Основные понятия и базовые компоненты AS-интерфейса

Введение

Посещая ежегодно международную выставку Hannover Мesse, я заметил, как много компаний предлагает оборудование для AS-интерфейса, насколько высока его популярность у европейских специалистов по автоматизации и как мало интересуются данным оборудованием в нашей стране. Наверное, в первую очередь это связано, судя по примерам применения АS-интерфейса в Германии, с невысокими темпами восстановления и развития отечественного машиностроения. А кроме того, этому безусловно способствуют ничтожно малое количество статей в российской технической прессе и полное отсутствие книг по данной тематике. Такая ситуация и привела к решению более подробно ознакомить с AS-интерфейсом широкий круг специалистов в области АСУ ТП.

Историческое прошлое

В середине восьмидесятых годов уже прошлого века многие машиностроительные предприятия Советского Союза под руководством ЦК КПСС и под контролем местных партийных органов начали активно внедрять гибкие производственные системы (ГПС). Партийное руководство надеялось таким образом изменить ситуацию с отставанием машиностроительного комплекса страны от ведущих западных государств, прежде всего по выпуску качественной продукции. Мы же, тогда молодые инженеры, смело кинулись в бой, чтобы показать и доказать, что для молодости не существует никаких преград, в том числе и технического характера. До сих пор я вспоминаю с содроганием сотни контактных датчиков, связанных толстыми жгутами проводников с мини- или микроЭВМ через параллельные порты. Роботами управляли программы, записанные на бытовые магнитофонные кассеты МК-60, а программное обеспечение технологической ячейки ГПС хранилось на 5,25" дискетах.

Часто инструментом отладки у программиста того времени был обыкновенный лом, которым приходилось подправлять контейнер с заготовками или готовыми деталями, помогая манипулятору установить его в соответствующую ячейку склада и т.п.

Видимо, развитие техники не зависит от политических пристрастий.

С задачей упрощения структуры кабельного хозяйства и минимизацией затрат на технические средства и монтажные работы столкнулись и зарубежные инженеры, несмотря на обладание более качественной и надежной вычислительной техникой. В начале 90-х годов образовался консорциум из 11 немецких фирм для разработки технических требований к очень простому последовательному интерфейсу, обеспечивающему передачу информации между дискретными датчиками и управляющим вычислительным устройством. В 1994 году для созданного в результате совместной разработки AS-интерфейса началось серийное производство специализированных микросхем. Первыми крупнейшими потребителями систем, построенных на базе AS-интерфейса, стали предприятия автомобильной индустрии.

Назначение, архитектура, особенности применения

AS-интерфейс, или AS-i (Actuators/Sensors interface — интерфейс исполнительных устройств и датчиков) является открытой промышленной сетью нижнего уровня систем автоматизации, которая предназначена для организации связи с исполнительными устройствами и датчиками в соответствии с требованиями европейских нормативов EN 50295 и международного стандарта IEC 62026-2 [1], [2].

В существовавших ранее решениях для подключения дискретных датчиков и исполнительных механизмов к управляющему устройству использовалось множество кабельных соединений (жгут), так как каждое такое устройство подключалось к модулю ввода-вывода управляющего устройства отдельной парой проводников. При этом затраты на приобретение кабельной продукции, на ее монтаж и эксплуатацию были очень велики. AS-интерфейс позволяет решить задачу подключения датчиков и приводов к системе управления на основе построения сети с использованием одного двухжильного кабеля, с помощью которого обеспечивается как питание всех сетевых устройств, так и опрос датчиков и выдача команд на исполнительные механизмы.

Оболочка кабеля AS-интерфейса имеет специальный профиль, исключающий возможность неправильного подключения сетевых компонентов. Большая часть сетевых компонентов подключается к кабелю методом прокалывания изоляции, и сделать это можно практически в любой точке соединительного кабеля, что обеспечивает гибкость сетевой архитектуры и сокращает сроки монтажа. Наряду с профилированным кабелем используется и круглый кабель, ориентированный на специальные модули.

При наличии в системе специальных модулей AS-интерфейс позволяет подключать к системе управления обычные широко распространенные на рынке датчики и исполнительные механизмы. Следующим шагом в развитии сетевых технологий на базе AS-интерфейса стало включение интегральных микросхем ведомого устройства непосредственно в электронную часть датчиков и исполнительных механизмов. Для таких интеллектуальных устройств становится возможной реализация удаленного параметрирования и диагностики без использования дополнительных связей.

