AS-Interface (Interface Sensor-Actuador)
El bus AS-Interface es un sistema de interconexión electromagnético de bajo costo que simplifica la conexión entre sensores, actuadores y sistemas integrados, conectados a un cable bifilar común.
El objetivo de su creación no es el de ser un bus de campo universal para todas las áreas de la automatización, sino un sistema económicamente razonable en el nivel más bajo de la pirámide de la automatización.
Características:
El nombre Actuator Sensor Interface es una solución simple y elegante para la integración de sensores y actuadores discretos en un sistema de control de procesos. Esta red posee una serie de características que son representadas de la siguiente manera.
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Compatibilidad: Sensores y Actuadores de diferentes fabricantes pueden ser conectados a una interfaz digital serial estandarizada;
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Control de acceso al medio: Sistema con solo un maestro y sondeo cíclico;
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Direccionamiento: Esclavos reciben un direccionamiento permanente del maestro o a través de hand-held.
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Topología: Sin restricciones (lineal, anillo, estrella o árbol).
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Medio de transferencia: Dos cables no-trenzados y sin blindaje para datos y energía (24 VDC), típicamente hasta 200 mA por esclavo, y hasta 8A por bus.
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Rápida instalación: Por medio de conectores auto-perforantes.
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Longitud del cable: Máximo de 100 m o hasta 300 m con el uso de repetidores.
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Señales y alimentación: Están presentes en un mismo bus (24VDC).
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Número de esclavos: Hasta 62 esclavos por red (versión 2.1).
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Telegramas: Telegrama del maestro contenido el direccionamiento, respuesta directa del esclavo.
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Datos: 4 entradas y 4 salidas para cada esclavo y en el caso de más de 31 esclavos tiene, solo 3 salidas; (máximo de 248 entradas y salidas binarias por red).
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Carga útil: Transmite 4 bits/esclavo/mensaje. Todos los esclavos son llamados secuencialmente por el maestro y reciben 4 bits de datos. Cada esclavo responde inmediatamente con 4 bits de datos.
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Tiempo de ciclo: 10 ms para la versión 2.1.
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Detección de erros: Detección eficiente y retransmisión de telegramas incorrectos.
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Chip AS-Interface: 4 E/S configurables para datos, 4 parámetros de salidas y 2 salidas de control.
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Funciones del maestro: Barrido cíclico en todos los esclavos, transmisiones de datos para esclavos y para la unidad de control (PLC o PC). Inicialización de la red, identificación de los esclavos, diagnóstico de los esclavos y de datos transferidos. Además, los informes de errores en el controlador y la dirección de esclavos sustituidos.
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Válvulas: Son instaladas directamente en la aplicación, reduciendo las tuberías y aumentando la velocidad de respuesta de los actuadores;
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Bajo costo: Bajo costo de conexión por esclavo y elimina módulos de entradas y salidas en el PLC;
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Confiabilidad: Alto nivel de contabilidad operacional en ambientes industriales agresivos.
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Estándar abierto: Elaborado por diversos fabricantes, afiliados a la Asociación Internacional AS-I, cuyo protocolo de transmisión es normalizado.
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Opcional: Cable de alimentación para salidas y control de paro.
Conectividad
La red AS-I puede ser conectada al nivel de control principal de dos formas. La primera forma es la conexión directa (Figura PC6 la izquierda). En este caso, el maestro es parte de un PLC o PC siendo ejecutado dentro de los tiempos de ciclos determinados por estos dispositivos. Un maestro AS-I puede ser construido por cualquier fabricante.
La segunda manera de conectarse es a través de un acoplador (gateway) entre una red de más alto nivel y la red AS-I (Figura PC6).
Figura PC6. Modos de conexión de la red AS-I
El nombre Actuator Sensor Interface representa a su propio concepto. Aunque técnicamente, el "AS-I" es un bus, el término interfaz muestra que le proporciona una interfaz simple para el acceso a los sensores y actuadores en campo.
Las redes industriales AS-I fueron diseñadas para ser aplicadas en ambientes automatizados, sustituyendo las conexiones tradicionales de actuadores y sensores del tipo "switch" (on/off) por un bus único. Además de eso es posible conectar al bus sensores/actuadores que realizan una conversión analógico/digital o viceversa. Tradicionalmente estas conexiones son hechas por pares de hilos que conectan cada uno de los actuadores y sensores al controlador correspondiente, en general un Controlador Lógico Programable (PLC).
El sistema AS-I es configurado y controlado por un maestro, el cual programa a la interfaz entre un controlador y el sistema AS-I. Este intercambia información continuamente con todos los sensores y actuadores conectados al bus AS-I de forma predeterminada y cíclica.
La figura PC7 ilustra el sistema AS-I como un todo, mostrando sus principales componentes: cable, fuente de alimentación AS-I con circuito de desacoplamiento, el maestro y el esclavo AS-I.
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Interfaz 1: entre el esclavo y los sensores y actuadores.
