Procesamiento de Redes

Universidad Católica de Santa María de ArequipaFacultad de Ciencias e Ingenierías Físicas y Formales

14/10/2015Ing. Christiam G. Collado Oporto 1

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

FACULTAD:Ciencias e Ingenierías Físicas y Formales.

PROGRAMA PROFESIONAL:Ingeniería Mecánica, Mecánica-Eléctrica

y Mecatrónica

REDES Y TELEPROCESOS

Ing. Christiam G. Collado Oporto

Arequipa – Perú 2015



AS-i



Bus as-i

Introducción

El bus AS-Interface o Interfaz de Actuador/Sensor fue creado en el año 1994 para la sustitución de la gran cantidad de señales provenientes de los sensores y dirigidos hacia los actuadores desde el controlador.

El AS-Interface, también conocido de forma abreviada como bus AS-i,es un sistema de enlace para el nivel más bajo de procesos eninstalaciones de automatización.

Los mazos de cables utilizados hasta ahora en este nivel sonreemplazados por un único cable eléctrico, el cable AS-i. Por medio delcable AS-i y del maestro AS-i se acoplan sensores y actuadores binariosde la categoría más simple a las unidades de control a través demódulos AS-i en el nivel de campo.



Bus as-i

Introducción

Convencional As-i



Bus as-i

Introducción

AS-Interface presenta varias características fundamentales, como son:

AS-Interface es idóneo para la conexión de actuadores y sensoresbinarios. A través del cable AS-i tienen lugar tanto elintercambio de datos entre sensores/actuadores (esclavos AS-i) yel maestro AS-i como la alimentación eléctrica de los sensores ylos actuadores.

Cableado sencillo y económico; montaje fácil con técnica deperforación de aislamiento; gran flexibilidad gracias al cableadotipo árbol.



Bus as-i

Introducción


Reacción rápida: el maestro AS-i necesita como máximo 5 mspara el intercambio de datos cíclico con hasta 31 estacionesconectadas.

Las estaciones (esclavos AS-i) conectadas al cable AS-i pueden sersensores/actuadotes con conexión AS-i integrada o módulos AS-i,a cada uno de los cuales se pueden conectar hasta ochosensores/actuadores binarios convencionales.

Con módulos AS-i estándar pueden funcionar hasta 124actuadores y 124 sensores conectados al cable AS-i.



Bus as-i

Introducción


Si se utilizan módulos AS-i con un espacio de direccionesampliado, es posible la operación de hasta 186 actuadores y 248sensores con un maestro extendido.

Maestros AS-i de SIMATIC NET extendidos soportan unaposibilidad de acceso especialmente sencilla asensores/actuadores analógicos o a módulos que trabajen según elperfil de esclavo AS-Interface 7.3/7.4.



Bus as-i



Bus as-i

Principio de la certificación

La asociación AS-i se encarga de homologar los productos que cumplenlas especificaciones AS-i. El certificado garantiza al usuario el correctofuncionamiento del producto en una arquitectura AS-i, la posibilidadde operar en asociación con otros componentes AS-i y suintercambiabilidad funcional en un bus AS-i.

En efecto, la normalización AS-i que ha emprendido la asociacióngarantiza que todos los productos con una gama de funciones similar,recogida en un perfil funcional, podrán utilizarse indistintamente conun bus AS-i sin necesidad de modificar el programa aunquepertenezcan a fabricantes distintos.



Bus as-i

Principio de la certificación

Los productos certificados se identifican por la presencia del logotipoAS-i sombreado:

Algunos productos presentan el logotipo AS-i NO SOMBREADO, lo quesignifica que responden a la norma AS-i pero que no han sidohomologados por la oficina de certificación AS-i.



Bus as-i

Estándar AS-i abierto para sistemas de interconexión a nivel de procesos

Las especificaciones eléctricas y mecánicas para AS-i han sido creadas por la Asociación AS-Interface formada inicialmente por 11 empresas del área de los sensores y los actuadores binarios entre las que se y a los por lo que posteriormente se han ido añadiendo otras que también son fabricantes de componentes que son compatibles con este bus.

Las especificaciones se ofrecen gratuitamente a las empresasinteresadas. La función principal de esta asociación es laestandarización internacional de la red, el desarrollo tecnológicoposterior y la certificación de los productos realizados por losdiferentes fabricantes. Es por esto que AS-i se considera un busestándar, abierto e independiente del fabricante.



Bus as-i


El usuario puede reconocer que un producto AS-Interface está probadoy homologado si tiene el sello "AS-Interface" y su correspondientenúmero de prueba.



Bus as-i


Los certificados AS-i se realizan en laboratorios autorizados por la asociaciónAS-i.

Cuando los productos han superado todas las pruebas, la oficina decertificación expide al fabricante un certificado donde figuran la descripcióndel producto, las pruebas realizadas, su finalidad y el resultado de lasmismas.



Bus as-i


Con todo esto se tiene garantizado el futuro de la instalación. La redAS-Interface es un sistema con el que se pueden conectar elementos deaparellaje sencillos (sensores, actuadores, y aparatos de servicio),dentro del nivel más bajo de automatización.

Dentro de todas las técnicas de automatización, representa la solución más sencilla y económica.

El bus AS-i se puede conectar a los buses de comunicación de nivelsuperior a través de las pasarelas (como la pasarela FIPIO/AS-i o lapasarela MODBUS/AS-i) o de los módulos de autómatas AS-iintegrados en el autómata programable, que a su vez está conectado alos niveles superiores.