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. 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.

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. Соответствующее максимальное число входов и выходов, а также другие технические данные системы на базе AS-интерфейса приведены в табл. 1.

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 5 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», «звезда», «кольцо» или «дерево» (рис. 2). Единственный пункт, который необходимо учитывать, — это ограничение общей длины кабеля 100 м. Под общей длиной понимается сумма длин всех ветвей сегмента сети, обслуживаемого одним ведущим устройством. Специальный расширитель позволяет удлинить кабель или разделить ветвь на группы. Если требуется большая длина кабеля, то можно использовать до двух 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.

Построение протокола, передача данных и модуляция

Протокол AS-интерфейса (рис. 3) состоит из запроса ведущего устройства, паузы ведущего устройства, ответа ведомого устройства и, соответственно, паузы ведомого устройства. 

Условные обозначения: ST — стартовый бит; SB — управляющий 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 (конечный бит).

Все запросы ведущего устройства имеют длину 14 бит, все ответы ведомого устройства занимают 7 бит. При этом период времени передачи одного бита составляет 6 мкс. Пауза ведущего устройства может занимать по времени от 3 до 10 тактов передачи бита. Если ведомое устройство было синхронизировано, то есть приняло сообщение ведущего устройства и ответило, то это позволяет начать передачу ответа ведомого устройства через 3 такта. Если ведомое устройство не было синхронизировано, например, это первый запрос в адрес данного ведомого устройства или запрос после воздействия помехи, то требуется на два такта больше, чем это было необходимо в первом случае. Если ведущее устройство после 10 тактов не приняло стартовый бит ответа ведомого устройства, можно сделать заключение, что ответ не проходит, и ведущее устройство может послать следующий запрос, например, ведомому устройству с более высоким адресом.

Дополнительную информацию о назначении и состоянии битов запроса ведущего устройства и ответа ведомого устройства содержат табл. 2 и 3.

В табл. 4 представлены все допустимые запросы/команды ведущего устройства. Все другие кодовые комбинации в настоящий момент недопустимы, хотя они зарезервированы для использования в будущем.

Модуляция

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) потребовалось разработать новый метод модуляции для AS-интерфейса. Этот метод модуляции для последовательной передачи данных получил название Alternating Puls Modulation (APM, рис. 4).

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.

Надежность, безопасность передачи данных и распознавание ошибок

Большое значение для безошибочной передачи данных по неэкранированным и неперевитым проводам

AS-интерфейса имеет надежное распознавание ошибок, которое предусмотрено в процессе приема информации.

В основе безопасности передачи данных по AS-интерфейсу лежит прежде всего обмен очень короткими кадрами: запрос ведущего устройства содержит 11 информационных битов, а ответ ведомого 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 = 5, который характеризует устойчивость кода к помехам и оценивается по формуле HD = e+1 (е — число достоверно обнаруживаемых ошибок).

Техника быстрого монтажа

Техника монтажа является одним из главных факторов в обеспечении надёжности эксплуатации любых промышленных сетей. Именно на этапе монтажа выявляется большинство проблем. Количество дискретных датчиков на современном технологическом объекте зачастую исчисляется сотнями штук. Обычно они распределены на объекте в разных пространственных зонах, то есть имеет место децентрализация. При этом следует учесть жесткие требования к обеспечению защиты датчиков и исполнительных устройств от электромагнитных воздействий, разные степени защиты от климатических и других внешних воздействий. Упомянутое ранее применение профилированного двухжильного кабеля и технологии его прокалывания не только обеспечивает непрерывность физического уровня сети, но и позволяет создать унифицированные электромеханические устройства для подключения датчиков и исполнительных механизмов. Это открывает путь для существенного снижения затрат на инсталляцию и монтаж сети.

Плоский кабель

Желтый плоский кабель стал своего рода рыночным знаком AS-интерфейса. Он имеет строго определенную геометрическую форму сечения в виде трапеции с выступом (рис. 5), который обеспечивает однозначное положение кабеля в соединительных модулях и, как следствие, исключает возможность переполюсовки двухпроводной линии. 

Поперечное сечение кабеля в форме трапеции облегчает прижим и создает уплотнение в местах ввода кабеля в модули, переходные устройства, соединители и т.д., тем самым обеспечивая герметичность, соответствующую степени защиты IP67.

