a ctuator s ensor interface
DESCRIPTION
1. A ctuator S ensor Interface. 2. Informacje podstawowe. Sieć AS-i należy do najprostszych sieci miejscowych, Metodą dostępu stacji do sieci AS-i jest odpytywanie (ang. polling), Jedna stacja jest wyróżniona i pełni rolę zarządcy (Master), pozostałe węzły są podległe (Slaves), - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
• Sieć AS-i należy do najprostszych sieci miejscowych,• Metodą dostępu stacji do sieci AS-i jest odpytywanie (ang. polling),• Jedna stacja jest wyróżniona i pełni rolę zarządcy (Master), pozostałe
węzły są podległe (Slaves),• Master posiada pełną listę adresów stacji dołączonych do sieci i
odpytuje kolejne slave, przekazując w ten sposób zgodę na transmisję w sieci,
• Jeden master może obsługiwać do 31 punktów podległych, tzw. modułów, które mogą zawierać układy wyjściowe albo wejściowe (opcja standard),
• Węzeł może obsługiwać do 8 punktów binarnych (8, 4+4, 4, 3+1, 2+2),• Każdy moduł musi mieć swój adres (1-31) zapisany w pamięci
EEPROM,
2
Informacje podstawowe
• Moduły mogą tworzyć sieć o konfiguracji liniowej, gwiaździstej lub drzewiastej
3
Master
control
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
linia
Master
control
Slave
Slave
Slave Slave
Slave
Slave
SlaveSlave
Slave
Slave Slave
Slave
gwiazda
Master
control
Slave
Slave
Slave
SlaveSlave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
drzewo
Topologia sieci
• Jako łącze stosowany jest specjalny dwużyłowy (2x1,5mm2), nieekranowany, profilowany kabel o długości do 100m (300m z repeaterem, 600m z extenderem),
• Zalety takiego rozwiązania są następujące: prosty montaż i serwis okablowania, szybki i prawidłowy montaż modułów węzłowych sieci, prosta diagnostyka sieci, łatwa rekonfiguracja oraz duża odporność na uszkodzenia mechaniczne,
• Wadą przyjętego kabla jest mniejsza, w porównaniu ze skrętką, odporność na zakłócenia elektromagnetyczne,
• Zostało to zrekompensowane przez zwiększenie napięcia zasilania (30V DC) oraz zastosowanie dużych prądowych (60mA) sygnałów sterujących,
4
Medium transmisyjne
• Łatwe i bezpośrednie podłączenie do węzłów do magistrali,
• Jeden przewód – dwie żyły – do transmisji danych i zasilania
• Klasa ochrony do IP67,• Montaż bez zakładania końcówek
kablowych i przykręcania,
5
AS-Interface electromechanic
Master
Master
Host
SL 1
1
SL 2
2
SL31
31
Master Nadaje
Slave Odpowiadają
SL 1
1
bus
Technologia łączenia
6
AS-Interface electromechanic
Technologia łączenia
bezpośrednie i łatwe połączenie sensorów/aktorów lub modułów,
specjalna konstrukcja kabla, dwa przewody dla danych i zasilania,
izolowane połączenie przeszywające łatwa technologia łączenia, bezpieczne połączenia, ochrona do poziomu IP67,
nie wymagane ściąganie izolacji, montaż w każdej płaszczyźnie,
Blok dokujący
Połączenie przeszywające
Konstrukcja kabla
7
Łatwa rozbudowa
Slave
Slave
Slave
Slave
Możliwość dołączenia węzła tam gdzie jest potrzebny
Możliwość dołączenia nowej linii tam gdzie jest potrzebna
8
AD
Fault
Power
I-1
I-2
3162
AS-Interface
62 Slaves dołączone do jednego Mastera / A- i B-Slaves pełna kompatybilność w dół
możliwość rozszerzania bieżącej aplikacji o nowe elementy istniejące węzły mogą swobodnie komunikować się z nowym masterem
precyzyjna diagnostyka Oddzielna detekcja konfiguracji oraz błędów urządzeń
krótkie spięcia, przeciążenie, niepotrzebne dodatkowe napięcie, błędy komunikacji
łatwe utrzymanie
transmisja wartości analogowych brak nadmiernego opóźnienia czasowego automatyczne rozpoznanie wartości analogowych konfiguracja urządzeń bez dodatkowych narzędzi
9
AS-Interface
DeviceNet FIP Interbus Profibus Ethernet etc.
