Ausarbeitung. AS-i Aktor-Sensor-Interface

Fachbereich VII: Studiengang Automatisierungstechnik und Elektronik Master (MAE) Ausarbeitung AS-i Aktor-Sensor-Interface Fach: Bus- & Prozessleitsysteme Betreuer: Prof. Dr. Ing. Detlef Heinemann 20. November 2009 Tanja Feldt 764296 Torsten Petzold 764250 Hendrik Glös 764613

Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG... 1 2 ENTWICKLUNG... 1 3 ANFORDERUNGEN... 2 4 EIGENSCHAFTEN... 2 5 VERSORGUNG... 4 5.1 ANFORDERUNGEN AN DIE LEITUNG...4 5.2 DAS NETZTEIL...5 6 MASTER - UND SLAVE MODULE... 6 6.1 MASTER...6 6.1.1 Aufgaben... 6 6.1.2 Arten... 7 6.2 SLAVE...7 6.2.1 Aufbau... 8 6.3 ABLAUF DER INBETRIEBNAHME...8 7 PROTOKOLL... 9 7.1 NACHRICHTENAUFBAU... 11 7.2 DATENSICHERHEIT... 16 8 ZUSAMMENFASSUNG... 19 9 PRAKTISCHER EINSATZ... 17 10 LITERATURVERZEICHNIS / QUELLEN... 20 11 ANHANG... 21

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Quelle [4], Kompatibilität zwischen Master und Slave... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 2: Quelle [6], AS-i Kabel... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 3: Quelle [7], Aufbau Netzteil... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 4: Quelle [9], Buszugriffsverfahren... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 5: Quell2 [11], Aufbau eines Slaves... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 6: Quelle [6], AS-i Adressiergerät... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 7: Quelle [12], ISO- /OSI-Modell... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 8: Quelle [23], APM-Verfahren... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 9: Quelle [24], Manchester - Code... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 10: Quelle [14], Struktur des Nachrichtenverkehrs.. Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 11: Quelle [22], Datenübertragung... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 12: Quelle [16], Erweiterte Adressierung Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 13: Quelle [17], Master- /Slave- Telegramm... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 14: Quelle [19], Masteraufruf und Slaveantwort... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 15: Quelle [18], analoge Datenübertragung... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 16: Quelle [2], Automatisiertes Kranfahrzeug... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 17: Quelle [21], Not-Aus-Schalter... Fehler! Textmarke nicht definiert. Abbildung 18: Quelle [3], Eex Modul (Werkbild Pepperl+Fuchs)... Fehler! Textmarke nicht definiert.

Abkürzungsverzeichnis AS-i Aktor-Sensor-Interface CAN Controller Area Network D0...D4 Datenbits EB EN Endebit Euro Norm HD Hamming-Distanz IEC IP ISO International Electrotechnical Commission Internetprotokoll International Organisation for Standardisation OSI Open System Interconnection PB PELV Paritätsbit Protective Extra Low Voltage SB SPS ST Steuerbit Speicherprogrammierbare Steuerung Startbit 1

1 Einleitung Das Aktor-Sensor-Interface gehört zur Gruppe der Feldbusse. Es stellt die einfachste Art der Vernetzung für die Kommunikation zwischen einer Steuerung und den Aktoren und Sensoren dar. AS-i ist ein Verein, der 1991 aus zunächst 11 Firmen entstanden ist. Mittlerweile hat er weltweit über 300 Mitglieder. Hersteller von AS-i Produkten sind u. a. die Firmen Siemens, ABB, Wago. [1] 2 Entwicklung Das AS-Interface wird in der untersten Feldebene, d. h. direkt an den Geräten (Aktoren und Sensoren) eingesetzt. Mittlerweile ist er europa- und weltweit standardisiert. Euro Norm EN 50295 IEC 62026-2 Die Markteinführung begann 1993. Die erste Spezifikation wurde 1998 festgelegt. 2001 folgte Spezifikation 2.1. Die aktuellste ist mit 3.0 benannt. [2] Die Spezifikation 2.1 hat die A/ B-Adressierung eingeführt. durch Erweiterung der ID-Codes können nun 62 Slaves angesprochen werden. Die aktuelle Spezifikation 3.0 hat vor allem neuer Slaveprofile eingeführt, die eine flexiblere Übertragung von Analogwerten erlauben. Dabei wurde auf maximale Kompatibilität Wertgelegt, so dass sich alle Slaves nach allen Spezifikationen problemlos mit den neuesten Mastern betreiben lassen. [3] 1

