Možnosti jediného kabelu

Možnosti jediného kabelu

Přestože systém AS-Interface nepatří k „nejžhavějším„ technickým novinkám, v České republice není stále rozšířen tak, jak by si pro své jedinečné vlastnosti zasluhoval. Přitom ho lze využít ve všech odvětvích průmyslu a mnohdy poskytuje výhody, kterých standardní cestou není možné dosáhnout. K těm hlavním patří značná úspora nákladů, jednoduchá instalace a velká provozní spolehlivost.

Článek stručně popisuje sběrnici AS-Interface, její provozní vlastnosti a dostupný sortiment přístrojů a na příkladech z praxe dokládá její širokou použitelnost a výhodné vlastnosti.

Základní parametry sběrnice AS-Interface

Průmyslová komunikační sběrnice AS-Interface (Actuator/Sensor Interface) se již na první pohled liší od klasických řešení s paralelním připojením každého prvku k řídicí jednotce samostatným kabelem. V případě AS-Interface totiž chybí typické svazky kabelů – všechny senzory a akční členy jsou propojeny jediným speciálním dvoužilovým kabelem.

Obr. 1. Porovnání nákladů na připojení konvenční a s použitím systému AS-Interface

Kabel systému AS-Interface současně zajišťuje napájení připojených prvků napětím 24 V DC a číslicový přenos dat rychlostí 167 kb/s. Přenos dat je cyklický na principu master/slave. Jeho řízení tedy obstarává jeden řídicí modul (master), který se v přesně stanovených časových okamžicích dotazuje na data všech řízených modulů (slave). K jednomu řídicímu modulu lze připojit celkem 62 modulů typu slave (u starší verze 1.0 o polovinu méně), z nichž každý může mít až čtyři vstupy a tři (podle verze 2.0) nebo čtyři (podle verze 3.0) výstupy. V praxi to tedy znamená, že jedno řídicí zařízení může komunikovat až s 248 vstupy a 186 (248) výstupy. Celá síť odebírá maximálně 8 A (jeden modul slave do 100 mA). Nejkratší perioda cyklu plně obsazené sběrnice je 10 ms a maximální délka sběrnice je omezena na 300 m (u verze 3.0 na 600 m).

Rychlá stavba sítě

Všechny moduly systému AS-Interface se připojují snad nejjednodušším možným způsobem – kabel se vloží mezi dvě části připojovaného modulu, které se následně stáhnou k sobě, přičemž dva kontaktní hroty na těle modulu perforují izolaci kabelu a propojí tak modul s vodiči kabelu sběrnice. K rozbočení sítě se obvykle používají moduly. Jestliže je ovšem v určitém místě třeba zapojit jen jediný snímač, je vhodnější použít konektor. Uvedeným způsobem je možné vytvářet nejrůznější topologie sítě (sběrnice, strom, hvězda, kruh).

Obr. 2. Rozváděč s řídicím systémem a moduly systému AS-Interface

Řízené moduly připojované ke kabelu sběrnice se dělí na aktivní a pasivní. Aktivní moduly mají adresu 0 až 31 (od novější verze 2.0 ještě s rozdělením na řady A a B), důležitou pro chod celého systému, a lze na ně připojovat akční členy nebo pasivní snímače. Pasivní moduly fungují pouze jako rozbočovací jednotky, na něž se připojují aktivní snímače s vlastními adresami. Jejich výhodou je perfektní diagnostika – např. aktivní limitní snímač dokáže poskytovat čtyři typy informací a „hlásit„, že je v provozním stavu a zda se nachází v oblasti před sepnutím, v oblasti spínání, nebo je sepnuté. Je-li navíc optické, lze je také spínat a vypínat na dálku. Nevýhodou je, že takové čidlo se projevuje jako jeden aktivní modul, a lze jich tedy umístit do sítě pouze 62 (od verze 2.0).

Široký výběr zařízení i řešených úloh

Výrobců komponent systému AS-Interface je nyní ve světě několik set. K nejvýznamnějším z nich patří např. společnosti Siemens a Ifm electronic, nabízející jejich skutečně široký sortiment. Technologická základna systému je tedy dostatečně rozsáhlá a do sítí lze zapojovat ohromné množství prvků s různými funkcemi. K dispozici jsou např. především limitní snímače polohy, teploty, tlaku, polohy hladiny a průtoku, signalizační přístroje (majáky, houkačky atd.), ovladače, zobrazovače naměřených hodnot, čtečky kódů a další zařízení, která stále rozšiřují možnosti využití tohoto systému. Významnou součástí systému AS-Interface je také bezpečnostní systém Safety at Work (bezpečnostní monitory) včetně bezpečnostních spínačů. Prostřednictvím systému AS-Interface je rovněž možné přímo ovládat elektromagnetické ventily v pneumatických a hydraulických soustavách či měniče frekvence v pohonech.

