現(xiàn)場(chǎng)總線系列介紹一：
傳感器/執(zhí)行器接口 (AS-i) 的特色、技術(shù)與應(yīng)用
1. 1AS-I國(guó)際
AS-I國(guó)際是AS-I全球用戶的貿(mào)易組織。該組織成立于1991年，由AS-I早期的成員公司組建，這些公司都有著自己的戰(zhàn)略和利益。他們知道，只有獨(dú)立的用戶組織才能把這項(xiàng)新技術(shù)推薦給用戶，也只有這樣才能使這項(xiàng)技術(shù)取得成功。 AS-I國(guó)際由此誕生。該組織的使命為“推廣使用二進(jìn)制傳感器和執(zhí)行器總線接口?！?/FONT>
20多年后的今天，我們發(fā)現(xiàn)，AS-I是一種最低層的現(xiàn)場(chǎng)總線，不同于其他較高層的現(xiàn)場(chǎng)總線。此外，對(duì)AS-I國(guó)際協(xié)會(huì)僅用“推廣”這一詞語(yǔ)還不夠，在現(xiàn)實(shí)中，它參與了更多的活動(dòng)。
AS-I制造商和AS-I國(guó)際之間的互動(dòng)是有效合作的一個(gè)范例。作為技術(shù)驅(qū)動(dòng)的公司，廠商可以專注于他們做得最好的內(nèi)容：創(chuàng)新功能、更好產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)。一般的市場(chǎng)營(yíng)銷行為由AS-I國(guó)際實(shí)施。在世界范圍內(nèi)開拓新市場(chǎng)，是該組織的主要任務(wù)之一。成員們很樂意看到用系統(tǒng)開拓市場(chǎng)的巨大優(yōu)勢(shì)，沒有浪費(fèi)寶貴的營(yíng)銷預(yù)算，可以說(shuō)物超所值。因此，長(zhǎng)期和全球的存在對(duì)每個(gè)成員公司都有利–無(wú)論對(duì)大型企業(yè)、中小型企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)都一視同仁。
永久存在和積極活動(dòng)非常重要，因?yàn)锳S-I國(guó)際是AS-I的標(biāo)志，如果該組織不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展，確實(shí)能夠贏得了客戶認(rèn)可和市場(chǎng)份額。 AS-I國(guó)際在全球的布局-- 當(dāng)?shù)刈庸疽蔡峁┝诉@種存在。他們保持了與工業(yè)企業(yè)、科研院所、政府機(jī)構(gòu)的聯(lián)系，舉辦各種展會(huì)和路演，提供研討會(huì)和培訓(xùn)班，開展多方的業(yè)務(wù)往來(lái)等。
AS-I國(guó)際協(xié)會(huì)(落座在德國(guó))是商標(biāo)的持有者和守護(hù)者，也參加重要的技術(shù)展會(huì)。此外，AS-I國(guó)際協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)成員在各國(guó)的活動(dòng)。AS-I已成為全球自動(dòng)化儀器儀表的匯集點(diǎn)，如: ，是全世界AS-I社區(qū)的溝通平臺(tái)，其中包括制造商、用戶、研究院和大學(xué)。
AS-I國(guó)際是由350多個(gè)成員組成的全球性社區(qū)。今天，在三大洲有12個(gè)獨(dú)立的本地組織提供了對(duì)本地和國(guó)際市場(chǎng)的訪問，用高效和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)--在自動(dòng)化的最底層，通過(guò)AS-I向全球市場(chǎng)滲透。
1.2用AS-I 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
自動(dòng)化的歷史基本上與工業(yè)革命的歷史相同步。當(dāng)詹姆斯·瓦特讓蒸汽機(jī)為人們工作時(shí)，他已經(jīng)開始考慮如何優(yōu)化它的控制系統(tǒng)了。該問題是：我怎樣能操作一臺(tái)蒸汽機(jī)，與負(fù)載無(wú)關(guān)而保持恒定和一致的轉(zhuǎn)速?該解決方案是使用一臺(tái)離心調(diào)速器。從此，在機(jī)器旁的工人可以安心地工作，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