Bus as-i


Objetivos

El bus AS-i tiene un diseño especial que permite instalarlo en las máquinas, es decir, que es un bus totalmente determinista(1) con tiempos de respuesta muy cortos; este tipo de bus permite realizar acciones automáticas lo más cerca posible de los accionadores:

AS-i garantiza la transmisión de la información en un tiempodeterminado,

AS-i es un bus de coste reducido utilizado para instalarelementos simples, modulables e intercambiables,

AS-i simplifica la conexión de los componentes entre sí (ahorro decable, de bornas, etc.),



Bus as-i


Objetivos

Gracias a las funciones complementarias de los productos AS-i, estebus resulta más fiable y seguro y mucho más fácil de utilizar(diagnóstico inmediato en caso de fallo de componentes)

La instalación del bus AS-i es muy sencilla (sin programas deconfiguración, cableado fácil y cómodo, conexiones rápidas ytopología libre)

Gracias a las características de los interfaces AS-i (ver capítulo 2.2),este sistema es compatible con todos los accionadores/sensoresutilizados actualmente y con los accionadores/sensores inteligentesque se utilizarán en un futuro próximo

AS-i es un estándar abierto y común, que garantiza la modularidady la intercambiabilidad de los productos.



Bus as-i

AS-i dentro de las redes de comunicación industrial

El bus AS-Interface es una red estándar de mercado, robusta ysuficientemente flexible, que cumple con todos los requerimientos paraun bus de comunicación industrial. Está especialmente diseñada parael nivel "más bajo" del proceso de control.



Bus as-i


Dentro de lo que son las comunicaciones, cabe diferenciar entre lascomunicaciones multimedia (básicamente ordenadores y tecnologíaInternet), de datos (transferencia de datos entre diferentescontroladores) y de campo (transferencia de datos en tiempo real).Para todas se dispone una solución que permite la interconexión entretodas ellas, así como también se integra las comunicaciones para lagestión de edificios.



Bus as-i




Bus as-i


Ejemplos de aplicaciones para las que AS-i resulta especialmenteindicado:

aplicaciones industriales: transportadores, manutención, embalaje, ensamblaje, mecanizado, etc.

aplicaciones terciarias: ventilación, climatización, aparcamientos, alumbrado, etc.



Bus as-i


Actualmente se propone las siguientes tecnologías de comunicación:

Ethernet: Comunicación entre redes de ordenadores y acceso a Internet.

Profinet/Profibus: Comunicación ente PLC y PC incluyendo tecnología Wifi y acceso a Internet.

Profinet/Profibus: Comunicación entre PLC así como entre PLC y periferia descentralizada.

AS-i: Comunicación entre dispositivos de entrada/salida digitales y analógicos conun PLC.

KONNEX - EIB: Comunicaciones para la gestión de edificios y viviendas.



Bus as-i

Principal ventaja de la aplicación del bus AS-i

Cuando se quiere automatizar un proceso, es necesario utilizar unagran cantidad de sensores y actuadores. Por ejemplo, en un centro delogística, donde los detectores de ultrasonidos se encargan de averiguarla posición de un paquete dentro de la cinta transportadora, o en unaembotelladora de bebidas, donde hay que controlar el nivel de llenado,o en una fundición, donde los perfiles en T tienen que ser colocados ensu posición correcta. Los sensores son "los ojos y los oídos" para elcontrol del proceso, y están distribuidos en todas las partes de lainstalación.

El cableado de cada uno de los sensores y actuadores se ha realizadodurante mucho tiempo según la tecnología tradicional: Cada uno de lossensores y actuadores se cablean directamente al PLC de control.



Bus as-i


De esta forma es necesario utilizar una gran cantidad de cables,conectados al PLC en su correspondiente armario de distribución.



Bus as-i


La tecnología actual es la denominada técnica de bus, ya utilizadadesde hace tiempo en el nivel de fabricación y proceso. Esta tecnologíaes la empleada con el bus AS-Interface desde mediados de los años 90,para la conexión en red de sensores y actuadores (nivel Actuador /Sensor).



Bus as-i




Bus as-i


Las principales ventajas son:

El montaje tan sencillo garantiza un funcionamiento muy simple.

La transmisión de datos y energía por el mismo cable ahorra costes en las conexiones y el montaje.

Alta seguridad de funcionamiento gracias a la continua supervisión de los esclavos conectados en la red.

Puesta en marcha rápida y sencilla.



Bus as-i


Las principales ventajas son:

Armarios de distribución más pequeños, ya que se necesitan menos módulos de E/S y menos bornes.

El grado de protección IP67 de los módulos de usuario ahorra la colocación de armarios en campo.

No se necesita ningún software adicional. Se utiliza la programación tradicional de STEP 7.

Tiempos de parada más pequeños en caso de fallo, gracias al intercambio de módulos sin necesidad de reconfiguración.



Bus as-i




Bus as-i

Principales datos técnicos

A continuación se muestran en una tabla los principales datos técnicos de este tipo de red de comunicación:

Método acceso Maestro – Esclavo

Tiempo Ciclo Máximo 5 / 10 ms (31 / 62 esclavos)

Medio Transmisión Cable a 2 hilos sin pantalla y protección contra cambio de polaridad (datos y energía por el mismo cable)

N` Max. Esclavo 62 esclavos (Max 248 bits E, 186 bits S con 62 esclavos)

Extensión de Red Máximo 300 metros (con repetidor/extensor)

Topología Línea, árbol, estrella

Protocolo AS-Interface

Aplicación Comunicación a nivel de proceso de campo



Bus as-i

Comparativa entre versiones

Básicamente se conocen dos versiones operativas de AS-Interface queson las versiones 2.0 y la 2.1. Existen algunas diferencias entre ellas,aunque son totalmente compatibles.