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Interfaz 2: entre los equipos (fuente de alimentación, maestro y esclavo) y el medio de transmisión.
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Interfaz 3: entre el maestro y el host, es decir, una entidad cualquiera que acceda a la red AS-I de un nivel superior.
Figura PC7. Sistema AS-I
Medio de transmisión
La conexión de los elementos puede ser realizada en estructura de árbol, estrella, lineal o en combinación con las anteriores. Dado que no existen conexiones convencionales la red AS-I sustituye múltiples cables, cajas de paso, canaletas, ductos de cables por un simple cable especialmente desarrollado para la red AS-I, lo cual no solamente reduce costos y tiempo de montaje, también reduce errores.
La red AS-I se caracteriza por ser solamente un par de hilos, que transmite los datos y alimenta a los sensores o actuadores en 24Vcc y la información del estado de los mismos. La configuración máxima de la red es de 62 esclavos que son accesados cíclicamente por un maestro en el nivel de control superior. El tiempo de reacción es pequeño, para todos los esclavos conectados, el tiempo de respuesta es de 10ms.
Cable flexible estándar
Este cable flexible de alta tensión cumple con las normas CENELEC o DIN VDE 0281, designado por H05VV-F 2X1.5 es económico y fácil de adquirir, en la figura PC8 puede verse el cable flexible estándar.
Figura PC8. Cable flexible estandar.
El cable AS-I, no blindado, no trenzado, tiene dos conductores paralelos y transmite tanto datos como la alimentación de los esclavos. Su cubierta externa es de color amarillo, se caracteriza por su forma geométrica y fue diseñada para evitar la conexión con polaridad inversa.
El cable no es necesario de cortarlo o "pelarlo" para ser conectado. Esto en general es la causa de caídas de tensión indispensables y son fuentes potenciales de mal contacto. Por otro lado, tiene una forma de desinstalación bastante interesante, que contribuye en el ahorro de costos en sus implementaciones.
El principio es simple: el contacto con los conductores internos es realizado por medio de láminas conductoras, que penetran los aislamientos plásticos para llegar a los hilos de cobre internos.
El revestimiento externo tiene una propiedad de "sello o protección", es decir, se cierra el cable en caso de que las láminas fueran desconectadas sin ver el corte realizado longitudinalmente. Es evidente que los revestimientos permanecen perforados, mas no presentan riesgo de corto-circuito debido a esta técnica. La figura PC9 ilustra el concepto.
Figura PC9. Acoplamiento del módulo al bus.
Además de la alimentación disponible para los esclavos a través del cable amarillo, que se convirtió en una especie de marca registrada del sistema AS-I, y que atiende casi todos los casos prácticos, puede ser necesaria alimentación complementaria para algunos esclavos, principalmente actuadores más potentes. En este caso un cable negro adicional es utilizado, con las mismas características del primero, pero dedicado exclusivamente a la alimentación. Este también usa la técnica de conexión descrita anteriormente y es adecuado para suministros hasta de 30 V.
Hay dos consideraciones eléctricas relevantes en la selección de un medio de transmisión adecuado: la resistencia de alimentación y las características de transmisión en el rango de frecuencia usado en la comunicación. Por lo menos 2A de corriente deben ser transmitidos de alimentación a los esclavos. Dentro de estas exigencias, otros cables pueden ser usados, permitidos para proyectos de casos específicos, como por ejemplo, conducción de corrientes mayores o la necesidad de cables móviles.
Además de estas dos clases de cables, existe una versión de color rojo, de hasta 230V AC.
Cable circular
Este cable fue diseñado específicamente para AS-I, con características eléctricas bastante similares, pero con una forma de instalación especifica. Este cable puede estar o no estar blindado, pero preferentemente los cables no blindados son utilizados con las siguientes características (en la frecuencia de 167 kHz).
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R < 90 mΩ/m
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C < 80 pF/m
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Z 70 Ω to 140 Ω
En la figura PC10 se muestra el cable circular sin blindaje.
Figura PC10. Cable circular sin blindaje.
Conexiones en la red AS-I
Cualquiera de las conexiones en la red AS-I que no sean las tecnologías convencionales debe respetar los siguientes requerimientos:
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Resistencia de contacto no máximo de 6 mΩ;
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Corriente mínima permitida de 1,5 Inom (mínimo de 3A para red AS-I en general);
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Rango de tensión de contacto de 10V a 70 V d.c;
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Choques y vibraciones de acuerdo con el item 7.4 de IEC 60947-5-2;
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Fuerza de ruptura de acuerdo con el anexo E de la norma IEC 60947-5-2;
Longitud del cable
La longitud máxima del cable de un bus AS-I es de 100 m sin el uso de repetidores. En caso de utilizar los repetidores la longitud permitida como máximo es de 300 m.
La longitud del bus AS-I puede ser calculado por el aumento del tamaño del cable del bus más 2 veces el tamaño de los accesorios conectados a la red, en la figura PC11 se muestra la red AS-I con 2 repetidores.
Figura PC11. Conexión con dos repetidores