到了20世紀(jì)60年代，機(jī)械解決方案記錄了自動(dòng)化系統(tǒng)的誕生。當(dāng)時(shí)電腦還不存在，機(jī)器和自動(dòng)化系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系使用的是硬接線與繼電器觸點(diǎn)。在工業(yè)計(jì)算機(jī)和可編程邏輯控制器引入后，又有了新的控制方式，自動(dòng)化系統(tǒng)能對(duì)大量的請(qǐng)求做出靈活的響應(yīng)。系統(tǒng)的解決方案也呈爆炸式的增長(zhǎng)，今天有了眾多的解決方案可供選擇。所以現(xiàn)在實(shí)施自動(dòng)化方案最需要考慮的問題是：不要一葉障目不見泰山。
AS-I技術(shù)的“符號(hào)”是：黃色兩芯扁平電纜。
1.3 簡(jiǎn)單是AS-I系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
今天，技術(shù)系統(tǒng)創(chuàng)新的程度正比于解決方案的復(fù)雜性，這會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的投資費(fèi)用過(guò)高。因此，接受一項(xiàng)新技術(shù)需要一個(gè)緩慢的過(guò)程。 AS-I是以一個(gè)完全不同的目標(biāo)而開發(fā)的。它被假定為：簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。
AS-I的開發(fā)目標(biāo)不是要給出自動(dòng)化全方位的通用現(xiàn)場(chǎng)總線，而是在較低的現(xiàn)場(chǎng)層使用的一種經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。AS-I使用一種簡(jiǎn)單的安裝技術(shù)，鏈接二進(jìn)制傳感器和執(zhí)行器，然后再將它們連接到更高的控制層。 AS-I的發(fā)明者顯然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了他們的目標(biāo)。直到今天，該系統(tǒng)閃亮的因素主要有以下令人印象深刻的優(yōu)點(diǎn)：
● AS-I使用一根兩通道扁平電纜，將電力提供給組件的同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。為了簡(jiǎn)單布線，去掉了復(fù)雜的樹型結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省了材料成本和安裝成本。
● AS-I使用簡(jiǎn)單的刺入技術(shù)進(jìn)行安裝。使用一種“刺入即完成”的方法，使安裝人員能夠安全無(wú)誤地安裝組件。
● AS-I可以與任何一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟黄鹗褂谩?/FONT>
● AS-I簡(jiǎn)單的配置選項(xiàng)令人印象深刻。這不僅降低了啟動(dòng)時(shí)間，而且還實(shí)現(xiàn)了更快的故障排除，因此，降低了工廠的停機(jī)時(shí)間。
使用AS-I刺入技術(shù)使安裝非常容易：
安裝底座和AS-I組件的模塊是分開的。
把AS-I電纜-- 通過(guò)非對(duì)稱形安裝能避免出錯(cuò)-- 放置在AS-I組件的安裝底座中。
底座和模塊的安裝使用簡(jiǎn)單的工具即可完成。
成功了!
刺入技術(shù)保證了AS-I組件與AS-I網(wǎng)絡(luò)的可靠連接。
1.4系統(tǒng)特色
經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)單
工業(yè)對(duì)現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)有各種需求，但他們總是包括簡(jiǎn)單的操作和最佳的價(jià)格性能比。 AS-I提供了這一功能。該系統(tǒng)著眼于最低的現(xiàn)場(chǎng)層，使用方便、可靠、經(jīng)濟(jì)。
今天，AS-I是工廠自動(dòng)化的一個(gè)組成部分。許多傳感器和執(zhí)行器可以通過(guò)標(biāo)志性的AS-I兩芯扁平電纜進(jìn)行通信和供電。傳統(tǒng)有線系統(tǒng)中最常見的樹型結(jié)構(gòu)，為了布線簡(jiǎn)單，在這里被除掉了。因此，線路布線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線過(guò)程也非常容易，即使沒有培訓(xùn)的人員也可以操作，這里采用了可靠的機(jī)械“刺入即完成”的技術(shù)，省去了很多的安裝材料，結(jié)果節(jié)省了大量成本。 AS-I被證明是對(duì)常見現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案的一個(gè)有用補(bǔ)充，無(wú)論是從技術(shù)角度還是經(jīng)濟(jì)角度。 AS-I是一種最底層的智能布線系統(tǒng)，不是取代而是補(bǔ)充復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)方案。