La principal diferencia es la ampliación de 31 a 62 esclavos que puedecontrolar un maestro AS-i.

En la versión 2.0 tan sólo existe un esclavo con un número de direcciónunívoca y cada esclavo pueden contener como máximo 4 entradas + 4salidas.



Bus as-i


Por tanto quiere decir que una maestro AS-i de la versión 2.0 puede controlar una red formada como máximo por 31 esclavos (dirección 1 a 31) con un total de 124 señales de entrada + 124 señales de salidas.

A estos esclavos se les denomina esclavos "únicos".

DIRECCIÓN: 1

I

I

I

I

O

O

O

O



Bus as-i


Mientras que en la versión 2.1 pueden existir dos esclavos con la misma dirección, pero se diferencia porque existe uno que será esclavo "A" y otro que será esclavo "B", en la que cada uno de ellos puede contener como máximo 4 señales de entradas + 3 señales de salidas

DIRECCIÓN: 1

I

I

I

I

O

O

A

O

DIRECCIÓN: 1

I

I

I

I

O

O

B

O



Bus as-i


Por tanto, en el caso de un maestro de la versión 2.1 podrá controlaruna red formada como máximo por 62 esclavos (dirección 1A a 31A yIB a 31B) con un total de 248 señales de entradas + 186 señales desalidas.

Ambas versiones son compatibles entre sí, es decir que esclavos con laversión 2.0 se pueden conectar a una red en donde el maestro es de laversión 2.1 y al contrario, esclavos de la versión 2.1, conectados a unared controlado por un maestro de la versión 2.0. En este último caso elmaestro no entiende de esclavo "A" ni "B", por tanto se pierde estaventaja.

En cualquier caso no puede haber en una misma red un esclavo único con la dirección "x" y otro esclavo A o B con la misma dirección "x".



Bus as-i


Tabla comparativa

V 2.0 V 2.1

Nº esclavos Max 31 Max 62

Nº Max E/S 124 E + 124 S 248 E + 186 S

Tipo Transmisión Data y energía hasta 8A Data y energía hasta 8ª

Medio Físico Doble cable de apantallar 2x1.5 mm2 Doble cable de apantallar 2x1.5 mm2

Max. Tiempo Ciclo 5 ms 10 ms

Gestión dato Analog. Con bloque función FC’s Integrada en la CP Maestra

Método Acceso Maestro / Esclavo Maestro / Esclavo

Max long. cable 100 mts, hasta 300 con extensión 100 mts, hasta 300 con extensión



Bus as-i


Empleando el nuevo perfil de la revisión v3.0 del estándar AS-i, S-7.A.A, se pueden conectar

hasta 496 estadas y salidas binarias



Bus as-i


Por tanto, en el caso de un maestro de la versión 2.1 podrá controlaruna red formada como máximo por 62 esclavos (dirección 1A a 31A yIB a 31B) con un total de 248 señales de entradas + 186 señales desalidas.

Ambas versiones son compatibles entre sí, es decir que esclavos con laversión 2.0 se pueden conectar a una red en donde el maestro es de laversión 2.1 y al contrario, esclavos de la versión 2.1, conectados a unared controlado por un maestro de la versión 2.0. En este último caso elmaestro no entiende de esclavo "A" ni "B", por tanto se pierde estaventaja.

En cualquier caso no puede haber en una misma red un esclavo único con la dirección "x" y otro esclavo A o B con la misma dirección "x".



Bus as-i

Ciclo de lectura y escritura en los esclavos

Normalmente desde la fase de puesta en tensión el Maestro AS-i gestiona las siguientes etapas:

InicializaciónDurante esta fase, todos los buffers del maestro están en su estado inicial. Entre los buffers destacan dos tablas deimágenes de las entradas/salidas y, sobre todo, trestablas sobre:

Lista de los esclavos detectados en el bus

Lista de los esclavos proyectados, es decir, los esclavos identificados en la configuración de referencia del maestro

Lista de los esclavos activos, es decir aquellos quepueden intercambiar información con el maestro.



Bus as-i



ArranqueEn esta etapa se detectan los esclavos conectados al bus;el maestro los memoriza en la lista de esclavos detectados.

Compara el perfil de los esclavos reconocidos con laconfiguración de referencia del maestro (esclavosproyectados) y elabora la lista de esclavos que deben seractivados, es decir, aquellos con los que puede dialogar(esclavos activos).



Bus as-i



IntercambiosFinalmente cuando concluye la fase de activación elsistema se encuentra en estado de funcionamiento normal.

Intercambio cíclico de datos entre el maestro y el esclavo

Durante esta fase el maestro puede enviar un comando de control a un esclavo.



Bus as-i




Bus as-i


El sistema de acceso al medio está basado en un sistema maestro-esclavo, en el que el ciclo de lectura/escritura sobre los esclavos en unared AS-¡ está basada en un sistema conocido como "polling", en donde elmaestro en primer lugar realiza una llamada a todos y cada uno de losesclavos tipo "A" o únicos en donde copia el estado de sus entradas y lesfuerza las salidas al estado indicado por el programa en cadamomento, desde el esclavo 1 o 1A hasta el esclavo 31 o 31A uno tras otroy en ese orden. Una vez finalizado, inicia el mismo proceso pero con losesclavos tipo "B", desde el IB al 31B.