3 Anforderungen Die Anforderungen, die damals an den zu entwickelnden Feldbus gestellt wurden waren folgende. Aktoren und Sensoren verschiedenster Hersteller sollen an einem gemeinsamen Bus- system betrieben werden. Die Geräte sollen mit 24 V Gleichspannung versorgt werden. Der Feldbus soll an allen Arten von Netzstrukturen (Baum, Ring, Stern) betrieben werden können. Die Systemreaktionszeit soll weniger als 5 ms betragen (bei 31 angeschlossenen Slaves mit je vier Ein- und Ausgängen) Die Installation, Inbetriebnahme ebnahme und Nutzung muss einfach gehalten werden und so geringe Anschlusskosten wie möglich verursachen. [2] 4 Eigenschaften Resultat der 1991 beginnenden Entwicklung des Aktor-Sensor-Interface ist ein von allen Netzstrukturen unabhängiges Feldbussystem, welches mit allen gängigen Systemen von CAN bis Profibus kommunizieren kann. In der aktuellsten Spezifikation kann das AS-Interface bis zu 62 Slaves mit vier Ein- und drei Ausgängen verbinden. Die maximale Zykluszeit beträgt abhängig von der Anzahl der ange- schlossenen Module maximal 10 ms. Abbildung 1: Quelle [4], Kompatibilität zwischen Master und Slave 2

Die Übertragung der Daten geschieht bitweise. Daten und die Energieversorgung der Module werden über ein gemeinsames zweiadriges Kabel übertragen. Die Kabellänge beträgt maximal 100 m, mit Hilfe von Repeatern kann sie bis zu 300 m betragen. AS-i Produkte sind für den rauen Industrieeinsatz gefertigt. Sie sind bis zu einer Schutzart IP 67 belastbar. IP 6x steht für den vollständigen Berührungsschutz, d.h. Schutz gegen Eindringen von Staub (staubdicht). IP x7 bedeutet Schutz vor eindringendem Wasser beim Eintauchen. 3

5 Versorgung 5.1 Anforderungen an die Leitung Die Energieversorgung der Feldgeräte erfolgt mit 24 V DC und die Leitung erlaubt eine siche- re Datenübertragung im Frequenzbereich von 50 bis 300 khz bei 100 m Leitungslänge. Dafür ist jede zweiadrige Leitung mit einem Querschnitt von 1,5 mm 2 geeignet. Allerdings gibt es auch eine von AS-i angefertigte te Leitung, die eine einfache und sichere Kontaktierung ermöglicht. Die Module werden mit der Leitung durch eine spezielle Durchdringungstechnik (Piercing Technologie) miteinander verbunden. Somit können die Teilnehmer an beliebiger Stelle eingebunden werden, ohne die Leitung trennen zu müssen. Der Aufbau der Leitung si- chert wie schon erwähnt die Schutzart IP 67 und ist verpolungssicher. Weiterhin ist die Leitung selbstheilend, d. h. sie ist auch nach eventuellen Umbauten der Anlage weiter verwendbar. [5] Abbildung 2: Quelle [6], AS-i Kabel Eine Abschirmung des Kabels ist nicht vorgesehen, da zum einen die Datenimpulse so geformt sind, dass keine unzulässige Abstrahlung entsteht und zum anderen verhindert der symmetrische Aufbau der Datenübertragung, dass dieser gestört werden könnte. Es ist also keine Abschirmung oder Verdrillung der Kabel erforderlich. Die Daten und die Energieversorgung g werden auf einer gemeinsamen zweiadrigen Leitung übertragen, wobei die Daten als Wechselspannung auf die Versorgungsgleichspannung mo- duliert werden. 4

