AS-Interface (Interface Sensor-Actuador)
El esclavo AS-I
El esclavo AS-I, hace una conexión entre el sistema de transmisión y la interfaz 1, en la cual están conectados los sensores y actuadores. El esclavo los alimenta y genera la comunicación con el maestro.
Desde el inicio del desarrollo de la especificación de AS-I estaba claro que el esclavo debería ser pequeño y compacto para poder ser integrado directamente a los sensores y actuadores. Esto se puede lograr mediante el uso de circuitos integrados, dando origen al famoso chip AS-I.
El chip AS-I puede ser incorporado en sensores y actuadores para ser conectados al bus AS-I como un dispositivo esclavo, reconociendo los comandos de salida del maestro y enviando información de respuesta, en la figura PC12 se muestra un esquema del chip incorporado a un sensor u actuador.
Figura PC12. Sensor o actuador con AS-I incorporado.
Otra forma es utilizando un chip esclavo AS-I incorporado en módulos, en los cuales se pueden conectar sensores y actuadores convencionales. En la figura PC13 se representa un módulo con dos entradas para sensores y dos salidas para actuadores binarios.
Figura PC13. Módulo 2E/2S para sensores/actuadores convencionales.
Estructuras de la red
La topología de red del sistema AS-I se deja a elección del usuario, lo que simplifica su proyecto. La restricción no se observa si el límite máximo de 100m de la longitud del cable. Es importante notar también que no son necesarias las terminales de impedancias, lo que también simplifica la instalación. Las estructuras en árbol, lineal, estrella y hasta en anillo son permitidas (figura PC14). En caso de que las conexiones sean de longitudes mayores, pueden ser usados los repetidores, ampliando el alcance de la red, siempre y cuando se respete los límites de 62 esclavos y un maestro.
Figura PC14. Topología típica de la red
Modulación
La selección de una modulación adecuada para AS-I deberia atender un conjunto de requerimientos bastante exigentes, lo que llevó al desarrollo de un nuevo procedimiento de modulación, conocido como Modulación de Pulsos Alternados (APM - Alternating Pulse Modulation). Estos requerimientos incluyen:
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La señal del mensaje superpuesta a la tensión de alimentación debe ser precisa y libre de componente de corriente continua.
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El transmisor del esclavo, y cuando sea posible, el del maestro, debe ser capaz de generar la señal de una manera simple, que ocupe poco espacio y bajo costo.
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Desde que el cable AS-I tiene una impedancia que aumenta con la frecuencia, la señal de los datos debe tener una banda relativamente estrecha.
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Los niveles altos de radiación de ruido también son inaceptables.
La modulación APM es un procedimiento para la transmisión serial en banda base como se muestra en la Figura PC15.
La secuencia de bits es inicialmente codificada de manera que un cambio de fase ocurre siempre que la señal se modifica (código Manchester). El resultado es una corriente de envió que en conjunto con un solo inductor en el sistema usa la diferenciación para generar la señal de tensión deseada en los conductores.
Cada aumento en la corriente de envió resulta en un pulso de tensión que es detectado por los dispositivos. De esta forma es muy simple generar señales en los esclavos con tensión superior a la tensión de alimentación. Esto significa que los inductores pueden ser eliminados en los esclavos, lo que mantiene la electrónica integrada pequeña y barata. Del lado del receptor estas señales de tensión son detectadas en la línea y convertirdas nuevamente en la secuencia de bits enviados, esto permite una velocidad de transmisión 167kBit/s
Figura PC15. Modulación APM
Como los cables no tienen terminadores, los pulsos de los mensajes tienen una gran variación de amplitud. Al ser capaz de afrontar el problema causado principalmente por reflexiones al final del cable, AS-I representa un sistema extremamente robusto.
Expansión seguridad en el trabajo
Con AS-I Safety Work es posible conectar componentes de seguridad (componentes seguros), tales como una clave de emergencia y barreras de seguridad directamente a la red AS-I. El objetivo es agregar funciones relacionadas con la seguridad personal y de equipos. No hay necesidad de cambios o expansión en el sistema existente. Debido a que los componentes de seguridad y de monitoreo trabajan con el protocolo estandar AS-I.
Solo se necesita agregar los componentes de seguridad en el sistema. El monitoreo de seguridad no es realizado por el maestro de la red. Para ello, se requiere un componente seguro en una red que es el safe monitor (monitor seguro).
El monitor no interfiere en el tráfico de la red, solo lo monitorea, utilizándolo para determinar el estado de seguridad. De esta forma, las máquinas y plantas pueden ser ajustadas a un estado seguro a través de las salidas del monitor de seguridad. Por ejemplo, en la Figura PC16, se muestra una red con componentes seguros.
Figura PC16. Rede AS-I con componentes de seguridad y componentes comunes.
Limitaciones de AS-I
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La red AS-I fue desarrollada y optimizada para uso en aplicaciones debajo de los buses de campo. Así mismo, algunas capacidades de los buses de campo de alto nivel no pueden ser realizadas en AS-I. Algunas limitaciones deben ser conocidas.
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Los datos transmitidos en AS-I son limitados a 4 bits por esclavos que pueden ser cambiados a cada ciclo. Los mensajes largos pueden ser transmitidos dividiéndolas en varios ciclos. Esto puede ser usado en procesos dinámicos lentos, como presión o temperatura (valores analógicos).
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AS-I es estrictamente maestro-esclavo, con exploración cíclica por esclavos. Esto impide la transmisión asíncrona por los sensores y actuadores. Los esclavos deben esperar 10 ms (en caso de una red con 62 esclavos) hasta ser llamado nuevamente.
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La transferencia de datos de esclavo a esclavo sólo es posible a través del maestro.
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La limitación de longitud del cable es de 100 m sin el uso de repetidores. Esta limitación física se debe al mantenimiento de otros criterios como el tiempo de ciclo de la red, tipo de topología libre y sin exigencia de resistores de terminación.