Poziom komunikacyjny:
Poziom kontrolny: PLC, PC, IPC, ...
Master
SlaveSlaveSlaveSlave Slave SlaveSlave Slave
Poziom Aktor / Sensor
Poziom AS-Interface:
Slave Slave Slave Slave Slave
10
Zasięg produktów
Masterplc / pc
Moduły wej/wyj
aktorygateways
Elementybezpieczeństwa
sensory
zasilanie
Systemyzintegrowane
Akcesoriarepeater, extender
11
Ilość Slaves 31 62
Ilość wejść wyjść 124 I +124 O 248 I + 248 Siemens (496 I and 496 O)
max. Czas cyklu 5 ms używając A + B Slaves max.10 ms
transmisja przez specjalny blok zintegrowane w masterze wartości analogowych aż do 124 wartości
analogowych
AS-Interface Rozszerzony
Rozbudowa sieci
12
Transmisja danych
Właściwości transmisyjne naturalnego kodu binarnego nie są najlepsze: ma on składową stałą, liczba kolejnych elementów ‘0’ i ‘1’ nie jest ograniczona i dlatego nie gwarantuje prawidłowej synchronizacji odbiornika, Z drugiej strony, torem transmisyjnym dla AS-i jest para przewodów, którą przesyłane są zarówno dane jak i zasilanie. Powyższe przyczyny powodują konieczność stosowania kodu transmisyjnego. Przyjęto kod PE (ang. Phase Encodage) zwany też kodem Manchester. Reguła kodowania jest następująca: ‘1’ kodowana jest jako przejście w środku bitu, od poziomu niższego do wyższego, ‘0’ - odwrotnie. Zaletą takiego kodowania jest co najmniej jedno przejście dla każdego bitu.
13
Transmisja danych
Przebiegi w nadajniku kontrolera magistrali AS-i pokazano na rysunku. Słowo nadawane, w naturalnym kodzie binarnym (rys.a), kodowane jest według reguł kodu PE (rys.b) a następnie podawane na filtr dolnoprzepustowy. Przebieg ten o ograniczonym paśmiewchodzi na konwerter U/I, na którego wyjściu otrzymujemy prąd I z przedziału (0...60)mA. Takie zmiany prądu są forsowane na magistrali (rys.c). Oddziaływanie między wyjściem nadajnika a specjalnym zasilaczem z odpowiednio dobraną wartością indukcyjności wyjściowej prowadzi do uzyskania naprzemiennej modulacji impulsowej (APM - ang. Alternate Puls Modulation) napięcia zasilającego (rys.d). Modulacja APM odpowiada różniczkowaniu przebiegu z rys.c. Amplituda impulsów napięciowych w torzetransmisyjnym wynosi około 2V.
14
Format Ramki
ST – bit startu, zawsze ST=0,CB – bit sterujący, 0 - transmisja dane/parametry, 1 – instrukcja sterująca,A0…A4 – adres modułu slave, 01H…1FH – AS-i-slave 1…AS-i-slave 31,I0…I4 – bity informacyjne zależne od typu wywołania,PB – bit parzystości, testowane są bity bez ST i EB, 0 – parzysta liczba ‘1’,EB – bit stopu, zawsze EB=1.
15
Format Ramki
Master wysyła telegram zaopatrzony w adres modułu slave. Odpowiada wyłącznie wskazany moduł. Ta prosta metoda ściśle determinuje czas dostępu każdego punktu domagistrali. Dla sieci AS-i przyjęto częstotliwość zegara równą 167kHz co daje czas trwania jednego bitu 6μs. Master-pauza wynosi co najmniej 3 i maksymalnie 10 odcinków jednostkowych. Jeśli slave jest zsynchronizowany, wtedy już po trzech odcinkach bitowych przełącza się na nadawanie odpowiedzi. Przy braku synchronizacji wymagane są dwa dodatkowe bity. Jeśli master nie otrzyma bitu startowego odpowiedzi w ciągu 10 bitów pauzy, przechodzi do następnego wywołania. Slave - pauza trwa tylko jeden odcinek czasowy. Czas cyklu dostępu w sieci AS-i zależy od liczby modułów podrzędnych; przy pełnej obsadzie 31 modułów czas cyklu wynosi około 5ms.