5.2 Das Netzteil Das Netzteil dient zur Versorgung des Netzwerks mit einer Nennspannung von 24 V DC. Damit dies auch am letzten Ende des AS-i Netzwerks gegeben ist, liefert das Netzteil einen Nennspannung von 30 V DC. Somit können, ohne dass eine Unterversorgung entsteht, 6 V auf der Leitung und an den Teilnehmern abfallen. Abbildung 3: Quelle [7], Aufbau Netzteil Das Netzteil ist mit Kleinspannung und sicherer Trennung ausgelegt (PELV Protective Extra Low Voltage). Die sekundärseitige Kleinspannung ist also galvanisch von der Netzspannung getrennt. Das AS-Interface wird als symmetrisches, erdfreies System betrieben. Dies geschieht mit Hilfe eines ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers. Es entstehen Spannungen von -12 V bis +12 V. Die Symmetrierung dient der Verringerung der Störempfindlichkeit und ist kostengünstiger als Schirmen oder Filtern von Störeinflüssen. Beide Datenleitungen und auch die Masse werden gleichermaßen von der Störung beeinflusst. Der Eingangsverstärker der Teilnehmer bildet die Differenz der Signale, zwei Störsignale werden subtrahiert und somit eliminiert. [8] Die Datenentkopplung des Netzteils besteht aus zwei Induktivitäten von je 50 μh und zwei dazu parallelen Widerständen von je 39 Ω. Der Widerstand verhindert, dass die Leitung durch die Spannungsversorgung für die Datenübertragung kurzgeschlossen wird. Die Spule wandelt die eingeprägten Stromimpulse, die von den Sendern erzeugt werden, in Spannungen um. [7] 5

6 Master - und Slave Module Das AS-Interface wird über einen Master gesteuert. Er greift zyklisch auf alle Teilnehmer zu. Dieses Zugriffsverfahren nennt sich daher auch Single-Master-Zugriff mit zyklischem Polling. Nacheinander fragt der Master alle Teilnehmer (Slaves) ab. Die Slaves müssen in einem bestimmten Zeitintervall auf diese Anfrage antworten. Es besteht für die Slaves keine Möglichkeit besondere Ereignisse an den Master oder an andere Teilnehmer, außerhalb ihres Zeitfensters, zu übermitteln. Abbildung 4: Quelle [9], Buszugriffsverfahren 6.1 Master Der Master verbindet Aktoren und Sensoren mit der Steuerung. Es ist immer nur ein Master pro System vorhanden. 6.1.1 Aufgaben Die Aufgabe des Masters besteht hauptsächlich aus dem binären, digitalen und analogen Datenaustausch zwischen allen Teilnehmern des AS-Interfaces. Der Master muss zunächst alle Teilnehmer erkennen (Identifikation), um sie dann zu parametrieren. Die Identifikation dient gleichzeitig zur automatischen Erkennung von defekten und fehlenden Teilnehmern. Je Zyklus wird ein Teilnehmer parametriert, d. h. je Zyklus wird nur eine neue bzw. unbekannte Adresse abgefragt. Also wird auch ein neuer Slave in die Teilnehmerliste aufgenommen. Über den Diagnoseaufruf kann der Master eine Adresse abfragen, die noch nicht in der Liste der Slaves vorhanden ist. Die gesamte Pollingzeit liegt mit 31 angeschlossenen Slaves bei 5 ms. Nach max. 150 ms (30 Zyklen à 5ms) ist also eine Adresse erkannt, vermerkt und kann von der Steuerung angesprochen werden. 6

Das Einfügen bzw. Austauschen von Modulen ist jederzeit im laufenden Betrieb möglich (Hot Swap). Die Adressierung der neuen Module erfolgt automatisch (Live Insertion). 6.1.2 Arten Der PC/ IPC Master ermöglicht die Nutzung der gesamten Funktionalität des PCs. Er ist als Steckkarte ausgelegt. Der SPS-Master ist ebenfalls im Steckkartenformat zu nutzen. Dies erlaubt einem Mikrocontroller bzw. -Prozessor den direkten Zugriff auf die AS-i Peripherie, die Kommunikation findet über einen internen Bus statt. Der Universalmaster besitzt eine genormte serielle Schnittstelle. Mittels dieser RS232C besteht die Verbindung zwischen dem anwenderseitigen System und dem AS-Interface Bus. Ein Gateway dient als Verbindungselement zwischen höherwertigen Bus-Systemen und dem AS-i Master. Im übergeordneten System hat der AS-i Master den Status eines Knotens. 6.2 Slave AS-i Sensoren haben einem AS-i Chip integriert und können direkt an den Bus angeschlossen werden. Es gibt kapazitive und induktive Nährungsschalter, Endschalter, Lichttaster, Lichtvorhänge und Laserscanner. Auch Not-Aus-Taster und Sicherheitspositionsschalter sind erhältlich. AS-i Aktoren sind z. B. als Meldegeräte, Steuerrelais oder Motorstarter vorhanden. [10] AS-Interface stellt Sensoren und Aktoren mit bereits integrierten Slaves her, aber auch sogenannte Slavemodule, an die dann elektrische oder pneumatische Sensoren und Aktoren angeschlossen werden können. 7

