AS-Interface

Das Sensor-Aktor-Netzwerk für Automationssysteme

AS-Interface – Bedeutung

AS-Interface (Englisch: Actuator sensor interface, AS-i) ist eine für die Industrie vorgesehene Networking-Lösung, die in PLC, DCS und PC-basierten Automationssystemen Anwendung findet. Das AS_Interface wurde für die Verbindung mit einfachen "ON/OFF" (AN/AUS)- Geräten zu arbeiten entwickelt. Dazu gehören zum Beispiel Aktoren, Sensoren, Drehgeber und Taster in der Fertigungsindustrie.i

AS-Interface – Verbreitung

Das AS-Interface wird derzeit auf über 18 Millionen Geräten verwendet. Dabei ist eine Wachstumsrate von weltweit ca. 2 Millionen Anwendern zu verzeichnen. Diese hohe Anzahl an Benutzern kommt dadurch zustande, dass die Technologie für alle Gerätehersteller und Entwickler frei zugänglich ist.

AS-Interface – Nutzungsbeispiele

AS-Interface ist eine echte Alternative zu bisherigen Netzwerklösungen. Es kann beispielsweise als Partner-Netzwerk für übergeordnete Systeme, wie PROFIBUS, DeviceNet oder Interbus genutzt werden. AS_Interface wird bereits für Automationsprozesse, Verpackungsmaschinen, Prozessregelventile, Abfüllanlagen, elektrische Verteilersysteme, Aufzüge und die Lebensmittelproduktion verwendet.

AS-Interface – Sicherheit

Auch aus der Sicherheitsperspektive biete das AS_Interface Vorteile. Verknüpfungen mit Sicherheits-Hardware wie Not-Aus-Schaltern, Lichtvorhängen und Türverriegelungssystemen kann eine Sicherheit von SIL (Safety Integrity Level) 3 gegeben werden. SIL 3 ist vergleichbar mit anderen Normen wie EN 62061, CAT 4, EN954-1, Performance Level e und EN ISO 13849-1.

AS-Interface – Entwicklung

Entwickelt wurde das AS-Interface bereits zwischen 1980 und 1990 in Zusammenarbeit von elf Unternehmen, die zu AS-international fusionierten. Das erste funktionierende System wurde schon kurze Zeit später auf der Hannover Messe 1994 präsentiert.

In seiner ursprünglichen Form (1994, Version 2.04) war das Netzwerk fähig, bis zu 31 binäre E/A -Geräte mit jeweils 4-Bit Eingangs- und Ausgangsdaten auszutauschen. Das entspricht 124 Ein- und Ausgängen. Wichtige Funktionen wie "Automatic Single Node Replacement" waren bereits Teil des Systems. Die Netzwerkaktualisierungszeit wird durch Multiplikation der Anzahl I/O-Knoten mit der deterministischen Aktualisierungszeit für jeden Knoten (etwa 150 Mikrosekunden) bei einer maximalen Änderung von 5 ms berechnet.

Nutzer kamen durch eine Einleitung schnell mit dem neuen AS_Interface zurecht. Die Nachfrage nach neuen, zusätzlichen Funktionen und Features stieg. Als Folge dessen gelang es AS-International, die Anzahl der möglichen Ein- und Ausgänge von 31 auf 62 zu steigern, sowie eine Diagnose-Funktion hinzuzufügen, die auf einer "Peripheral Fault Bit"-Einheit basiert (1998, Version 2.11).

Um die volle Auf-und Abwärtskompatibilität zu erreichen, wurde die Größe des Datenrahmens zwischen dem Netzwerk-Master (Scanner und Gateways) ausgetauscht, aber nicht erhöht. Stattdessen wurde eine der vier Ausgangs-Bits verwendet, um zwischen den sogenannten A-und B-Knoten auszuwählen. Dies ermöglichte jedem der 31 Adressen zweimal verwendet zu werden. Der Adressraum wurde auf 1A bis 31A sowie 1B bis 31B erhöht. Als Folge der Verwendung eines Ausgabe-Bits als A/B-Selektor, war der vierte Ausgangs-Bit nicht für den Benutzer verfügbar und als binärer I/O-Knoten aufgebaut. Das Profil bot maximal 4 Eingänge und drei Ausgänge, was die Erhöhung der Gesamtmenge von I/O auf einem einzigen Netzwerk zu 248 Eingängen und 186 Ausgängen ermöglicht. Die maximale Aktualisierungszeit eines vollbeladenen Netzwerkes liegt bei 10 ms.