Bus as-i


Al ser un sistema determinista nos asegura que en 5 ms ha realizado laactualización de datos en los 31 esclavos tipo "A" y únicos y en otros 5ms asegura la actualización de datos en los 31 esclavos tipo "B", lo queindica que si tenemos los 62 esclavos conectados en una misma red, elmaestro AS-i habrá actualizado los datos en un tiempo de 10 ms.



Bus as-i


La estructura del sistema está formada por un autómata programableque integra la CPU y el Maestro AS-i (CP). De éste parte la red AS-idonde se conectan los diferentes esclavos.

El maestro AS-i dispone de su propio procesador. Éste realiza lafunción de actualizar todos los datos de los esclavos conectados en lared y guardarlos en su propia memoria no volátil. Por tanto, leerá elestado de las señales de entrada de cada esclavo y las copiará en sumemoria, así como asignará a cada salida de cada esclavo el estado queesté registrado en su memoria.



Bus as-i




Bus as-i


La CPU deberá realizar el traslado de los datos del estado actual de lasentradas, así como del estado en que se deseen poner las salidas de cadauno de los esclavos conectados en la red.

Para ello se deberá asignar un espacio en la memoria de datos del PLC.Puede ser el área de marcas (M), aunque lo mas común es reservar unárea de bloque de datos (DB). Por tanto, el programa del PLC, enprimer lugar copiará los datos registrados en la memoria no volátil delmaestro AS-i que corresponden al estado de las entradas de cada unode los esclavos, y a continuación ya podrá hacer uso de estos datosrealizando el programa correspondiente a la aplicación, y por últimoenviará los datos que corresponden al estado en que se deseen debenestar las salidas de los esclavos al maestro AS-i.



Bus as-i


Mientras la CPU del PLC realiza su scan a lo que es el programacargado en el mismo, la CP maestra de AS-i realiza su propio scansobre los esclavos configurados y conectados en el bus. De esa forma losdatos del estado en el que se encuentran las señales de entrada y salidade cada uno de los esclavos estarán totalmente actualizados para quela CPU cuando lo crea necesario haga uso de ellos.



Bus as-i

Equipos participantes en un bus AS-i

Maestro AS-i

As-i es una red monomaestro, es decir, sólo permite la existencia de unmaestro en la red. Esto posibilita que el protocolo de comunicación dela red sea mucho más sencillo, simplificando la electrónica de red.

La CPU del autómata programable por sí sola no es capaz de controlaruna red AS-i, ya que no dispone de la conexión correspondiente. Es, portanto, necesaria la conexión de una tarjeta de ampliación conectada enel propio bastidor del autómata programable que realice las funcionesde maestro de la red AS-i. Esa tarjeta es conocida como CP(Communication Processor).



Bus as-i


Maestro AS-i

El Maestro de una red AS-Interface es el encargado de recibir todos losdatos que viajan a través de la red y enviarlos al PLC correspondiente.También es el que organiza todo el tráfico de datos y en caso de quefuera necesario pone los datos de los sensores y actuadores a disposicióndel PLC o de un sistema de bus superior (por ejemplo, PROFIBUS), através de las pasarelas.

Además de todo esto, los maestros envían parámetros de configuracióna los esclavos y supervisan la red constantemente suministrando datosde diagnóstico, por lo que son capaces de reconocer fallos en cualquierpunto de la red, indicar de qué tipo de fallo se trata y determinar elesclavo que lo originó.



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Maestro AS-i

Maestro AS-i Standard

A los maestros AS-i Standard se les pueden conectar hasta 31esclavos AS-i Standard o esclavos AS-i Standard con espacio dedireccionamiento extendido (sólo esclavos A).



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Maestro AS-i

Maestros AS-i Extended - Espacio de direccionamiento

Los maestros AS-i Extended dan soporte a 31 direcciones, que sepueden utilizar para esclavos AS- i Standard o esclavos AS-icon espacio de direccionamiento extendido (extendedaddressing mode). Los esclavos AS-i con espacio dedireccionamiento extendido se pueden conectar por parejas(programados como esclavos A o B) con la misma dirección a unmaestro AS-i Extended. Con esto aumenta a 62 el número deesclavos AS- i direccionables.



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Maestro AS-i

Maestros AS-i Extended - Espacio de direccionamiento

Por la necesaria extensión de direcciones, en el caso de esclavosAS-i con espacio de direccionamiento extendido según laespecificación V2.11, disminuye el número de salidas binarias a3 por cada esclavo AS- i. Esta limitación no existe para esclavossegún la especificación V3.0.

Los maestros AS-i más modernos dan soporte además a los perfiles S-7.5.5, S-7.A.5 y S-B.A.5 (serial Protocol) así como S-7.A.7 y S-7.A.A (4I/4O, 8I/8O) según la especificación AS- i V3.0.



Bus as-i


Maestro AS-i

Maestros AS-i Extended - Transmisión de valores analógicospara esclavos AS-i

Los maestros Extended dan soporte a la transmisión integrada(sin necesidad de driver especial) de esclavos analógicos AS-Interface que trabajen según el perfil S- 7.3/7.4 de laespecificación AS-Interface.Los esclavos analógicos que trabajan con este perfil se puedenaludir de manera especialmente sencilla a través del programade usuario.



