectarse nuevamente a un bus de campo superior como PROFIBUS o DeviceNet solo a través del maestro AS-i.
Cómo funciona AS-i
Los dispositivos de campo se conectan al AS-i en configuración maestro-esclavo. Los dispositivos esclavos están disponibles en dos modos de direccionamiento: esclavos AS-i estándar (esclavos A) y esclavos AS-i con modo de direccionamiento extendido (esclavos A/B). A un maestro AS-i se pueden conectar hasta 31 esclavos AS-i estándar. Dado que los esclavos A/B pueden funcionar en parejas con la misma dirección, a un solo maestro AS-i se pueden conectar hasta 62 esclavos AS-i con modo de direccionamiento ampliado.
Cada esclavo AS-i estándar puede recibir datos de 4 bits y enviar datos de 4 bits. A menudo estos bits se utilizan como sensores binarios o actuadores binarios. Esto significa que a cada nodo AS-i que sea esclavo AS-i estándar se pueden conectar hasta 4 sensores binarios y cuatro actuadores binarios. De este modo se pueden realizar 248 conexiones binarias (124 entradas y 124 salidas) en la red AS-i con esclavos AS-i estándar. Si se utilizan esclavos AS-i con modo de direccionamiento ampliado, un nodo puede recibir y enviar datos de 8 bits. De este modo, a cada nodo AS-i se pueden conectar hasta 8 sensores binarios y ocho actuadores binarios, lo que permite un total de 496 conexiones (248 entradas y 248 salidas) en el AS-i.
El AS-i mater sondea periódicamente cada dispositivo de campo. En el protocolo AS-i el tiempo de exploración de un dispositivo de campo es muy rápido. Es más rápido que el escaneo de entrada/salida en una red PLC típica. El protocolo utiliza mensajes de longitud constante, por lo que no es necesario controlar la transmisión ni interpretar el tamaño o formato de los datos. El tiempo de ciclo máximo para esclavos AS-i estándar es de 5 ms. El tiempo máximo de ciclo para esclavos AS-i con modo de direccionamiento ampliado es de 10 ms. Si solo hay un esclavo A/B conectado a la interfaz, el tiempo máximo de exploración permanece en 5 ms. Pero si hay más de un esclavo A/B conectado a la interfaz, el tiempo máximo de exploración se ampliará a 10 ms. Para aplicaciones en las que el tiempo es crítico, el ancho de banda para 4 esclavos A/B se puede reservar para un solo esclavo A/B para reducir el tiempo máximo de exploración a 5 ms.
Debido a los mensajes de longitud fija y los métodos de sondeo cíclicos, el tiempo necesario para la comunicación entre los dispositivos maestro y esclavo siempre es predecible. Esto le permite cambiar el dispositivo con precisión calculada. Todos los dispositivos de campo son reconocidos en la interfaz por el maestro sólo a través del modo de direccionamiento. No es necesario configurar el maestro o el esclavo ni establecer ningún parámetro de configuración en la interfaz. Los dispositivos de campo combinados, como módulos de visualización de texto, sensores de presión, sensores analógicos lentos y módulos contadores, se comunican a través de la interfaz mediante protocolo serie. La velocidad de datos típica en la interfaz AS-i es de 167 Kbps. Esto significa que se necesitan 6 microsegundos para comunicar cada bit.
Modulación de línea de bus AS-i
Los datos transmitidos a través de la interfaz AS-i existen en formatos que no devuelven cero. Está codificado en formato Manchester. A continuación, las corrientes de línea codificadas Manchester se diferencian para la modulación de impulsos alternos (APM). Las señales AMP están acopladas en CA a la línea y superpuestas al nivel de +/-2 V CC.
En el lado del receptor, los pulsos positivos y negativos se recuperan y reconstruyen en los datos originales.
protocolo AS-i
El material AS-i busca una cadena en cada dispositivo de campo. El maestro y el esclavo disponen de un máximo de 5 ms o 10 ms para intercambiar mensajes dependiendo del modo de direccionamiento del esclavo AS-i. Al sondear a un esclavo, el maestro comunica una llamada de 14 bits al dispositivo esclavo. La trama de 14 bits consta de 1 bit de inicio (MSB), un bit de control, una dirección de 5 bits, un comando o datos de 5 bits, un bit de paridad y un bit de finalización (LSB). Los dispositivos esclavos responden transmitiendo una trama de 7 bits, que consta de 1 bit de inicio (MSB), datos de 4 bits solicitados por el maestro, un bit de paridad y un bit de parada (LSB).
Seguridad AS-i en el trabajo
El AS-i también puede conectar componentes de seguridad en el lugar de trabajo, como botones de parada de emergencia, escáneres láser, barreras fotoeléctricas de seguridad y contactos de puerta. Esta característica se denomina “Seguridad laboral AS-i”. El AS-i típico permanece sin cambios después de agregar la función. La función se activa simplemente añadiendo un monitor de seguridad y esclavos de seguridad al AS-i. La interfaz puede entonces transferir datos estándar y de seguridad de los esclavos de seguridad al monitor de seguridad. La configuración funciona incluso sin PLC de seguridad ni ningún maestro AS-i especializado.
Los esclavos AS-i seguros siguen recibiendo datos de entradas seguras. Los datos de seguridad se transmiten al monitor de seguridad en el mismo bus a través de un protocolo dinámico y seguro. Según el protocolo, el monitor de seguridad busca una respuesta específica de los esclavos de seguridad en cada ciclo. La trama de datos enviada como respuesta por el esclavo se cambia dinámicamente según un algoritmo. En consecuencia, en el monitor de seguridad se configura una lógica de desconexión. Si el monitor de seguridad no recibe la trama de datos esperada de un nodo de seguridad respectivo, esto se interpretará como una alarma y se iniciará un procedimiento de apagado en un tiempo de respuesta máximo de 40 ms.
ASI-safe es un sistema certificado por TUV hasta el Nivel de Integridad de Seguridad 3 (SIL 3). Esta es una excelente manera de agregar seguridad a su entorno de automatización sin costo adicional.
Transmisión analógica en el bus AS-i
El bus AS-i es capaz de transmitir valores analógicos digitalizados. Para la transmisión analógica, la salida de 4 bits de un esclavo AS-i estándar se divide en tres bits analógicos y un bit de diálogo. El maestro AS-i inicia el modo analógico en el primer ciclo. Lo contrario también es posible. El maestro AS-i también puede enviar valores analógicos a un esclavo. Las tecnologías de procesamiento utilizan en gran medida la transmisión analógica a través de AS-i.
Aplicaciones AS-i
AS-i es un estándar global. Ha sido ampliamente adoptado en todo el mundo para conectar en red actuadores y sensores binarios para la automatización de fábricas, el control de procesos industriales y la automatización de edificios.