自由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于AS-I網(wǎng)絡(luò)的安裝，因?yàn)樗?jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的布置。其他網(wǎng)絡(luò)對(duì)錯(cuò)誤的敏感性往往會(huì)導(dǎo)致安裝的延誤。因此，AS-I系統(tǒng)的最具優(yōu)勢(shì)的特色之一就是減少了潛在錯(cuò)誤。由于使用了非對(duì)稱扁平電纜，防止了因極性反接而造成的錯(cuò)誤。
AS-I不僅為用戶提供了多種多樣的產(chǎn)品，而且有眾多生產(chǎn)廠家的技術(shù)支持。選擇多是AS-I的特色之一。每年，無(wú)數(shù)新奇和創(chuàng)新的產(chǎn)品成了市場(chǎng)繁榮的一部分。
方便、安全的刺入技術(shù)
AS-I的安裝方便是通過(guò)特殊的安裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，也被稱為刺入技術(shù)，或稱為刺入既完成技術(shù)。該技術(shù)是基于(典型的)黃色的扁平電纜，非對(duì)稱機(jī)械防止反極性。在安裝過(guò)程中，該設(shè)備的刺針穿透電纜的導(dǎo)體，建立可靠的電氣連接。這種技術(shù)還提供許多優(yōu)點(diǎn)：
● 直接和方便的傳感器/執(zhí)行器或模塊的連接;
● 反極性保護(hù);
● 數(shù)據(jù)和電源在同一條電纜上傳輸;
● 穿刺技術(shù)：
o 最簡(jiǎn)單的連接技術(shù);
o 安全連接;
o IP67防護(hù)等級(jí)。
● 不需要剪斷電纜，也不需要?jiǎng)兙€和安裝線鼻子;
● 拆卸和重接也沒有問題，因?yàn)殡娎|具有“自愈能力”。
AS-I支持任何拓?fù)?/STRONG>
AS-I協(xié)議保證了該系統(tǒng)很容易擴(kuò)展。該AS-I網(wǎng)絡(luò)可以像任何傳統(tǒng)的電氣安裝配置。每個(gè)從站可以自由尋址，并且可以連接到總線電纜的任意點(diǎn)。這是一種使模塊化的設(shè)置。此外，由于可靠地操作原理，沒有結(jié)構(gòu)的限制?？梢允褂萌魏尉W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，甚至是星形或樹形拓?fù)洹?/FONT>
2.1標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線
AS-I是全球唯一標(biāo)準(zhǔn)化的面向比特的現(xiàn)場(chǎng)總線。
AS-i用扁平電纜取代了“線束”
執(zhí)行器/傳感器接口或AS-Interface，簡(jiǎn)稱為AS-I，是自動(dòng)化系統(tǒng)中一種最低現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的連接系統(tǒng)。AS-i通過(guò)單一電纜取代了先前的電纜束。可以容易地連接命令設(shè)備、變速三相電機(jī)、光柵、感應(yīng)式接近開關(guān)和更復(fù)雜的設(shè)備(通過(guò)AS-i模塊)，例如通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制器、AS-I主站、AS-i電纜連接過(guò)程閥。
AS-I可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)在同一電纜上傳輸。也就是說(shuō)，機(jī)器或系統(tǒng)的緊急停止可以通過(guò)AS-i實(shí)現(xiàn)。
下圖說(shuō)明了AS-i在自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置。
AS-I的基本技術(shù)數(shù)據(jù)：
● 主 - 從原則;
● 沒有結(jié)構(gòu)限制;
● 數(shù)據(jù)和電源在一條兩芯電纜上傳輸;