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Maestro AS-i

En función de las capacidades del maestro se distinguen los modelosM0, M1 y M2 para los maestros estándar y M0e, M1e, M2e para losextendidos.

Algunos maestros AS-i pueden ser simultáneamente esclavos Profibus(o de otra red de nivel superior), facilitando la tarea de comunicaciónentre niveles, ya que hace las veces de pasarela sin la necesidad derealizar una configuración adicional.



Bus as-i


Maestro AS-i



Bus as-i


Esclavos AS-i

En cuanto a los esclavos AS-i, se pueden encontrar multitud de modelosdiferentes en cuanto a formas, tipos y número de entras/salidas,función, etc. y que puede ir desde un esclavo para entrada/salidaestándar, hasta esclavos en forma de célula fotoeléctrica, pasando porarrancadores, balizas de señalización, botonera de pulsadores, etc.

Los Esclavos contienen la electrónica de AS-Interface y tambiénposibilidades de conexión para sensores y actuadores, y pueden usarseen el campo o en el armario eléctrico. Los esclavos intercambiancíclicamente sus datos con un maestro, el cual será el encargado degestionar el tráfico de datos a través de la red.



Bus as-i


Esclavos AS-i

En un bus AS-i pueden conectarse hasta 62 esclavos. Las estructurascompactas y descentralizadas son posibles tanto en armarios eléctricoscomo a pie de máquina, p. ej., en módulos con un alto grado deprotección.

Los esclavos As-i pueden conectarse al bus de tres formas:

Sensores / actuadores convencionales. Se conectan al bus mediante módulos de E/S.



Bus as-i


Esclavos AS-i

Sensores / actuadores convencionales con capacidad decomunicación. Se conectan directamente al bus AS-i medianteuna interfaz dedicada.

Sensores / actuadores integrables en AS-i. Se conectandirectamente al bus. Pueden contener parámetros configurablesdesde el maestro.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Bus as-i


Esclavos AS-i

a) Los accionadores/sensores convencionales no comunicantes:

Se conectan al bus a través de un interface AS-i (repartidor ointerface bus de entradas/salidas TON). Estos interfaces seutilizan para conectar sensores binarios (sensor inductivo,óptico, capacitivo, final de carrera, etc.) o accionadoresbinarios (lámpara, relé, electroválvula, etc.) y proporcionar alos accionadores/sensores convencionales capacidad de diálogoen AS-i.



Bus as-i


Esclavos AS-i

b) Los accionadores/sensores convencionales comunicantes:

Se conectan directamente al bus a través de un interfacededicado AS-i independiente. Este incluye el componente ASICque permite que el accionador/sensor se convierta encomunicante.



Bus as-i


Esclavos AS-i

c) Los accionadores/sensores comunicantes también llamadosaccionadores/sensores AS-i dedicados:

Se conectan directamente al bus. El propio sensor incluye un ASIC, por lo que se puede conectar directamente al bus AS-i.



Bus as-i


Esclavos AS-i

El ASIC se encarga de gestionar todas lasfunciones del sensor o del accionador paraproporcionar al maestro AS-i informaciónsobre el estado de las entradas/salidas ocomunicarle la disponibilidad defuncionamiento del sensor o del accionador.Gracias a su reducido tamaño, se puedeintegrar fácilmente dentro del sensor o elaccionador.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Bus as-i


Esclavos AS-i

Espacio de Direccionamiento

Esclavo AS- i Standard

Cada esclavo AS-i Standard ocupa una dirección en el AS-Interface.Se pueden conectar hasta 31 esclavos AS- i Standard al AS-I.



Bus as-i


Esclavos AS-i


Esclavos AS-i con espacio de direccionamiento extendido(esclavos A/B)

Los esclavos AS-i con espacio de direccionamiento extendido sepueden utilizar por parejas con la misma dirección en unmaestro AS-i Extended. Con esto se duplica a 62 el número deesclavos AS- i que pueden ser aludidos.

Uno de los esclavos AS-i de cada una de estas parejas se tiene que programar con la unidad de direccionamiento como esclavo A y el otro como esclavo B.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Si no se dispone de unidad de direccionamiento, los esclavospueden ser programados también individualmente por elmaestro a través del programa de usuario.

Por la necesaria extensión de direcciones, según laespecificación V2.11 en el caso de esclavos con espacio dedireccionamiento extendido disminuye el número de salidasbinarias a 3 por cada esclavo AS- i.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Si el esclavo cumple la especificación V3.0, no se reduce elnúmero de salidas binarias (como máximo 8 salidas binarias), acondición de que se utilice un maestro según el perfil M4.