Bis 2005 wurde es notwendig, zusätzliche Benutzer-Anforderungen zu erfüllen. Die steigende Nutzungsrate von Ethernet basierten Protokollen durch die Industrie forderte eine Lösung, die härtere Mängel überwand. Benutzer forderten neue Kommunikationsprofile für binäre und analoge Daten, sowie der Einführung einer seriellen Datenübertragung. Das folgende ist eine unvollständige Liste der neuen Funktionen:

  • Binärer I/O-Knoten unterstützt A/B-Adressierung mit 4 Eingängen und 4 Ausgängen
  • Binärer I/O-Knoten unterstützt A/B-Adressierung mit 8 Eingängen und 8 Ausgängen
  • Konfigurierbare (8, 12 oder 16 Bit) schnell analoge Kanäle
  • Full Duplex-Bit-serieller Datenkanal

Mit diesen neuen Funktionen wird AS-Interface das ideale Partner-Netzwerk für eine der derzeit verfügbaren Ethernet-basierten industriellen Protokolle, sind Gateways zu EtherNet / IPTM, PROFINET, Modbus TCP, SERCOS III und anderen. Einige Steuerelement-Experten sind der Meinung, dass innerhalb der nächsten 10 Jahre Networking-Lösungen zwischen AS-Interface und Ethernet positioniert werden, die nicht bei jeder neuen Installation verwendet werden. In einem Worst-Case-Szenario, mit 62 Knoten, mit 4 Eingängen und 4 Ausgängen beträgt das Update 10 ms für die Eingänge und 20 ms für die Ausgänge.

AS-Interface – die Komponenten

Ein AS-Interface-Netzwerk benötigt nur wenige grundlegende Komponenten:

  • Scanner und Gateways (auch als Master)
  • Netzteile und Repeater
  • Module (auch als Slaves)
  • Netzerk-Kabel
  • Montagematerial

Scanner und Gateways:
Der Scanner / das Gateway erfüllt zwei Funktionen. Mit Bezug auf das AS_Interface -Netz ist es ein Master, der die Durchführung des Datenaustausches mit den Modulen und die Aktualisierung des internen I/O abbildet. Die Funktionalität des Master wird im Master-Profil der Interface-Spezifikation definiert. Als Teil der Spezifikation Version 3.0 ist die M4 Master-Profil definiert worden. Jedes gegebene Netzwerk kann nur einen Scanner/ein Gateway verwalten. Im Hinblick auf eine angeschlossene SPS/DCS oder einen PC, wär der Scanner/das Gateway ein Slave. Die AS-Interface-Community verwendet in der Regel das Wort Gateways, wenn die AS-Interface-Master eine Verbindung zu einer oberen Netzwerk-Ebene, wie DeviceNet, Profibus oder einem der Industrial-Ethernets herstellt. Wenn es aber auf der Rückwandplatine eines SPS liegt, wird es üblicherweise als Scanner bezeichnet. Da AS-Interface-Kommunikation auf dem Master-Slave-Kommunikation Verfahren basiert, muss jedes Netzwerk nur einen Master haben.

Stromversorgung:
Jedes AS-Interface-Segment muss mit Strom versorgt werden. Dies wird typischerweise unter Anschluss eines AS-Interface-Netzteils gesichert. Ein häufiges Missverständnis besteht in der Frage der Anzahl der Repeater in einem Netzwerk Aufgrund der engen zeitlich definierten Randbedingungen kann jedes Paket in den meisten Fällen über zwei Repeater vor Erreichen eines AS_Interface -Knoten übertragen werden.

Fakten:

  • Die maximale Länge linearer Netzwerke mit Scanner/Gateway am Ende beträgt 300m
  • Die maximale Länge linearer Netzwerke mit Scanner/Gateway im mittleren Segment beträgt 600m
  • Sternförmige Netzwerke haben keine Längenbeschränkung