● 抗噪聲;
● 介質(zhì)：非屏蔽電纜2×1.5平方毫米;
● 信號(hào)、數(shù)據(jù)的電源最多8A;
● 典型的，每個(gè)從站：4個(gè)輸入+4輸出，其他的組合，從1到16個(gè)輸入和輸出;
● 可在機(jī)柜或環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，安全防護(hù)等級(jí)IP67;
● 刺入技術(shù);
● 段長(zhǎng)度：100米，段可以使用中繼器擴(kuò)展，最長(zhǎng)可達(dá)300米。高效通信錯(cuò)誤檢測(cè)/防御
● 易于啟動(dòng);
● 通過(guò)總線連接的電子地址配置;
● 完全向后兼容。
AS-I 是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的開放標(biāo)準(zhǔn)
AS-I的電氣和機(jī)械規(guī)范是由11家活躍在二進(jìn)制傳感器和執(zhí)行器領(lǐng)域的公司編制的。該規(guī)范可對(duì)該領(lǐng)域有需求的公司使用。這使得AS-i成為一個(gè)開放的、異構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。
AS-I國(guó)際協(xié)會(huì)“推廣使用二進(jìn)制執(zhí)行器和傳感器總線”為宗旨，負(fù)責(zé)推廣AS-i系統(tǒng)的應(yīng)用和傳播;為一般用戶提供各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證等服務(wù)。
AS-I標(biāo)準(zhǔn)的演化
從AS-I推出到現(xiàn)在，AS-i國(guó)際已經(jīng)發(fā)布了三版標(biāo)準(zhǔn)，每版都有功能上的擴(kuò)展和改進(jìn)。
下表給出了AS-I標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)化：
2.2 AS-i系統(tǒng)組件概述
在AS-i系統(tǒng)中的組件包括：
AS-i主站;
AS-i從站;
AS-i電纜;
AS-i電源;
尋址單元(在某些情況下，集成在主站中);
診斷單元;
安全監(jiān)視器;
中繼器;
擴(kuò)展器;
擴(kuò)展插頭。
下圖顯示了一種AS-i組件可能的布置。
2.3 AS-i主站
一般提供了以下AS-i主站類型：
標(biāo)準(zhǔn)AS-i主站
最多31個(gè)標(biāo)準(zhǔn)AS-i從站，有擴(kuò)展尋址模式的AS-i從站可以連接到標(biāo)準(zhǔn)的AS-i主站。
擴(kuò)展AS-i主站
有擴(kuò)展尋址模式的AS-i從站可以成對(duì)(編程為A或B從站)與擴(kuò)展AS-i主站連接，并可使用相同的地址。這使可尋址的AS-i從站數(shù)增加到了62個(gè)。
2.4 AS-i從站
AS-i主站能夠?qū)ぶ返乃泄?jié)點(diǎn)都稱為AS-i從站。
AS-i從站具有以下類型可供選擇：
AS-i模塊。AS-i模塊用于連接傳統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器;
具有集成AS-i連接的傳感器/執(zhí)行器。具有集成AS-i連接的傳感器/執(zhí)行器可以直接連接到AS-I總線;
傳感器和執(zhí)行器根據(jù)其用途分為現(xiàn)場(chǎng)模塊和機(jī)柜模塊。
2.5其他AS-i系統(tǒng)組件
AS-i電纜
AS-i電纜是一種無(wú)屏蔽的雙線電纜，傳輸信號(hào)，并為AS-I模塊連接的傳感器和執(zhí)行器提電。網(wǎng)絡(luò)不限于一種類型的電纜。如果需要，適當(dāng)?shù)哪K或“T塊”可以用來(lái)改變簡(jiǎn)單的2線電纜。
AS-i電源單元
該AS-i電源單元為連接到AS-i總線的AS-i節(jié)點(diǎn)供電。對(duì)有特別高功率要求的執(zhí)行器，可能要連接附加的負(fù)載電源(例如，特殊應(yīng)用模塊)。
尋址單元
該尋址單元允許對(duì)AS-i從站地址的簡(jiǎn)單編程。(在某些情況下，集成在AS-i主站中。這意味著不需要單獨(dú)的尋址單元。)
AS-I分析儀
該AS-I分析儀用來(lái)檢測(cè)AS-i網(wǎng)絡(luò)在安裝過(guò)程中的錯(cuò)誤，例如在極端負(fù)載時(shí)的接觸不良或電磁兼容(EMC)問題，可通過(guò)該設(shè)備檢出。這可以用來(lái)評(píng)價(jià)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。該AS-I分析儀還可以為調(diào)試和維修創(chuàng)建檢測(cè)報(bào)告。