Los esclavos A se pueden operar también con un maestro AS-iStandard



Bus as-i


Esclavos AS-i

Esclavos analógicos

Los esclavos analógicos son esclavos AS-i Standard especialesque intercambian valores analógicos con el maestro AS-i. Seofrecen esclavos analógicos con los siguientes perfiles:

Esclavos AS-i analógicos según el perfil S-7.1/S-7.2

Los esclavos analógicos según el perfil S-7.1/S-7.2 necesitanen el programa de usuario partes especiales del programa(driver, bloques de funciones) que ejecuten la transferenciasecuencial de los datos analógicos.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Esclavos AS-i analógicos según el perfil S-7.3/S-7.4

Los esclavos analógicos según el perfil S-7.3/S-7.4 estánprevistos para trabajar con maestros AS-i Extended. Losmaestros AS- i Extended desarrollan automáticamente latransferencia de los datos analógicos con estos esclavos. Nose necesitan driver ni bloques de funciones especiales en elprograma de usuario.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Esclavos analógicos según el perfil S-7.A.8/S -7.A.9 y según el perfil S-6.0.X



Bus as-i


Esclavos AS-i


Los esclavos analógicos según el perfil S-7.A.8/S -7.A.9/S -6.0.X están previstos para trabajar con maestros AS-i Extended. Ofrecen las siguientes posibilidades:

transmisión rápida de valores analógicos gracias al direccionamiento extendido (1 valor analógico/ciclo)

transmisión simultánea de valores analógicos y datos binarios

transmisión bidireccional de datos binarios (leer entradas / escribir salidas)

transmisión de varios canales analógicos en técnica A/B



Bus as-i


Esclavos AS-i



Esclavos combinados (Combi Field Devices) según el perfilS-7.A.5/S -7.5.5 Los esclavos combinados según el perfilS-7.A.5/S -7.5.5 son esclavos que emiten y/o procesan datostanto secuenciales como digitales.



Bus as-i


Esclavos AS-i



Bus as-i


Fuente de alimentación

Para algunos de los esclavos es necesaria la conexión de unaalimentación de 24 VDC estándar, para dar mayor potencia a lossensores/actuadores conectados en el esclavo. Para identificar quéesclavos necesitan dicha alimentación se realiza básicamente unainspección ocular, fijándonos en dos aspectos:

Dispone de bornes de conexión en donde haga referencia a algo igual o similar a POWER EXT.

Dispone de un led indicador de fallo con referencia a algo igual o similar a AUX POWER.



Bus as-i



Normalmente son resistentes a cortocircuitos y sobrecargas.

Cada segmento de la red (si se utilizan repetidores) requiere su propia fuente de alimentación.

Las salidas de los módulos se alimentan mediante fuentes auxiliares 24 V DC a través del cable negro.



Bus as-i



La potencia máxima que podrán consumir los esclavos de la red dependen de la fuente de alimentación que se escoja para el sistema, por lo que es conveniente hacer un estudio de la potencia que será necesaria antes de adquirir la fuente de alimentación del sistema.

La situación ideal de la fuente es junto al dispositivo o conjunto de dispositivos que mayor potencia consuman, para así limitar la circulación de corriente por el menor trozo de cable posible.



Bus as-i



Si se utiliza un módulo extensor, la fuente deberá conectarse en el extremo del extensor no conectado al maestro, ya que es en ese tramo de la red donde se conectarán los esclavos. El otro extremo, al no poder conectarse esclavos en él, no requiere de fuente de alimentación.

En la imagen puede observarse la fuente de alimentación 3RX9307-0AA00 de Siemens AG que proporciona un máximo de 2.4 A.



Bus as-i





Bus as-i


Módulos AS-i

Existen dos tipos de módulos conectables a la red AS-Interface:

Módulos Activos.

Son aquellos módulos que integran un chip AS-i, por lo que poseen unadirección en la red (debe ser asignada con un direccionador o por elmaestro). Al poseer una dirección, tendrán asignados 4 bits deentradas y 3 ó 4 bits de salidas según se emplee direccionamientoextendido o estándar, respectivamente. Estos módulos se emplean paraconectar sensores y actuadores no AS-i, es decir, sensores y actuadoresbinarios convencionales.



Bus as-i


Módulos AS-i

Existen dos tipos de módulos conectables a la red AS-Interface:

Módulos Pasivos.

Estos módulos no poseen electrónica integrada, es decir, sóloproporcionan medios para cambiar el tipo de cable, por ejemplo de AS-ia M12, para realizar bifurcaciones en la red en topologías de tipo árbolo como un medio de conexión de sensores y actuadores AS-i con chipintegrado. Estos módulos no poseen dirección de red, ya que serán losdispositivos con electrónica AS-i integrada los que la posean.



Bus as-i


Módulos AS-i

Cada módulo se divide en dos partes:

Módulo de Acoplamiento.

Proporcionan una interfaz electromecánica con el cable AS-i. Laparte inferior es adecuada para su acomplamiento a un carrilnormalizado, mientras que la parte superior posee las cuchillas depenetración para el cable AS-i.



Bus as-i


Módulos AS-i

Cada módulo se divide en dos partes:

Módulo de Usuario.

Estos módulos son específicos según la aplicación para la que esténdestinados. Existen módulos de usuario que son simplesrecubrimientos del cable para la realización de bifurcaciones, hastaotros que integran un chip AS-i para la conexión de sensores yactuadores binarios. En este caso, el módulo de usuario tambiénposeerá LEDs de diagnóstico de la red.



Bus as-i


Módulos AS-i

El procedimiento para montar los módulos AS-i es el siguiente:

Colocar el Rail DIN (35 mm) en el lugar donde se desea instalar el/los módulo/s. (Opcional)

Colocar el Módulo de Acoplamiento sobre el perfil normalizado.

Encajar el Cable en la guía del módulo de acoplamiento. Si se emplease alimentación auxiliar, colocar igualmente el cable negro o rojo sobre su guía.



Bus as-i


Módulos AS-i


Taponar los orificios no utilizados con Prensaestopas.

Situar el Módulo de Usuario y atornillarlo, lo que hará que las cuchillas penetren en el cable AS-i.

