Rede Industrial Asi, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Autor: Constantino Seixas Filho 1

AS-Interface

Capítulo

R

Autor: Constantino Seixas Filho 2

ASI

Introdução:

A rede AS-Interface - Actuator-Sensor-Interface foi inicialmente desenvolvida por um pool de empresas alemãs e suíças capitaneadas pela Siemens para ser uma alternativa de rede para interligação de sensores e atuadores discretos. Em 1998 a rede foi padronizada e recebeu o nome EN50295.

Suas principais características são:

Topologia Estrutura em árvore Meio físico Cabo não blindado com dois fios para dados e energia (24VDC/8A) Comprimento máximo do cabo

100 m

Número de dispositivos escravos

31 máx

Número de pontos Até 4 sensores e 4 atuadores por escravo (máx 31 * 4 = 124 bi direcional, máx 31 * 8 = 248 sinais binários) Endereçamento Cada escravo possui um endereço determinado. O endereço é definido pelo mestre ou ferramenta de programação. Mensagens A mensagem parte do mestre para um endereço único com resposta imediata do escravo Bit rate Transmite 4bits/slave/mensagem. Todos os escravos são chamados seqüencialmente pelo mestre e recebem 4 bits de dados. Cada escravo responde imediatamente com 4 bits de dados. Tempo de ciclo com 31 escravos

5 ms

Detecção de erros As mensagens incorretas são identificadas e retransmitidas Serviços do mestre Inicialização da rede Identificação dos participantes Definição assíncrona dos parâmetros para os escravos Diagnóstico do barramento e dos escravos Mensagens de erro para o computador host Definição de endereços em escravos substituídos Operação do mestre Realiza polling cíclico de todos os participantes. Realiza a transmissão cíclica de dados para o computador host ou para os escravos.

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Conectividade

A rede ASi pode se conectar ao nível de controle principal de duas formas. A primeira forma é a conexão direta (Figura 2 à esquerda). Neste caso, o mestre é parte de um PLC ou PC sendo executado dentro dos tempos de ciclos determinados por esses dispositivos. Um mestre ASi pode ser construído por qualquer fabricante uma vez que trata-se de um padrão aberto.

A segunda maneira de se conectar é através de um acoplador entre uma rede de mais alto nível e a rede ASi. Hoje existem acopladores para as redes de campo mais importantes como: Profibus, Interbus, FIP, DeviceNet, CAN, etc.

Figura 2 : Duas maneiras de se conectar à rede ASI.

Uso de variáveis analógicas

Como cada slave pode enviar apenas 4 bits por ciclo, palavras maiores devem ser divididas e enviadas em diversos ciclos, até que o envio da mensagem seja completado.

pergunta resposta

1 1 1 E3 E2 E

Endereço do canal (Início da seqüência) 1 1 0 B16 B15 B

1 0 1 B13 B12 B

1 0 0 B10 B9 B

0 1 1 B7 B6 B

0 1 0 B4 B3 B

0 0 1 B1 O V

B1..B16 valor digitalizado de 16 bits V= sinal, O = Overflow

Figura 3: Mecanismo de transmissão de valores de sensores analógicos em ASi

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Pelo diagrama da figura 3 vemos que são necessários 7 ciclos para completar a transmissão de um valor analógico de 16 bits. O quarto bit de cada telegrama do master ou escravo é um bit de controle. Variáveis analógicas de 12 bits são transmitidas em 6 ciclos. Embora a leitura de cada variável analógica demore 30 ms (6 ciclos de 5ms), todas as variáveis discretas continuam sendo lidas em ciclos de 5ms. Isto acontece porque na rede ASi o mestre continua interrogando os escravos a cada 5ms. Para a leitura de uma analógica 6 ou 7 ciclos serão necessários.

O sistema permite o uso de até 4 variáveis analógicas por escravo. Na versão 2.1 é possível ter 4 valores analógicos em um escravo, mais 60 escravos binários ou 124 (31*4) valores analógicos mas nenhum valor binário.