6.2.1 Aufbau Abbildung 5: Quelle [11], Aufbau eines Slaves Statt eines Mikrocontrollers ist in AS-i Slaves ein IC integriert. Die Adresse Null darf nur einmal im System auftauchen. Wird das Netzwerk nicht durch Life Insertion adressiert, steht dem Bediener die Möglichkeit zur Verfügung dies mit einem Adressiergerät manuell durchzuführen. Mit diesem Gerät wird zunächst die aktuelle Adresse des Slaves ermittelt, um ihm dann eine eindeutige neue Adresse zu zuweisen. Abbildung 6: Quelle [6], AS-i Adressiergerät 6.3 Ablauf der Inbetriebnahme Das Einschalten des Masters bewirkt die Spannungsversorgung aller Sensoren und Aktoren. Anschließend beginnt die Teilnehmersuche. Der Master fragt alle Slaveadressen nacheinander ab und wartet auf die Antworten. Alle Adressen und Profile der Slaves werden in einer Teilnehmer-Tabelle vermerkt. Mit Hilfe von Zusatzsoftware kann dem Master eine Projektierungsliste vorgeben werden. Der Master vergleicht dann automatisch seine erstellte Liste mit der Projektierungsliste. So werden schnell und effektiv falsche Adressen und Teilnehmer erkannt. Der Master setzt ein Konfigurationsfehlerbit das von der übergeordneten Steuerung abgefragt wird. 8

Nach der sogenannten Hochlaufphase sendet der Master die Anfragen zyklisch an alle Slaves. Nach drei fehlerhaften Zyklen hintereinander wird ein Slave als defekt oder fehlend vermerkt. 7 Protokoll Auch das AS-Interface lässt sich in das ISO/OSI Referenzmodell einordnen. Allerdings sind bei dem Aktor-Sensor-Interface nur die Ebenen 1, 2 und 7 realisiert worden. "Das ISO/OSI Referenzmodell (ISO: International Organisation for Standardisation, OSI: Open System Interconnection) spezifiziert eine universell anwendbare logische Struktur für die Datenkommunikation zwischen offenen Systemen. Dabei werden alle Aufgaben, die im Rahmen einer Kommunikation anfallen, einer von sieben Ebenen zugeordnet." (Zitat, Quelle[12]) Abbildung 7: Quelle [12], ISO- /OSI-Modell Beim AS-i Feldbus werden folgende OSI Layer verwendet: Layer 1 (physikalische Ebene): zuständig für die Energieversorgung, die Datenentkopplung und das Modulationsverfahren Layer 2 (Datenverbindungsebene): dient dem Buszugriffsverfahren des AS- Interfaces, dem Aufbau der Nachrichten und der Datensicherung Layer 7 (Anwendungsebene): wird für die AS-Interface Nachrichten, den Funktionsablauf im Slave und im Master und für die Geräteprofile genutzt. [13] 9

Zur Datenübertragung auf dem AS-i Feldbus wird die sogenannte Alternierende Puls Modulation (APM) angewendet. Es sind keine Trägerfrequenzen erforderlich. Da dieses Verfahren gleichstromfrei ist, kann es auf die Energieversorgung modelliert werden. Abbildung 8: Quelle [23], APM-Verfahren Zunächst werden die zu übermittelnden Daten nach dem Manchester-Prinzip codiert. In der Mitte jedes Pegels tritt also ein Übergang auf. Beim Null-Pegel findet ein Übergang von High zu Low statt, bei dem High-Pegel von Low zu High. Somit gibt bei der Übertragung jedes Bits mindestens einen Übergang, welcher für die Synchronisation der Teilnehmer sorgt. Abbildung 9: Quelle [24], Manchester - Code Die Manchester-Codierung stellt eine Exklusiv Oder - Verknüpfung aus dem eigentlichen Binärcode und einem Taktsignal doppelter Frequenz dar. Das zu übertragende Manchester-Codierte Signal wird anschließend auf die Gleichspannung modelliert. Dazu wird vom Sender eine sin 2 -förmiger Strom eingeprägt. Durch die Leitungsinduktivität wird der Strom in eine Spannung mit dem Pegel ±2V umgesetzt. Der Empfänger erhält mit Hilfe von zwei Komparatoren das manchestercodierte Signal zurück. Es wird in das ursprüngliche Signal dekodiert. Sowohl durch die Manchester-Codierung als auch durch 10