Si el montaje es correcto se asegura un grado de protección IP65 ó IP67 en función de las características de los módulos.



Bus as-i


Módulos AS-i




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Módulos AS-i de protección

Frente al peligro que en una red supone una sobretensión eléctricaproveniente de descargas atmosféricas, contactos con cables depotencia o sobretensiones de la red de transporte de energía eléctrica,nace la necesidad de proteger a todos los dispositivos que componen lared. Para ello, existen módulos de Protección contra Sobretensiones.

Un módulo de Protección contra una sobretensión tiene unfuncionamiento muy sencillo, el cual se reduce en derivar a tierracualquier sobretensión detectada por dicho dispositivo dentro de la redmediante un cable que está fijado al módulo y a la tierra de lainstalación.



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Existen otros dispositivos cuya función es detectar algún defecto que sederive a tierra en algún cable de la red AS-i y en sensores o actuadoresalimentados por dicho cable. Estos módulos son losdenominados módulos de Detección de Defecto a Tierra.

El funcionamiento de estos dispositivos se basa en detectar unaderivación a tierra y conmutar un relé interno que puede utilizarsepara eliminar la alimentación del cable. Dicho defecto es memorizadoen el módulo hasta que éste se resetea (pulsando Reset 2 segundos oaplicando 24VDC a la entrada Reset).



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Cables AS-i

Como cable de red puede emplearse cualquier bifilar de 2 x 1.5 mm2 sinapantallamiento ni trenzado, sin embargo, se recomienda utilizarel Cable Amarillo por sus virtudes:

Conectable por perforación de asilamiento.

Codificación mecánica para evitar los cambios de polaridad, esdecir, el perfil del cable es asimétrico, lo que impide que seaconectado de forma inadecuada a los restantes dispositivos de lared.



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Cables AS-i


Grado de protección IP65/67.

Autocicatrizante, lo que permite la desconexión segura de losesclavos manteniendo el grado de protección IP65/67.

Existen módulo sin electrónica integrada que adaptan el cableAS-i a otros normalizados, como el cable redondo con conectorM12.



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Cables AS-i




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Cables AS-i

Otros Cables Auxiliares utilizables en AS-i son:

Cable Negro Se utiliza para proporcionar una alimentación auxiliar de 24 V DCa los esclavos AS-i.

Cable RojoFunción similar al cable negro, pero para una alimentaciónauxiliar de 220 V AC.



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Cables AS-i

Cable Amarillo Resistente. Variante adaptada para resistir materiales hostiles, engrasantes,gasolina, etc. Este cable pierde la cualidad de autocicatrización porse de un material distinto al cable amarillo estándar.

Cable RedondoEs igual que el cable amarillo, pero no tiene su perfil característico.

Cable Redondo Apantallado Idéntico al anterior, pero los hilos están recubiertos por una mallaque añade inmunidad frente al ruido eléctrico.



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Cables AS-i

Cable Amarillo con guía de posicionamiento

Este cable presenta un perfil especial que impide la inversión de las polaridades al realizar las conexiones.

Los accesorios de conexión se conectan al cable mediante tomas vampiro.

Las propiedades físicas del recubrimiento permite que los taladrosde las tomas vampiro se cierren herméticamente cuando éstas seretiran. Gracias a este tipo de recubrimiento llamado"autocicatrizante", los componentes del bus se pueden añadir oretirar con mayor comodidad.



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Cables AS-i


El proceso de conexión es, en efecto, muy rápido, ya que las tomasvampiro perforan el recubrimiento aislante y establecen elcontacto, garantizando una conexión muy fiable. Este sistemaaporta mayor flexibilidad a la instalación, ya que permite cambiarla posición de los sensores/accionadores para que se adapten a laconfiguración de la máquina.

El cable plano no está apantallado. Cada segmento puede tener unalongitud máxima de 100 m. Se puede añadir al primero otrosegmento de 100 m intercalando un repetidor que vuelva a generarla señal.



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Cables AS-i


El cable transmite las señales y la corriente continua 30 V quealimenta los sensores y accionadores, siempre que éstos noconsuman más energía de la que puede suministrar la fuente dealimentación del bus. Los hilos pueden tener una sección de 0,75(para una longitud de cable de 50 m como máximo), de 1,5 o de 2,5mm2.



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Cables AS-i


La estructura de los conductores respeta la norma DIN VDE 0295, clase 6.

Los conductores están dispuestos en paralelo dentro del recubrimiento.

Síntesis de las características del cable plano AS-i:



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Cables AS-i


Sección de los conductores 2 x 15 mm2

Estructura DIN VDE 0295, clase 6

Color AS-i + Marrón

Color AS-i - Azul

Color del cable Amarillo

Tensión de servicio 300 V

Tensión de aislamiento 1.5 KV

Longitud de un segmento 100 metros



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Cables AS-i

Cable redondo estándar:

Este cable proporciona alimentación eléctrica a los sensores yaccionadores conectados al bus y también transmite las señales.

La conexión mediante tornillos resulta muy fácil de realizar y tienela particularidad de que se puede utilizar en cualquier entorno,especialmente en ambientes duros.

Los cables tienen una sección de 1,5 mm2 o 2,5 mm2.

La referencia del cable autorizado por el consorcio AS-i es H05VV-F2x1.5 (respeta la norma DIN VDE 0281).