Figura 4 : Transmissão de sinais analógicos na rede AS-Interface.

O PLC acessa o master com os comandos: Get_Analog_value e Write_Analog_Value.

Determinismo no tempo

A rede ASi é uma rede determinística. Como apenas um mestre pode estar presente e o acesso se dá por polling cíclico, cada dispositivo é endereçado num tempo bem definido. Para uma rede completa de 31 escravos, o tempo de ciclo é de 5 ms. Este tempo será menor se menos escravos estiverem presentes. Tempos de até 500 μs são possíveis. Valores analógicos requerem vários ciclos de barramento, mas não afetam o tempo de ciclo dos dispositivos.

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2. Pausa do mestre
3. Resposta do escravo
4. Pausa do escravo

O formato de cada frame é mostrado na figura 5

Pedido do Mestre Pausa do Mestre

Resposta do Escravo Pausa do Escravo

0 SB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 PB 1 0 I3 I2 I1 I0 PB 1

ST EB ST EB

Pedidos: 14 bits 3..10 Respostas: 7 bits 1..

Figura 6: Estrutura de uma mensagem AS-i

ST Start bit SB Control Bit: 0: dado ou parâmetro 1: comando A4..A0 Endereço do escravo (5 bits) I4..I0 Informação a ser transferida (5bits) PB Bit de Paridade par EB Bit final

Cada bit corresponde a um intervalo de 6μs.

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Figura 7: Nove Tipos de mensagens ( master requests )

D a t a E x c h a n g e

É o tipo mais comum de mensagem. Serve para transferir um padrão de bits para uma saída e no mesmo comando ler a resposta do escravo.

W r i t e p a r a m e t e r

Escreve uma palavra de configuração do comportamento do escravo.

D e f i n i ç ã o d o E n d e r e ç o d e u m n o d o

Para definir um novo endereço de um nodo, dois comando são necessários:

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Figura 9: Módulo de entrada de 4 canais

Figura 10: Combinações possíveis de módulos ASI

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Figura 11: Identificação de pinos para conectores M12 do módulo de I/O ASI

As saídas de um sensor podem ser transistores NPN ou PNP coletor aberto. Saídas NPN funcionam como um dreno de corrente até um certo valor limite. Saídas PNP funcionam como uma fonte de corrente. O sensor NPN ao ser acionado vai jogar a carga (por exemplo a entrada de um CLP) para a terra, enquanto que um sensor PNP vai jogar a carga para VCC, em geral 24 VCC. Em um sensor NPN, nós conectamos o coletor ao CLP e o emissor à terra. Caso se use fontes diferentes para o sensor e o CLP elas devem ter o mesmo terra. No sensor PNP, nós ligamos o emissor ao VCC da fonte e o coletor à entrada do CLP. Se as fontes forem diferentes devemos ligar o VCC de ambas. Internamente ao sensor o transistor funciona como uma chave.

Figura 12: Configuração típica de saída de sensores.

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interligar instrumentos a esta rede. ( ) O tempo de ciclo de leitura de instrumentos analógicos em uma rede ASi é de cerca de 30 ms para variáveis analógicas de 12 bits. ( ) O comprimento máximo de uma rede ASi é de 100 metros, podendo chegar a 300 metros com o uso de repetidores.

3. Compare as funcionalidades da rede ASI e DeviceNet.

Bibliografia

[Franco 98] Lucia Regina Horta Rodrigues Franco / Victor Marinescu. Buses Actualización. Editorial Control S.R.L, 1998.

[Kriesel&Madelung 95]] Werner R. Kriesel, Otto W. Madelung, ASI The Actuator-Sensor-Interface for Automation; Carl Hanser Verlag München Wien; 1995

[ASI Rte] AS-Interface in a real time environment, http://www.as-interface.com/technical/realtime.asp

[ASI Analog] Transmission of Simple Analog Values, http://www.as-interface.com/technical/analog.asp

Sites a serem visitados

www.as-interface.net Rede ASI http://www.plcs.net/contents.shtml CLPs em geral