16
Transmisja danych
W systemach sterowania istotnym problemem jest zapewnienie wysokiejwiarygodności przekazywanych danych. Zabezpieczenie transmitowanych w sieci AS-i ramek może wydawać się słabe. W rzeczywistości wprowadzenie kodowania transmisyjnego PE ikońcowego APM powoduje, że istnieje więcej stref kontroli wynikowego ciągu. W łatwy sposób można wykryć brak transmisji - brak składowej zmiennej.
17
Test przesyłanych danych
Przyjmuje się następujące kryteria testowania ramek transmitowanych w kodzie APM: pierwszy impuls telegramu musi być impulsem ujemnym, kolejne pary impulsów muszą mieć przeciwną polaryzację, odstęp między sąsiednimi impulsami nie może przekraczać 0,5 okresu zegara, w drugiej połowie bitu (w odniesieniu do nadawanego słowa) zawsze musi wystąpić impuls, liczba dodatnich impulsów, bez bitów ST i EB musi być parzysta, ostatni impuls słowa kodowego musi być dodatni, po bicie stopu (EB) nie może być impulsów (dotyczy pauzy).Następnie po przekodowaniu ciągu z kodu APM na kod PE i dalej na kod binarny, realizowana jest kontrola parzystości odebranej ramki.
18
Funkcjonalność A i B Slave
Master nadaje do A-Slaves
Slave 1A Slave 2A Slave 31A Slave 1B
Slave 1B Slave 31A Slave 2A Slave 1A
Slave 2B
Slave 2B
Odpowiedź A-Slaves
Master nadaje do B-Slaves
Odpowiedź B-Slaves
Master
Kontroler
19
System Solution
Slave’y z dodatkowymi funkcjami (np. Parametryzacja). Diagnostyka slave’ów po sieci Aktory i sensory w wysokim poziomie ochrony
AS-Interface integruje funkcjonalność slave’a:
D0 = przełączanie
D1 = ostrzeganie
D2 = włączenie
D3 = test
P0 = timer
P1 = inverting
P2 = distance
P3 = special function
Sensorlub
Aktor
energia
AS-InterfaceSlave IC
Jedno połączenie
21
System Solution
D0 = sensor 1
D1 = sensor 2
D2 = aktor 1
D3 = aktor 2
P0
Do 4 sensorów
i/lub
Do 4 aktorów
energia
AS-InterfaceSlave IC
Jedno połączenie
Watchdog
AS-Interface moduły umożliwiają podłączenie konwencjonalnych sensorów i aktorów:
22
Przesył danych i energii
Każdy telegram jest sprawdzany przez odbiornik (wykrywanie możliwych błędów). Wykrywanie błędów odbywa się przez sprawdzenie bitu parzystości i kilku innych niezależnych wartości.
W ten sposób uzyskana jest niespotykana odporność na wykrywanie pojedynczych, jak i zbiorowych błędów transmisji.
Ponowne nadanie pojedynczego telegramu zabiera tylko 150 µs i jest standardowo dodawane do czasu nadawania.
AS-Interface może być używane także w środowisku o wysokim stopniu zakłóceń elektromagnetycznych, jak np. maszyny spawalnicze czy falowniki.
SAFETY AT WORK
25
Moduły bezpieczeństwa oraz moduły standardowe
Master PLCModułbezpieczeństwa
Przyciskbezpieczeństwa
STOP
ZasilaczASi
Przełącznikpozycyjny
Kurtyna świetlna bezpieczeństwa
Modułstandardowy
Modułbezpieczeństwa
Modułstandardowy
29
SAFETY AT WORK
Integracja wszystkich elementów związanych z bezpieczeństwem
Diagnostyka magistrali za pomocą sterownika PLC
Redukcja Hardware’u
Modułów I/O
Rozmiaru szafy sterowniczej
Przewodów
Skrócenie czasu instalacji, testowania
Przyspieszenie projektowania, oznaczania przewodów, diagnozowania
Ułatwienie tworzenia dokumentacji
Ułatwienie konserwacji
Podsumowanie