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Cables AS-i

Cable redondo estándar:



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Cables AS-i


Repartidores activos para componentes

Estándar:



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Soporte físico, cables y accesorios de cableado.

Utilización de la alimentación auxiliar:

Para el caso (1), con gestión de salidas, existen dos opciones de conexión de la alimentación auxiliar:

El módulo de usuario que incluye conexiones M12 de alimentación laterales.

Alimentación a través de un módulo de conexión específico para dos cables planos (cable AS-i y cable plano de alimentación). El cable plano negro está reservado para la alimentación auxiliar.



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Para el caso (2), la alimentación se conecta añadiendo a la base una pieza adicional:


Repartidores pasivos para componentes

AS-i:


EjemploRepartidores

pasivos :



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Accesorios de conexión y derivación:Para las conexiones al bus AS-i se pueden utilizar tes de conexión(con o sin tornillos para su instalación) con el fin de conectar a uncable plano AS-i o realizar derivaciones de cable plano/cableredondo.



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Accesorios de conexión y derivación:

Estos elementos se conectan al bus AS-i mediante tomas vampiro.

Los sensores o accionadores se conectan a los elementos dederivación mediante conectores M12 hembra con 2 terminalescomo mínimo (tomas AS-i + y AS-i –) o mediante cables con hilospelados para bornero.



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Accesorios de conexión y derivación:

Ejemplo:

Se pueden realizar derivaciones del bus utilizando lasposibilidades de cableado con cable amarillo/cable negro de losrepartidores activos y pasivos.

En el siguiente ejemplo se muestra la distribución de laalimentación auxiliar 24 V CC a través delcable negro.



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Repetidor y extensor

Si en la Red, se requiere prolongar la longitud del cable por unadistancia superior a 100m necesitaremos de un Repetidor. Éstecomponente actúa como un amplificador de señal y requiere de unafuente de alimentación en cada extremo. Además permite conectaresclavos en cada lado del mismo. Tanto el Extensor como el Repetidor,pueden alcanzar un máximo de 300 metros.



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Para el caso del extensor de la figura (Modelo Extension Plus deSiemmens), el dispositivo cuenta con un conector macho M12 quepermite conectarlo rápidamente con la derivación AS-Interface M12 enun grado de protección IP67.



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El extensor "Extension Plug" lleva integrado un detector de subtensiónque vigila la tensión del AS-Interface a fin de garantizar que al finaldel cable de bus aún siga habiendo la tensión necesaria. En caso de queno la hubiera, el alargador Extension Plug lo señaliza con un LED dediagnóstico situado en la parte superior del dispositivo.



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La presencia del repetidor no implica que se puedan conectar más de 31esclavos (limitación necesaria para garantizar un tiempo de respuestadeterminista (5 ms) de los esclavos al maestro, ya que el repetidor alprocesar la señal introduce un retardo, el cual puede ser mayor altiempo que el maestro concede a un esclavo para que éste responda).



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Los beneficios del uso de un Repetidor son:

Mayores posibilidades de aplicación y mayor libertad en laconcepción de instalaciones gracias a la posibilidad de prolongarel segmento AS-Interface.

Reducción de los tiempos de parada y servicio técnico en caso dedefecto gracias a que se indica por separado la tensión correctaAS-Interface en cada lado.



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Este repetidor está formado por dos emisores/receptores para cadasentido.



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La comunicación sigue siendo transparente para los esclavos.

El repetidor vuelve a generar las señales recibidas.

Un controlador comprueba las señales de entrada del repetidor y alrecibir la señal, activa el emisor/receptor correspondiente al sentido dela transmisión. El repetidor detecta el final del mensaje y elemisor/receptor activo (el del sentido por el que ha llegado el primermensaje) vuelve al estado inactivo para que el esclavo envíe larespuesta en la dirección correcta.



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El repetidor es, además, un medio excelente para el aislamiento galvánico de dos segmentos del bus AS-i.

También permite aislar las alimentaciones situadas a uno y otro ladodel repetidor, por lo que se recomienda añadir un repetidor cuando seutilice una alimentación auxiliar en una red con un consumoenergético muy elevado.

Los repetidores retrasan la transmisión de la señal. Para conservar las características AS-i de comunicación (determinismo, tiempo de

respuesta de 5 ms, etc.) se recomienda no utilizar más de un repetidor por red.



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Es posible conectar varios repetidores en paralelo o (un máximo de 2)en serie, de modo que la extensión máxima de red de una AS-Interfaceaumente de los 100m convencionales hasta 500m.

Los repetidores AS-i se pueden instalar en los armarios eléctricos parapoder prolongar la longitud del cable y aumentar el suministro total decorriente. No es posible establecer una conexión en paralelo dealimentaciones AS-i sin repetidores. Se pueden conectar hasta dosrepetidores en serie.



Bus as-i

Introducción

El bus AS-Interface o Interfaz de Actuador/Sensor fue creado en el año 1994 para la sustitución de la gran cantidad de señales provenientes de los sensores y dirigidos hacia los actuadores desde el controlador.

El AS-Interface, también conocido de forma abreviada como bus AS-i,es un sistema de enlace para el nivel más bajo de procesos eninstalaciones de automatización.

Los mazos de cables utilizados hasta ahora en este nivel sonreemplazados por un único cable eléctrico, el cable AS-i. Por medio delcable AS-i y del maestro AS-i se acoplan sensores y actuadores binariosde la categoría más simple a las unidades de control a través demódulos AS-i en el nivel de campo.

Procesamiento de Redes

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