Площадь поперечного сечения каждого проводника, равная 1,5 мм2, установлена стандартом. При таком сечении гарантируется питающий ток 2 А. Таким образом, при длине кабеля 100 м в случае подключения 31 ведомого устройства на равных расстояниях друг от друга при условии потребления каждым устройством не более 65 мА общее падение напряжения не превышает 3 В, что соответствует допустимому отклонению питающего напряжения. Если для исполнительных механизмов требуется дополнительное питание, например постоянное напряжение 24 В, то можно применить аналогичный профилированный кабель черного цвета, который также использует технологию прокалывания. Для напряжений более 30 В, в частности для 230 В переменного тока, используется кабель с оболочкой красного цвета.

Как альтернатива плоскому кабелю допускается применение круглого кабеля типа H05VV-F2×1,5 (рис. 6). Для подключения такого кабеля используются клеммы, а в качестве уплотнительных устройств — герметичные PG-соединители.

Соединительные модули

Наряду с технологией прокалывания фундаментальной основой AS-интерфейса является широкое применение стандартизованных электромеханических модулей.

Различают два типа этих модулей:

• «нижний» монтажный модуль (в технических описаниях некоторых фирм, в частности Siemens, такое устройство для компактных модулей называется монтажной платой или палеттой, встречается и другое название — модуль связи) — устройство, служащее для построения кабельной структуры системы AS-интерфейса и фиксации плоского кабеля в пазах специального профиля (рис. 7 а, б);

• «верхний» пользовательский модуль — прибор (ведомое устройство), содержащий электронику AS-интерфейса и разъемы М12 для подключения датчиков и исполнительных устройств.

Понятия «нижние» и «верхние» модули укоренились вследствие конструктивной особенности их применения, предполагающей соединение модулей обоих типов и образование единого модуля для подключения устройств к AS-интерфейсу (рис. 7 в).

Чтобы гарантировать высокий уровень совместимости различных типов фирменных изделий для AS-интерфейса, организацией AS-International были стандартизованы габаритные и присоединительные размеры, крепление и электрические связи между монтажными и пользовательскими модулями на основе электромонтажной системы EMS или её расширенной версии EЕMS, предусматривающей подключение вспомогательного электропитания.

Существуют следующие виды монтажных модулей:

• для подключения круглого кабеля через герметичные соединители PG11; внутри таких модулей имеются винтовые зажимы для жил кабелей;

• для соединений с двумя плоскими желтыми кабелями, которые, в свою очередь, уже внутри модуля могут быть скоммутированы для образования различных сетевых разветвителей; кабели могут включаться параллельно или использоваться раздельно;

• для соединений с двумя плоскими кабелями, один из которых — основной желтый, а второй — чёрный, для подключения вспомогательного электропитания.

Пользовательские «верхние» модули выпускаются многими компаниями и в очень большом ассортименте. Наряду с простыми крышками, выполняющими роль заглушек для монтажных модулей и использующимися для получения крестообразных и Т-образных разветвителей, существуют разделительные пассивные модули, которые служат для перехода шины AS-интерфейса на соединительные разъемы М12. Эти пассивные модули предназначены для подключения интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, в состав которых уже входит ведомое устройство в виде соответствующей интегральной микросхемы. Не менее велик выбор и активных пользовательских модулей. В отличие от пассивных модулей они используют встроенную электронику AS-интерфейса, к которой подключаются обычные датчики и исполнительные механизмы.

Пользовательские модули со стороны нижней поверхности имеют средства электромонтажной системы EMS или EЕMS, необходимые для обеспечения механического соединения и электрической связи с монтажным модулем, а другая сторона пользовательских модулей (верхняя поверхность) служит либо для установки герметичных соединителей для подключения датчиков и исполнительных устройств, либо как лицевая панель прибора с AS-интерфейсом. При установке соединителей возможно образование большого числа разных комбинаций: 1 вход, 4 входа, 4 выхода, 2 входа/2 выхода и другие. На лицевую панель устанавливаются светодиоды для индикации неисправности или диагностики. При использовании модуля ЕЕМS с вспомогательной шиной питания предусмотрен вывод дополнительного питания на гнезда герметичного разъема М12. В случае использования модуля ЕМS существует возможность подачи дополнительного электропитания через штекер М12, установленный на торцевой стороне модуля.

На рис. 8 показано стандартизованное расположение выводов четырехполюсных соединителей М12 в соответствии c IEC 947-5-2, приложение D.

Электромеханический интерфейс, использующий средства электромонтажной системы, является универсальным компонентом, и его применение не ограничивается только модулями; он используется и в таких изделиях, как кнопки с подсветкой, пневматические вентили и контроллеры, в которых необходимо реализовать соединение с монтажным модулем со степенью защиты IP65.

