AS-interface

AS-интерфейс, или AS-i (Actuators/Sensors interface – інтерфейс исполнительных устройств и датчиков) является открытой промышленной сетью нижнего уровня систем автоматизации, которая предназначена для организации связи с исполнительными устройствами. Основные концепции AS-интерфейса регламентированы европейскими нормативами EN 50295, а также международным стандартом IEC 62026, базирующимися на спецификациях Международной ассоциации по AS-интерфейсу (AS International Association).

При этом система на базе AS-интерфейса является открытой и независимой от изготовителя, то есть изготовители и пользователи получают возможность самостоятельно разрабатывать системне компоненты, совместимые с изделиями других производителей без дополнительных мер по конфигурированию, и обеспечивать их надежную коммуникацию в единой сети.

AS-интерфейс позволяет решить задачу подключения датчиков и приводов к системе управления на основе построения сети с использованием одного двухжильного кабеля, с помощью котрого обеспечивается как питание всех сетевых устройств, так и опрос датчиков и выдача команд на исполнительные механизмы. Гибкость управления системой достигается за счёт применения различных ведущих устройств.

Функции ведущих устройств могут выполнять программируемые логические контроллеры, промышленные компьютеры или модули связи с сетями более высокого уровня — ModBus, Interbus, CANopen, PROFIBUS, DeviceNet (рис. 2.1).

Локальная вычислительная система низкого уровня на базе AS-интерфейса может иметь только одно ведущее устройство (master). До недавнего времени к нему можно было подключить 31 ведомое устройство (slave). По новой спецификации версии 2.1 стандарта на AS-интерфейс, появившейся весной 2000 года, количество ведомых устройств в одной сети увеличено до 62 за счёт разделения адресного пространства ведущего сетевого устройства на две подобласти: А и В.

Рис. 2.1. Схема подключения устройств к AS - интерфейсу

В AS-интерфейсе более ранних версий каждое ведомое устройство могло иметь до 4 входов и 4 выходов. Так называемые A/B-устройства (устройства, адресуемые в соответствии со спецификацией версии 2.1) могут иметь до 4 входов и 3 выходов.

AS-интерфейс использует метод доступа к ведомым устройствам, основанный на их циклическом опросе (polling). При опросе системы, состоящей из 31 ведомого устройства, время цикла составляет 4,7 мс. Таким образом, не позднее чем через каждые 5 мс каждый датчик или исполнительный механизм системы будет опрошен ведомым устройством. Если в AS-интерфейсе версии 2.1 используются только ведомые устройства подобласти адресного пространства А или В, то время цикла опроса также не превышает 5 мс. В случае использования всего адресного пространства, доступного для данной версии, ведомые устройства подобластей А и В обслуживаются по очереди: в первом цикле производится опрос ведомых устройств подобласти А, во втором – подобласти В, и в такой последовательности циклический процесс опроса повторяется далее. Таким образом, в этом случае суммарное время обслуживания всех ведомых устройств не превышает 10 мс.

Обслуживание ведомых А/B-устройств способны выполнять только ведущие сетевые устройства, поддерживающие спецификацию версии 2.1. Устройства, не поддерживающие данную версию, способны обслуживать не более 31 ведомого устройства (подобласть адресного пространства А).

Топология сети AS-интерфейса очень проста и позволяет подключать ведомые устройства по схемам «шина», «звезла», «кольцо» или «дерево» (рис. 2.2). Единственный пункт, который не обходимо учитывать, — это ограничение общей длины кабеля 100 м.

Рис. 2.2. Различные формы топологии сети AS-интерфейса

Под общей длиной понимается сумма длин всех ветвей сегмента сети, обслуживаемого одним ведущим устройством. Специальный расширитель позволяет удлинить кабель или разделить ветвь на группы. повторителей, что обеспечит надежное соединение при суммарной протяжённости линий связи до 300 м. При этом необходимо учитывать, что каждый сегмент требует отдельного источника электропитания.

Для сетевых устройств должны использоваться только специальные источники, предназначенные для работы с AS-интерфейсом.

В связи со специальными требованиями к линии передачи информации (одновременная передача информации и электропитания для датчиков и исполнительных механизмов, использование неэкранированного кабеля и минимизация полосы частот) потребувалось разработать новый метод модуляции для AS-интерфейса.

Этот метод модуляции для последовательной передачи даннях получил название Alternating Puls Modulation (APM, рис. 2.3).

Рис. 2.3. Альтернативная импульсная модуляция

Последовательность передаваемых битов сначала перекодируется в такую последовательность, в которой каждое изменение передаваемого сигнала приводит к фазовой инверсии (кодирование Манчестера).

При этом происходит формирование тока передачи, который в линии AS-интерфейса благодаря имеющейся распределенной индуктивности создает дифференциальные уровни напряжения. Каждое увеличение тока передачи ведет к появлению отрицательного, а понижение — положительного импульса напряжения. На приёмной стороне AS-интерфейса эти сигналы напряжений детектируются и преобразуются в последовательность битов, соответствующую исходной.

неэкранированным и неперевитым проводам AS-интерфейса имеет надежное распознавание ошибок, которое предусмотрено в процес се приема информации.

Протокол AS-интерфейса (рис. 2.4) состоит из запроса ведущего устройства, паузы ведущего устройства, ответа ведомого устройства и, соответственно, паузы ведомого устройства.

Условные обозначения: ST — стартовый бит; SB — управляючий бит; A4…A0 — адрес ведомого устройства; I4…I0 — информационная часть (данные) от ведущего устройства к ведомому и от ведомого к ведущему; PB — бит паритета; EB — признак конца телеграммы 35 (конечный бит).

Рис. 2.4. Структура протокола AS-интерфейса

В основе безопасности передачи данных по AS-интерфейсу лежит, прежде всего, обмен очень короткими кадрами: запрос ведущего устройства содержит 11 информационных битов, а ответ відомого устройства — 4 бита.

Для контроля целостности данных используется контрольная сумма (CRC).

Достаточная избыточность кода и знание фиксированных длин кадров позволяют распознавать:

- ошибки стартового или конечного бита, бита паритета, кода Манчестера, а также выход за пределы времени передачи (time-out) и задержки времени паузы;

- задержку модуляции;

- нарушение длины кадров.

С помощью всех названных механизмов для AS-интерфейса достигается высокий показатель Хэмминга HDeff = 3, который характеризует устойчивость кода к помехам и оценивается по формуле

HD=e+1 (е — число достоверно обнаруживаемых ошибок).

На рис. 2.5 схематически показано подключение источника питания к двухпроводной симметричной линии передачи данных. Источник питания имеет выходное напряжение 29.5…31.6 В постоянного тока и выполнен в соответствии с международными стандартами безопасности IEC для цепей сверхнизкого напряжения (система изоляции PELV — protective extralow voltage). Рабочий ток источника от 0 до 2,2 А или до 8 А. Источник должен быть оснащен защитами от длительного короткого замыкания и перегрузок.

Рис. 2.5. Схема соединения линии с источником питания в AS-интерфейсе

Схема связи с линией передачи данных, выполненная по рациональному способу в одном корпусе с источником питания, состоит из двух индуктивностей, каждая по 50 мкГн, и двух параллельно включеннях сопротивлений по 39 Ом. RL-цепочки служат для того, чтобы токове импульсы, которые производит передатчик AS-интерфейса, посредством дифференцирования были преобразованы в импульсы напряжения.

AS-интерфейс представляет собой симметричную незаземленную систему (рис. 2.5).