安全監(jiān)視器
該安全監(jiān)視器是工作的安全核心。在PC上配置的安全應(yīng)用包括了安全監(jiān)視器。用戶可以選擇一些特定應(yīng)用模式(例如急停功能，停止類別0或1的選擇)。作為選項(xiàng)，用戶可以充分利用該診斷功能，監(jiān)視器還可以對(duì)AS-i地址進(jìn)行操作。
中繼器
在系統(tǒng)的規(guī)劃中，中繼器用于擴(kuò)展AS-I段的長(zhǎng)度，提供更大的自由度，擴(kuò)展了AS-I可能的用途。停機(jī)時(shí)間和維修時(shí)間也因此減小，因?yàn)锳S-I電源的狀態(tài)可在每側(cè)顯示(單獨(dú)的電源)。
擴(kuò)展器
擴(kuò)展器用于擴(kuò)展主站與AS-i從站之間AS-I段的距離，最大為100米。在主站邊，不需要額外的電源。擴(kuò)展器擴(kuò)展AS-I的可能用途與中繼器大致相同。這里，從站只能用在擴(kuò)展器的下游(從主機(jī)的角度看)。
擴(kuò)展插頭
使用擴(kuò)展插頭時(shí)，AS-I段的最大電纜長(zhǎng)度可達(dá)200米。擴(kuò)展插頭是一個(gè)無(wú)源組件，連接離AS-I網(wǎng)絡(luò)電源最遠(yuǎn)的部分。一臺(tái)電源可為200米長(zhǎng)的從站供電。在擴(kuò)展插頭中的欠壓檢測(cè)系統(tǒng)中能監(jiān)視AS-i電壓，診斷指示燈能顯示功率是否足以達(dá)到總線電纜的末端。
3. AS-I的應(yīng)用
3.1 交通自動(dòng)化
應(yīng)用領(lǐng)域：
?地鐵站;
?公共交通;
?自動(dòng)扶梯，自動(dòng)人行道。
用戶/地點(diǎn)：
埃森威克斯公司，中央控制系統(tǒng)。
任務(wù)/定義：
?控制和監(jiān)測(cè)35個(gè)地鐵站中的設(shè)備。
3.2 機(jī)場(chǎng)自動(dòng)化
應(yīng)用領(lǐng)域：
?樓宇自動(dòng)化;
?物料輸送;
?行李分揀。
用戶/地點(diǎn)：
?首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)，北京。
任務(wù)/定義：
?70公里長(zhǎng)的貨物處理;
?有效抵抗外部因素干擾;
?設(shè)備使用效率較高;
?易于維護(hù)。
3.3 娛樂自動(dòng)化
應(yīng)用領(lǐng)域：
?主題公園;
?過(guò)山車;
?安全技術(shù)。
用戶/地點(diǎn)：
?六旗(Six Flags)主題公園，芝加哥。
任務(wù)/定義：
?可靠的控制;
?通用兼容性;
?運(yùn)動(dòng)娛樂設(shè)施的絕對(duì)可靠性;
?急停技術(shù)。
3.4 食品飲料自動(dòng)化
應(yīng)用領(lǐng)域：
?流程自動(dòng)化;
?特種機(jī)器制造商;
?飲料行業(yè)。
用戶/地點(diǎn)：
?克朗斯股份公司，特勞普林。
?灌裝工廠。
任務(wù)/定義：
?更少的電纜;
?降低成本;
?減少機(jī)柜空間;
?簡(jiǎn)化工程;
?結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和安全應(yīng)用;
?易于擴(kuò)展。
4.總結(jié)
AS-I的優(yōu)勢(shì)：
?在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，最低現(xiàn)場(chǎng)層經(jīng)濟(jì)布線的概念;
?通過(guò)網(wǎng)關(guān)、鏈接或網(wǎng)絡(luò)耦合器，可以連接所有的通用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng);
?網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖杂蛇x擇;
?簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的安裝，連接成本低;
?使用非對(duì)稱扁平AS-I電纜，安裝基本沒有錯(cuò)誤;
?消除了傳統(tǒng)的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在機(jī)柜內(nèi)有更多的空間;
?易于配置;
?易于診斷;
?模塊化。