Аппаратные средства AS-интерфейса могут быть размещены не только непосредственно на технологическом оборудовании, но и в более комфортных условиях электротехнического шкафа. В таком случае возможна абсолютно иная концепция построения модулей. Для установки в шкафу предлагаются модули со степенью защиты IP20 и с техникой подключения, использующей пайку, клеммы и штекерные разъемы (рис. 9).

Для жестких условий эксплуатации ряд фирм предлагает альтернативные решения в виде так называемых компактных модулей (рис. 10) со степенью защиты IP67 и разнообразной техникой подключения (М8, М12, клеммы и т.п.).

Системные компоненты AS-интерфейса

Фактически AS-интерфейс представляет из себя систему, которая включает необходимый набор устройств и приборов, выполняющих функции по обеспечению работоспособности, наладки и сервиса всей системы в целом.

Микросхема ведомого устройства

С начала разработки AS-интерфейса было ясно, что электронная часть ведомого устройства, если её необходимо встраивать непосредственно в датчик или исполнительное устройство, должна быть компактной и, кроме того, дешевой. Это возможно только при использовании специализированных микросхем с высокой степенью интеграции.

Через интегральную микросхему ведомого устройства двоичные датчики и исполнительные устройства подключаются к сети AS-интерфейса. Специализированная микросхема (ASIC) обеспечивает датчик или исполнительное устройство электропитанием от сети, распознает переданную от ведущего устройства информацию и посылает в ответ собственные данные. В каждом цикле передаются 4 бита данных от ведущего устройства последовательно к каждому ведомому и обратно. Необходимые для этого порты данных каждой микросхемы можно конфигурировать отдельно как входные, выходные или двунаправленные порты. Конфигурация портов ведомых устройств устанавливается в соответствии с так называемой конфигурацией ввода-вывода.

По команде «Write Parameter» ведомое устройство получает от ведущего

4 бита данных, соответствующих значению параметра. С их помощью можно управлять особыми функциями ведомого устройства. Установка кодов параметров производится ациклично, причем в одном цикле AS-интерфейса она может быть выполнена только для одного ведомого устройства.

Возможны два способа использования таких микросхем:

• чип ведомого устройства AS-интерфейса может быть встроен прямо в датчик или исполнительное устройство, в результате чего получается устройство с интегрированным AS-интерфейсом (рис. 11);

• чип ведомого устройства AS-интерфейса может быть встроен в модуль таким образом, что к модулю можно подключать обыкновенный датчик или исполнительное устройство, которые характеризуются как устройства с внешним AS-интерфейсом (рис. 12).

Основным производителем чипов для AS-интерфейса является компания AMS (Austria Microsystems), выпускающая микросхемы ASI3+ и SAP4. С конца 1999 г. корпорация AMI (American Microsystems Inc.) предлагает новую микросхему ведомого устройства с расширенными функциональными возможностями (встроенные функции диагностики, возможность адресации к 62 ведомым устройствам, сторожевой таймер, ЕЕPROM, инфракрасный интерфейс для конфигурирования); конфигурирование позволяет использовать данный чип в качестве ASIC ведомого устройства, повторителя или аналогового чипа ведущего устройства.

На рис. 13 показана структура микросхемы ведомого устройства серии ASI3+.

Электропитание

Как уже отмечалось в начале статьи, одним из основополагающих принципов AS-интерфейса является одновременное использование линии передачи информации для подвода электропитания. На рис. 14 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. 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 включенных сопротивлений по 39 Ом. RL-цепочки служат для того, чтобы токовые импульсы, которые производит передатчик AS-интерфейса, посредством дифференцирования были преобразованы в импульсы напряжения.

AS-интерфейс представляет собой симметричную незаземленную систему. Для оптимизации защиты от помех, возникающих вследствие перекрёстных наводок, необходимо по возможности соблюдать симметричное построение двухпроводной линии AS-интерфейса. Для решения этой задачи служат обе емкости С_Е. Только в указанной на рис. 14 точке GDN между этими ёмкостями допускается подключение приборной «земли».

Источники питания для AS-интерфейса выпускаются в различных исполнениях. Как правило, это стандартные устройства с номиналами выходного тока 2,2 А или до 8 А и выходным напряжением 29,5…31,6 В. Выпускаются и двойные приборы, первый выход которых соответствует стандартному источнику питания для AS-интерфейса, а второй выход обеспечивает, например, вспомогательное питание 24 В постоянного тока. Входное напряжение источников составляет 24 В постоянного тока или 110/230 В переменного тока, степень защиты — IP20 или IP65.