die Alternierende Pulsmodulation ergibt sich eine hohe Datensicherheit. Hierauf wird näher im Kapitel 7.2 (Datensicherheit) eingegangen. 7.1 Nachrichtenaufbau Wie bereits in Kapitel 6 (Master - und Slave Module) erwähnt, handelt es sich beim AS-i Feldbus um ein Master- Slave System. Durch zyklisches Polling werden die Daten zwischen Master und Slave ausgetauscht. Die Kommunikation der Busteilnehmer wird immer vom Master in Form eines Masteraufrufes initiiert. Der Masteraufruf beinhaltet das Startbit, was den Pegel des Buses auf eine logische Null legt. Folgend werden Steuerbit, fünf Adressbits, fünf Datenbits, ein Paritätsbit und das Endbit übertragen. Nach einer Masterpause mit der Länge von drei bis zehn Bitzeiten folgt die Slaveantwort. Diese beinhaltet das Startbit gefolgt von vier Datenbits und einem Paritätsbit. Auch hier wird die Kommunikation mit einem Endbit abgeschlossen. Abbildung 10: Quelle [14], Struktur des Nachrichtenverkehrs ST...Startbit: Der erste Impuls des Telegramms muss ein negativer Impuls sein, Kennzeichen des Masteraufrufes 0 Start des Masteraufrufes 1 inaktiv, keine Übertragung SB...Steuerbit: Kennzeichen für das Übertragen von Daten, Parametern oder Kommandos 0 Parameterübertragung im Informationsteil 11

1 Kommandoübertragung im Informationsteil A0...A4 Adresse zur Auswahl des angesprochenen Slaves 00H...Nulladresse, Voreinstellung für fabrikneue AS-i Slaves 01H...1FH AS-i Slaves von 1-31 D0...D4 Datenteil, die 5 Bits enthalten, je nach Aufruftyp, die Infos, die an die Slaves übermittelt werden. Bei der Manchestercodierung liegt der Informationsgehalt im in der Mitte der Bitzeit, in der zweiten Hälfte muss stets ein Impuls liegen. PB...Paritätsbit: Zur Überprüfung des Masteraufrufes wird die Parität der vorangegangenen Bits ohne das Startbit markiert. Das Paritätsbit ergänzt den Masteraufruf so, dass mit ihm eine gerade Anzahl von 1-Signalen ohne Endbit im Masteraufruf enthalten ist 0 gerade Anzahl von 1-Signalen 1 ungerade Anzahl von 1-Signalen EB...Endebit Kennzeichen für das Ende des Masteraufrufes, muss positiv sein 0 nicht erlaubt 1 Stoppmarkierung Alternation: Impulspause: Zwei aufeinanderfolgende Impulse müssen unterschiedliche Polarisation aufweisen. Weisen zwei aufeinanderfolgende Bits unterschiedliche Wertigkeit auf, darf maximal eine Impulslänge von 3 μs als Busruhe vorhanden sein. [15] Die Realisierung der Datenübertragung zeigt Abbildung 11 ( Datenübertragung). 12

Sender Empfänger Abbildung 11: Quelle [22], Datenübertragung Das Adressformat lässt sich durch den Wegfall eines Slaveausgangs erweitern. Mit fünf Ad- ressbits lassen sich maximal 32 Adressen einstellen, somit sind Adressplätze für 31 Slaves vorhanden. Möchte man bis zu 62 Module an das AS-i Netzwerk koppeln wird das Adress- format um ein Bit erweitert. D3 ist das Select - Bit und wird geopfert. Ist D3 = 0 werden die A- Slaves angesprochen n ist D3 = 1 die B-Slaves. 13