Obr. 3. Sběr dat v provozu prostřednictvím modulů slave systému AS-Interface

„Úloh s využitím sběrnice AS-Interface jsme v České republice dosud vyprojektovali téměř čtyřicet,„ říká Jan Zahradník z firmy Regultech servis, která se projektováním systémů AS-Interface zabývá již od roku 1997, a doplňuje: „Zákazníky byly zejména kamenolomy, kde je systém bezkonkurenční díky své odolnosti, dále potravinářské podniky a realizovali jsme i stykačovou sestavu s modulem AS-Interface pro dřevoobráběcí stroj. Zajímavou zakázkou, na níž pracujeme v současné době, je plovoucí bagr pro těžbu štěrkopísků.„ Výběr z projektů realizovaných pracovníky firmy Regultech servis a jejich stručné charakteristiky uvádí tab. 1.

Proč použít sběrnici AS-Interface?

Jedním z největší přínosů komunikační sběrnice AS-Interface v systémech automatického řízení je značná úspora nákladů. Místo objemných svazků kabelů, používaných při standardním paralelním způsobu připojení snímačů a akčních členů k řídicí jednotce, je v tomto případě veden jen jediný kabel, na nějž se připevňují jednotlivé moduly a přístroje. Na to přímo navazuje další plus – snadná instalace, a tedy úspora času. Standardní systémy také vyžadují instalaci větších počtů svodičů přepětí, zatímco v síti AS-Interface stačí chránit v každém segmentu jeden dvoužilový kabel.

Při použití systému AS-Interface je tak možné ušetřit přibližně 25 % celkových nákladů jinak vynaložených na konvenční propojení snímačů, koncových spínačů a akčních členů s řídicím PLC (obr. 1). Toho lze s velkým úspěchem využít třeba v automobilovém průmyslu nebo v již zmíněných kamenolomech a těžkém průmyslu, kde by navíc méně odolná síť znamenala velké bezpečnostní riziko.

Tab. 1. Příklady úloh realizovaných s použitím systému AS-Interface (Analog Input – AI, Digital Input – DI, Digital Output – DO; zdroj: Regultech servis)

U výrobních linek v potravinářském průmyslu je nemalým přínosem možnost snadné sanitace kabelu a decentralizace řízení strojů, kdy při výměně nebo přeskupení dopravníků stačí k opětovnému spuštění linky spolu spojit pouhý pár vodičů. Stejně jednoduchým způsobem se instalují i rozváděče – moduly v tzv. kabinetním provedení se skládají vedle sebe a připojí se ke kabelu sběrnice (obr. 2, obr. 3).

Jaké přínosy lze očekávat od sběrnice AS-Interface ve vybraných odvětvích a provozech, stručně připomíná tab. 2.

Výhled do budoucna

Pro úplnost je třeba zmínit také omezení systému AS-Interface. Prvním z nich je celková délka, která nemůže přesáhnout 300 m (popř. 600 m u verze 3.0), druhým již uvedená perioda cyklu sítě (10 ms). Druhé z omezení je sice již možné kompenzovat rezervací několika adres pro jeden modul rychlých osmi- nebo šestnáctibitových I/O (podle specifikace 3.0), přesto však platí, že u sestav s potřebou rychlého vyhodnocování (řádově 100 µs až 1 ms) je vhodnější přímé napojení do řídicího systému. Příkladem typické úlohy, kde je naopak použití systému AS-Interface zcela na místě, je plnička lahví – sběrnice se připojí přes dva kroužkové sběrače, čímž je vyřešeno napájení i přenos signálů pro ovládání ventilů a informací o polohách hladiny na rotující část stroje.

Tab. 2. Výhody použití systému AS-Interface na základě zkušeností z jeho instalací (zdroj: Regultech servis)

Přestože systém AS-Interface začíná ve světě pozvolna převládat, v žádném případě neznamená zánik standardní techniky rozšiřujících karet I/O. Obě techniky se vyvíjejí paralelně a lze je bez problémů vzájemně kombinovat, čímž se násobí jejich možnosti. Procesorové jednotky řídicích systémů (CPU) jsou pro oba systémy společné, takže záleží pouze na projektantovi, kde se rozhodne použít rozšiřující kartu a kde modul master s návaznou sběrnicí systému AS-Interface, popř. jejich kombinaci.

Propagaci a podpoře systému AS-Interface v ČR se od roku 2003 věnuje sdružení právnických AS-interface Česká republika (viz vložený text v rámečku).

Ing. Radek Štohl, Ph.D.,
AS-interface Česká republika