Повторители и сетевые расширители

Максимальная длина сегмента в сети AS-интерфейса составляет 100 м.

Она определяется физическими свойствами линии, параметрами сигналов и общей топологией сети. Как и в других промышленных сетях, для удлинения линии связи могут использоваться повторители (repeater).

Применение повторителя позволяет увеличивать протяженность линий связи сегмента AS-интерфейса со 100 до 300 м. Это связано с тем, что из-за временных ограничений процесса передачи данных в систему может быть включено не более двух повторителей. Каждый повторитель состоит из двух схем регенерирования сигналов (приёмник и передатчик, разделенные оптопарой) и схемы управляющей логики (рис. 15). 

Условные обозначения: l — поток данных направо; r — поток данных налево.

Расположенные на обеих сторонах линии детекторы выдают сигналы в схему управляющей логики, которая распознает три допустимые ситуации:

• состояние покоя (Idle state) — оба передатчика неактивны;

• левая схема передает поток данных направо (l);

• правая схема детектора передает поток данных налево (r).

Существующие технические средства позволяют распознать состояние покоя в течение половины времени, необходимого для передачи одного бита. В результате получается соответствующая задержка в канале, независимо от направления передачи. Так как распознавание стартового бита производится также в течение половины времени передачи одного бита, повторитель AS-интерфейса в каждом направлении задерживает сигнал на время передачи одного бита (6 мкс).

Из-за того что объединённые повторителем участки сети гальванически развязаны, с обеих сторон повторителя должны подключаться источники питания интерфейса.

Модули связи с сетью PROFIBUS-DP

Модули связи DP/AS-I-Link позволяют производить непосредственное подключение AS-интерфейса к сети PROFIBUS-DP (рис. 16). 

Каждый такой модуль со стороны PROFIBUS-DP выполняет функции ведомого устройства со скоростью передачи данных 12 Мбит/с, в то время как со стороны AS-интерфейса он функционирует как ведущее устройство. Например, фирма Siemens предлагает два типа модулей связи, предназначенных для работы как со старой версией AS-интерфейса (обслуживание до 31 ведомого устройства), так и с новой расширенной версией 2.1 (обслуживание до 62 ведомых устройств). Конфигурирование модулей выполняется с помощью пакетов COM PROFIBUS и STEP 7. Модули имеют разную степень защиты: IP65 (модель DP/AS 65E) или IP20 (модель DP/AS 20E) — и, соответственно, предполагают разные методы монтажа и рассчитаны на использование разных соединителей. Сетевой (DP-) адрес может задаваться DIP-переключателем или записываться в ЕЕPROM.

Аналогичные модули связи предлагают и другие компании, выпускающие оборудование для AS-интерфейса.

Модули связи DP/AS-I-Link являются не единственной возможностью связи PROFIBUS-DP и AS-интерфейса. Такую связь можно реализовать и через программируемый логический контроллер (PLC), который на системном уровне связан с PROFIBUS-DP, а в качестве периферийных устройств ввода-вывода подключаются датчики и исполнительные устройства, имеющие AS-интерфейс.

Приборы адресации и диагностики

Прежде чем технологическое оборудование с системой управления на базе AS-интерфейса будет запущено в эксплуатацию, необходимо для всех ведомых устройств предусмотреть и установить адреса. Для устройств, имеющих встроенную микросхему AS-интерфейса, адрес записывается в ЕЕPROM микросхемы.

Адресация выполняется с помощью специальных команд ведущего устройства через линию AS-интерфейса. При выполнении адресации на линии может находиться только одно ведомое устройство с нулевым адресом.

Программирование адреса может автоматически проходить непосредственно через ведущее устройство в режиме ввода сети в эксплуатацию посредством функции «Address Exchange» («Изменить адрес»).

В качестве другой возможности можно использовать специально разработанный прибор, который позволяет установить адрес в ручном режиме (рис. 17).

С помощью специальной клавиатуры можно инициировать считывание адреса подключенного ведомого устройства и отображение его на индикаторе прибора, что особенно важно для реализации режима проверки и диагностики сетевых устройств. Для этого данный прибор посылает по всем адресам ведомых устройств с 0 по 31 телеграммы с запросом «Read I/O Configuration» («Считать конфигурацию ввода-вывода»), пока определяемое ведомое устройство не ответит. Адрес устройства можно изменить, передвигаясь посредством нажатия клавиш «↑», «↓» до желаемого адреса и запрограммировав устройство с новым адресом путём нажатия специальной клавиши.