Abbildung 12: Quelle [16], Erweiterte Adressierung Durch die Vergrößerung des Adressraumes steigt die Zeit, die der Master benötigt um alle Teilnehmer zyklisch abzufragen auf 10ms an. Darstellung des Masteraufrufs und der Slaveantwort mit dem Oszilloskop: Abbildung 13: Quelle [17], Master- /Slave - Telegramm 14

Abbildung 14: Quelle [19], Masteraufruf und Slaveantwort Mit AS-Interface lassen sich Analogtelegramme übertragen, obwohl nur 4 Datenbits pro Telegramm zur Verfügung stehen. Dabei wird der Analogwert in kleine Teile zerlegt, mit Steu- erinformationen versehen und in mehreren AS-i Zyklen übertragen. Es gibt verschiedenen Ausprägungen der Analogwertübertragung, die durch unterschiedliche Slaveprofile gekenn- zeichnet sind bei denen zyklische und/oder azyklische Daten in beide Richtungen ausgedargestellt. tauscht werden können. [19] In Abbildung 15 (analoge Datenübertragung ) ist der Datenaustausch Abbildung 15: Quelle [18], analoge Datenübertragung 15

7.2 Datensicherheit Durch fehlende Abschlusswiderstände, Schirmung und Filterung ist die Gefahr der Datenverfälschung generell höher als bei andren Arten der Datenübertragung. Durch den Einsatz der alternierenden Pulsmodulation ist ein Betrieb in elektrostatisch bzw. elektromagnetisch stark belasteten Umgebungen aber trotzdem problemlos möglich. Jedes Telegramm wird im Empfänger bezüglich Paritätsbit, Startbit-Fehler, Stoppbit-Fehler, Manchester-Fehler, Timeout-Fehler, Pausenzeitverletzungs-Fehler, Alternationsverletzungen und auf Überschreiten der Telegrammlänge überwacht. Dadurch wird eine Hamming-Distanz von 5 erreicht, d.h. ab dem fünften Fehler treten Probleme durch Datenverfälschung auf. Hamming-Distanz: " Benannt nach dem Amerikaner Richard W. Hamming (1915 bis 1998), der in einem Aufsatz aus dem Jahre 1950 ("Error Detecting and Error Correcting Codes") grundlegende Überlegungen zu Fehlererkennung und Fehlerkorrektur von Codes veröffentlichte. Danach wird der "Abstand" zwischen zwei Nachrichten, d.h. die Zahl von Bits, um die sich zwei gültige Nachrichten voneinander unterscheiden, Hamming-Distanz genannt." (Zitat: Quelle [20]) Der Master sendet beim ersten Auftreten eines fehlerhaften Signals ein zweites Mal das Telegramm. Tritt der Fehler erneut auf, wird das Telegramm im nächsten Zyklus wiederholt gesendet. Anschließend wird der Slave als fehlerhaft erkannt. Eine Telegrammwiederholung dauert 150 µs. 16

8 Praktischer Einsatz Der AS-Interface Feldbus und die dafür entwickelten AS-i Module finden vor allem in der Gebäude-, Prozess-, Fahrzeug- und Fabrikautomatisierung Anwendung. Dabei sind die Anforderungen: Komfortgewinn durch intelligente Steuerung Geringer Platzbedarf Hohe Schock- & Schwingfestigkeit Raue Umweltanforderungen Optimiert für den Anschluss von binären Sensoren und Aktoren Hohe Zuverlässigkeit/ Integrierte Sicherheitstechnik Kurze und berechenbare Reaktionszeiten Einfach installierbar und flexibel Abbildung 16: Quelle [2], Automatisiertes Kranfahrzeug Abbildung 16 (Automatisiertes Kranfahrzeug) zeigt die Anwendung in der Fahrzeugautomatisierung. [2] 17

