Revisión de AS-interface de 23 May, 2009 - 19:19

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El cableado de los sensores y actuadores supone uno de los procesos más laboriosos en el montaje de los sistemas de automatización, además, suele ser una de las mayores fuentes de errores en la puesta en marcha de la instalación. Conforme el sistema se complica, la gran cantidad de sensores y actuadores que se requieren, y la necesidad de emplear 2, 3, 4 o incluso más hilos por sensor, no sólo hacen que la dificultad se incremente exponencialmente, sino que supone un aumento considerable del coste final de la instalación.

El considerable aumento de la complejidad de los sistemas de automatización actuales, junto con el coste que supone el tiempo necesario para realizar el cableado de las instalaciones y la dificultad de encontrar fallos en los mazos de cable tradicionales, llevaron a un grupo de 10 fabricantes, entre ellos empresas de la importancia de Festo KG y Siemens AG, a establecer un estándar para la conexión de sensores y actuadores.

La aparición de los Buses de Campo y más concretamente de los Buses de Sensores y Actuadores, vienieron a simplificar el proceso de cableado de los grandes sistemas de automatización, permitiendo una gran reducción de costes y tiempo.

Logo AS-interface

 

AS-Interface o AS-i fue diseñado en 1990 como una alternativa económica al cableado tradicional. El Objetivo fundamental fue determinar un sistema de comunicación único para todos los fabricantes de sensores y actuadores. La idea original fue crear una red simple para sensores y actuadores binarios, capaz de transmitir datos y alimentación a través del mismo bus, manteniendo una gran variedad de topologías que faciliten la instalación de los sensores y actuadores en cualquier punto del proceso con el menor esfuerzo posible y que cumpliera con las normativas de seguridad. Desde entonces, el concepto AS-Interface se ha extendido considerablemente y las especificaciones iniciales se han revisado para adaptar el bus a las nuevas circunstancias y necesidades del mercado

Las especificaciones de AS-i se encuentran actualmente en su versión 3.0, y son de carácter abierto, lo que significa que cualquier fabricante puede obtener una copia de las mismas para elaborar sus productos conforme a dicho estándar.

En 1992 se creó la AS-International Associaton e.V., cuyas tareas fundamentales son:

  • Difusión del concepto AS-i.
  • Informar a los usuarios y proporcionar soporte técnico sobre AS-i.
  • Estandarización de las normas AS-i y revisión periódica de éstas.
  • Certificación de los productos que se adapten a las normas de AS-Interface, de forma que se garantice el correcto funcionamiento de éstos en cualquier red AS-i independientemente del fabricante.

Actualmente hay 13 países que forman parte de esta asociación: Bélgica, Alemania, Francia, Gran Bretaña, Italia, Japón, Holanda, Suiza, Suecia, Estados Unidos, China, Chequia y Corea del Sur. A nivel de empresas, la lista de miembros de esta asociación cubre casi la totalidad de fabricantes de sensores y actuadores, así como multitud de empresas relacionadas con la automatización industrial.

Características Principales de AS-interface:

AS-Interface se sitúa en la parte más baja de la pirámide de control, conectando los sensores y actuadores con el maestro del nivel de campo. Estos maestros pueden ser autómatas, PC's situados en los niveles bajos de control, así como pasarelas cuya función es comunicar la red AS-i con diferentes redes de nivel superior, como por ejemplo Profibus o DeviceNet.

Las características principales de AS-Interface son:

  • Especificaciones abiertas.
  • Permite la conexión de sensores y actuadores "No AS-i" mediante módulos activos.
  • Ideal para la interconexión de sensores y actuadores binarios.
  • A través del cable AS-i se transmiten tanto los datos como la alimentación.
  • Cableado sencillo y económico.
  • Fácil montaje, con perforación de aislamiento.
  • Sistema Monomaestro.
  • Gran flexibilidad de topología (árbol).
  • Reacción rápida: máximo 5ms para intercambiar datos con hasta 31 esclavos.
  • Velocidad de transferencia de datos de 167 Kbits/s.
  • Máximo 100m por segmento, con posibilidad de extensión hasta 3 segmentos (300m).
  • Permite conectar hasta 124 sensores y 124 actuadores con módulos estándar.
  • Permite conectar hasta 248 sensores y 186 actuadores con módulos extendidos.
  • Cumple con los requerimientos IP-65/HIP-6 (idóneos para ambientes exigentes) e IP-20 (aplicaciones en cuadro).
  • Temperatura de funcionamiento entre -25ºC y +85ºC.
  • Transmisión por modulación de corriente, lo cual garantiza un alto grado de seguridad.
  • Según un estudio realizado por la Universidad de Munich, mediante una red AS-i se puede ahorrar entre un 15% y un 30% del coste total.

Como acabamos de mencionar, AS-i supone un ahorro considerable en cuanto a los gastos de instalación, principalmente en el cableado, ya que por sus especificaciones de diseño se ahorra el mazo de cables, lo que facilita la inspección de la instalación y el mantenimiento. También se reduce el riesgo de incendio por la utilización de un cable único de alimentación así como ahorro de espacio en los armarios por la eliminación de gran cantidad de módulos de E/S y sus cables asociados.