Стандартизация и сертификация

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 системные компоненты, совместимые с изделиями других производителей без дополнительных мер по конфигурированию, и обеспечивать их надежную коммуникацию в единой сети.

Такая совместимость является основным принципом спецификации AS-интерфейса. Открытая спецификация, подробное описание AS-интерфейса и свободно продаваемые микросхемы ведомых устройств способствовали тому, что на рынке представлено множество разнообразных интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств разных производителей для использования в сетях на базе AS-интерфейса.

Разработка новых устройств для AS-интефейса должна проводиться в рамках спецификации, а свойства, параметры, функциональные особенности разработанного изделия должны получить формализованное описание в виде так называемого профиля. Соответствие спецификации и наличие профиля являются условиями сертификации нового устройства для AS-интерфейса (табл. 5).

Профили ведомых устройств называются «жесткими», так как они не подлежат изменению. Соответствие между профилями и устройствами устанавливается с помощью ID-кода, который совместно с конфигурацией ввода-вывода вводится изготовителем в каждое ведомое устройство и тоже больше не изменяется.

На рис. 18 приведён пример фрагмента профиля для интеллектуального датчика с функцией контроля работоспособности. Пользователь-программист знает, что при включении датчика с этим профилем сигнал включения всегда передается в качестве первичной полезной информации как бит данных D0, а информация об отказе, если таковая требуется, всегда определяется состоянием бита данных D1. Битами параметров определены постоянные функции, которые могут быть и нереализованными. Код конфигурации ввода-вывода и идентификационный код представлены в шестнадцатеричной форме, и никакое ведомое устройство с другим профилем не может иметь такую же комбинацию этих кодов.

Рассмотрим пример более сложного профиля. AS-интерфейс изначально был ориентирован на передачу двоичной информации. Для передачи оцифрованных аналоговых величин был разработан сложный профиль (S-7.1), который предназначен для передачи данных длиной более 4 битов. Так как прежде всего речь идет об использовании этого профиля для передачи аналоговых величин, то он был назван аналоговым профилем. Передача аналоговой величины выполняется по определенной команде от PLC. Ведомое устройство инициализирует внутренний регистр-фиксатор данных с новым значением и посылает биты статуса назад (рис. 19). 

Условные обозначения: S1…S3 — биты статуса; D1…D18 — биты данных; V — знак; U — переполнение; X — резервные биты.

Каждый новый запрос требует передачи следующих трёх битов цифрового кода аналоговой величины, таким образом за 8 циклов передается максимально возможное значение аналоговой величины, регламентированное профилем, быстродействием канала (600 бит/с) и количеством циклов. Допускается прерывать передачу и тем самым передавать аналоговые величины с меньшим разрешением.

Общественная организация AS International Association (http://www.as-interface.com) предлагает всем изготовителям оборудования для AS-интерфейса проведение сертификации. Прошедшие сертификацию изделия маркируются специальным знаком, выполненным на основе логотипа AS-интерфейса (рис. 20). 

AS International Association была создана в 1991 году, объединяет свыше 90 представителей из разных стран и имеет 8 национальных объединений. Основной задачей ассоциации является расширение числа пользователей и дальнейшее развитие AS-интерфейса.

Заключение

Автор надеется, что эта статья вызовет интерес у специалистов, работающих в области создания АСУ ТП, и будет способствовать более широкому применению систем на основе AS-интерфейса. Понимая, что в одной статье невозможно рассказать обо всех аспектах развития и использования AS-интерфейса, показать особенности и преимущества решений на его основе, автор планирует еще не раз вернуться к данной тематике.

В частности, в следующей статье предполагается более подробно рассказать обо всех изменениях, произошедших в расширенной версии 2.1 спецификации AS-интерфейса. ●

Литература

1. AS-interface: das Actuator-Sensor-Interface fur die Automation/hrsg. Von Werner R. Kriesel. — Munchen; Wien: Hanser. Buch, 1999.

2. Kriesel W., Heimbold N., Telschow D. Bus Technologien fur die Automation. — Heidelberg: Huthing, 2000. 

Автор — сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (812) 325-3790
Факс: (812) 325-3791
E-mail: polovinkin@spb.prosoft.ru