Das Sicherheitskonzept "Safety at work" von AS- Interface ermöglicht die Integration von sicherheitsrelevanten Komponenten wie Not-Aus- Schaltern, Schutztürkontakten, Sicherheitslichtschranken oder -Lichtgittern. Abbildung 17: Quelle [21], Not-Aus- Schalter Sicherheitsrelevante Slaves können wie alle andean das gleiche AS-Interface Kabel ren Module auch angeschlossen werden. Das AS-i Netzwerk wird lediglich um einen Sicherheitsmonitor und die Sicherheitsslaves erweitert. Auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen wurde eine Modulreihe EEx i entwickelt. Das vorhandene AS-i Netzwerk kann in den explosionsgefährdeten Bereich hin- ein erweitert werden. Bei anderen Feldbussen, wie z. B. dem Profibus wird die über den Bus zur Verfügung gestell- te Energie soweit begrenzt das auch im Fehlerfall keine zündfähigen Funken oder Lichtbögen entstehen können. Allerdings begrenzt dieser Aufbau die Anzahl der Teilnehmer und bewirkt niedrige Datenraten. Bei AS-Interface wählt man eine Verkabelung mit erhöhter Sicherheit (EEx e), damit bleibt die Energieversorgung der Module die gleiche. Besondere Anforderungen werden nur an die Art der Verkabelung, die Auswahl der Klemmen und Verschraubungen gestellt. Die Klemmstellen vom Kabel zu den Modulen befinden sich in einem abgesonderten Raum, der den Anforderungen des Explosionsschutzes entspricht. Somit lassen sich Sensoren und Aktoren im Betrieb austauschen. [3] Abbildung 18: Quelle [3], Eex Modul (Werkbild Pepperl+Fuchs) 18

9 Zusammenfassung Die Brutto-Datenübertragungsrate beträgt 167 kbaud. Es werden 4 (3) Bit pro Nachricht ausgetauscht. AS-Interface ist ein bitorientierter Feldbus und gehört zur Sensor-Aktor- Ebene. Sensoren und Aktoren verschiedener Hersteller können an einem Bussystem betrieben werden. Egal welche Netztopologie. Daten und Energie werden gemeinsam auf einer ungeschirmten zweiadrigen Leitung übertragen. Die Bitfolge entsteht in Form von Stromimpulsen. Das Zugriffsverfahren basiert auf dem Single-Master Prinzip. Die maximale Anzahl Slaves beträgt 62. Mit 31 Teilnehmern lässt sich eine Systemreaktionszeit von 5ms realisieren. Die maximale Zykluszeit beträgt 10 ms. Slave Module können nach dem Hot swap und live insertion Methoden angeschlossen bzw. ausgetauscht werden. Durch die Symmetrierung des Netzwerks ist eine hohe Datensicherheit garantiert. Alle AS-i Produkte sind mit der Schutzart IP 67 ausgestattet. 19

10 Literaturverzeichnis / Quellen [1] http://www.as-interface.net/company/asinterface [2] Automatisieren_ist_einfach_mit_AS-Interface.pdf * [3] ebook: Gerhard Schnell (Hrsg.), Bernhard Wiedemann (Hrsg.), Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik, Kap. 4, Vieweg (ASI2.pdf*) [4] AS-i_Spezifikation2_1.pdf * [5] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_09.de.html [6] ASI-Folien_IKF_Teil3.pdf * [7] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_09.de.html [8] ebook: Schaltnetzteile und ihre Peripherie, Vieweg & Teubner, GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009 [9] http://www.as-interface.net /academy/ content/tech/kap3/kap3_20.de.html [10] ASI-Interface.pdf * [11] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap4/kap4_02.de.html [12] http://www.as-interface.net/academy/content/specials/glossary/frameset.de.html [13] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_02.de.html [14] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_12.de.html [15] Herbert Bernstein, Soft-SPS für PC und IPC, VDE Verlag, Berlin 1999 [16] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_34.de.html [17] BPS ASi v4.pdf *, Sebastian Hafa 740536, 02. November 2006 [18] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_43i.de.html) [19] Bussysteme_ASi.pdf * [20] http://www.as-interface.net/academy/content/specials/glossary/frameset. de.html) 20

[21] http://www.as-interface.net/de/products/safety/367be179-6251-42ba-87c4-07ca9094effb [22] ASI-Bus_h-da_Haid_Druckversion.pdf * [23] http://www.as-interface.net/academy/content/tech/kap3/kap3_13.de.html [24] http://www.as-interface.net/academy/content/specials/glossary/frameset.de.html * alle pdf-dateien sind im Anhang auf der CD vorhanden 11 Anhang CD 21