Ahorro en los costes

 

Funcionamiento de AS-i:

  • Método de Acceso Mestro-Esclavo:
  1. Sistema Monomaestro.
  2. El maestro gestiona la comunicación, realizando una llamada a cada esclavo y esperando su respuesta.
  • Ajuste Electrónico de Direcciones:
  1. Se debe asignar a cada esclavo una dirección única en el bus (01-31,A/B).
  2. Por defecto traen la dirección '0'.
  3. La dirección se almacena de forma no volátis en el esclavo (EEPROM).
  • Seguridad de Funcionamiento y Flexibilidad:
  1. Transmisión mediante modulación de corriente (alto grado de seguridad).
  2. Supervisión de la tensión en la línea por parte del maestro.
  3. Supervisión de los datos transmitidos por parte del maestro.
  4. Detección de errores de transmisión.
  5. Detección de fallo en los esclavos.
  6. La incorporación de nuevos esclavos AS-i no perturba al sistema.
  • Datos Cuantitativos:
  1. Máximo 31 esclavos estándar o 62 con espacio de direcciones extendido.
  2. Tiempo de ciclo máximo de 5ms (estándar) o 10ms (extendido).
  3. 124 entradas y 124 salidas binarias (estándar) ó 248 entradas y 186 salidas (extendido).

Componentes de la Red AS-i:

Una red AS-i puede emplear cualquier cable bifilar de 2 x 1.5 mm2 sin apantallamiento ni trenzado, sin embargo, lo recomendable es emplear el Cable Amarillo por sus múltiples ventajas:

  • Conectable por perforación de asilamiento.
  • Codificación mecánica para evitar los cambios de polaridad, es decir, el perfil del cable es asimétrico, lo que impide que sea conectado de forma inadecuada a los restantes dispositivos de la red.
  • Grado de protección IP65/67.
  • Autocicatrizante, lo que permite la desconexión segura de los esclavos manteniendo el grado de protección IP65/67.
  • Existen módulo sin electrónica integrada que adaptan el cable AS-i a otros normalizados, como el cable redondo con conector M12.

Cable amarillo Asimétrico

Otros Cables Auxiliares utilizables en AS-i son:

  • Cable Negro . Se utiliza para proporcionar una alimentación auxiliar de 24 V DC a los esclavos AS-i.
  • Cable Rojo. Función similar al cable negro, pero para una alimentación auxiliar de 220 V AC.
  • Cable Amarillo Resistente. Variante adaptada para resistir materiales hostiles, engrasantes, gasolina, etc. Este cable pierde la cualidad de autocicatrización por se de un matereial distinto al cable amarillo estándar.
  • Cable Redondo. Es igual que el cable amarillo, pero no tiene su perfil característico.
  • Cable Redondo Apantallado. Idéntico al anterior, pero los hilos están recubiertos por una malla que añade inmunidad frente al ruido eléctrico.

Cables amarillo y negro

Otro de los componentes imprescindible en cualquier Red, es la Fuente de Alimentación.

La fuente de alimentación para el bus AS-i son específica del bus, ya que deben proporcionar potencia a los esclavos conectados y realizar el acoplamiento de los datos.

  • Proporcionan tensiones entre 29.5 y 31.5 V DC.
  • Resistentes a cortocircuitos y sobrecargas.
  • Cada segmento de la red requiere su propia fuente de alimentación.
  • Las salidas de los módulos se alimentan mediante fuentes auxiliares 24 V DC através del cable negro.
  • La potencia máxima que podrán consumir los esclavos de la red dependen de la fuente de alimentación que se escoja para el sistema.
  • La situación ideal de la fuente es junto al dispositivo o conjunto de dispositivos que mayor potencia consuman.
  • 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.

 

Fuente de alimentación para AS-i (Fuente de alimentación en IP-20)

El Extensor en una red AS-i se emplea cuando el maestro está alejado de los sensores y actuadores. Éste, sólo permite esclavos en el lado del extensor no conectado al maestro, en cuyo tramo además sólo se requiere una fuente de alimentación.

Si en la Red, se requiere prolongar la longitud del cable por una distancia superior a 100m necesitaremos de un Repetidor. Éste componente permite no perder nivel de señal y requiere de una fuente de alimentación en cada extremo. Además permite conectar esclavos en cada extremo del mismo. Tanto el Ex como el Repetidor, pueden alcanzar un máximo de 300 metros.

 

Hay que destacar que cada esclavo en una Red AS-i necesita de una dirección propia, ya que en el caso de que varios esclavos tengan una misma dirección se producirán errores en la red. Por tanto, para asignar las diferentes direcciones a cada esclavo, se utiliza el Terminal de Direccionamiento.

Los esclavos por defecto traen almacenada la dirección '0'. El terminal de direccionamiento reconoce al esclavo y le asigna una dirección comprendida entre la 01 y la 31. Además, incorporan un conector M12 para sensores o actuadores inteligentes.