AS i (actuator sensor interface)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQGHN
KHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Kiến trúc mạng máy tính và truyền thơng trong cơng nghiệp
Giảng viên: Đặng Anh Việt


AS-i
(Actuator Sensor Interface)


I/ Giới thiệu
- AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành,
mạng chỉ có một chủ duy nhất. Phương pháp thâm nhập đường dẫn là
phương pháp Master – Slave, một phương pháp hoàn toàn tối ưu cho những
mạng chỉ có duy nhất một thiết bị là chủ. AS-i sẽ có cấu trúc thật là đơn giản
nếu như các cơ cấu chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số
(Digital Input/Digital Output – DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng
các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn của SIEMENS. Trong mạng chỉ có trạm
chủ có quyền điều khiển q trình trao đổi thơng tin. Trạm chủ (Master) gọi
tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi các trạm này gửi dữ liệu lên
trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ.
- Lịch sử: là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất các thiết bị cảm
biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong cơng nghiệp, trong đó có Siemens
AG, Festor KG, Pepperl & Fuchs.
- Ứng dụng : AS-i dùng để kết nối các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành với
cấp điều khiển..
- Thế mạnh và các tính chất đặc trưng:
 Đơn giản trong thiết kế, lắp đặt và bảo dưỡng cũng như gia thành thấp,
nhờ một phương pháp truyền thông đặc biệt cũng như một kỹ thuật điện

cơ mới.
 AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số. Q trình
trao đổi dữ liệu được thực hiện thơng qua đường dẫn từ cơ cấu chấp
hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn này đồng thời là đường cung cấp
nguồn cho các cảm biến.
 AS-i có thể ghép nối với các cơ cấu chấp hành có kích thước 1 bit đến 8
bit theo tiêu chuẩn IP 65 và liên kết trực tiếp với q trình.
 Hoạt động của AS-i khơng cần thiết lập cấu hình trước.
- Thơng số kĩ thuật:
 Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178
 Số lượng trạm cho phép: 1 Master và max 31 Slave
 Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave
 Tốc độ truyền: 167 Kbit/s
 Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc
 Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater


 Kiểu nối : Đường thẳng, cây, sao
 Dịch vụ truyền thông : AS-i Function


II/ Kiến trúc giao thức
Kiến trúc giao thức AS-i phản ánh đặc điểm của các hoạt động giao tiếp giữa
một bộ điều khiển với các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số là hạn chế ở
việc trao đổi dữ liệu thuần tuý và lượng trao đổi dữ liệu là rất nhỏ. Để nâng cao
hiệu xuất và đơn giản hố việc thực hiện các vi mạch, tồn bộ việc xử lí giao
thức gói gọn trong lớp 1 theo mơ hình OSI.
Trong phạm vi lớp vật lí, AS-i đưa ra một phương pháp mã hố bit hồn tồn
mới để thích hợp với đường truyền hai dây đồng tải nguồn và không dựa vào
chuẩn truyền dẫn RS-485 thông dụng. Chức năng điều khiển truy nhập bus và

bảo toàn dữ liệu cũng được thực hiện ở lớp 1. AS-i chỉ sử dụng phương pháp
chủ/tớ thuần tuý để điều khiển truy nhập bus. Chức năng bảo toàn dữ liệu dựa
vào phương pháp bit chẵn lẻ kết hợp với mã hoá bit.


III/ Cấu trúc mạng và kĩ thuật truyền dẫn
Cấu trúc của một mạng AS-i có thể lựa chọn tuỳ ý theo yêu cầu kĩ thuật cũng
như đặc điểm vị trí và phạm vi đi dây, vì thế việc thiết kế cấu hình và thực hiện
dự án trở nên dễ dàng. Ta có thể chọn cấu trúc đường thẳng (daisy chain hay
trunk-line/drop-line), hoặc cấu trúc cây như một mạng cấp điện thơng thường.
Trong một mạng AS-i có một trạm chủ duy nhất đóng vai trị kiểm sốt tồn bộ
hoạt động giao tiếp trong mạng. Trạm chủ này có thể là một máy tính điều
khiển như PLC, PC, CNC, hoặc có thể là một bộ nối bus trường. Trong trường
hợp trạm chủ là một bộ nối bus trường , nó có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức
giữa một đoạn bus trường (vd : PROFIBUS-DP) với mạng AS-i. Các trạm tớ
cịn lại có thể là một module tích cực ghép nối với tối đa 4 bộ cảm biến hoặc cơ
cấu chấp hành thông thường, hoặc chính là một cảm biến / cơ cấu chấp hành có
tích hợp giao diện As-i được nối trực tiếp hay qua một bộ chia với đường
truyền.


Hình: Ví dụ cấu hình mạng AS-i


IV/ Cơ chế giao tiếp
AS-i hoạt động theo cơ chế giao tiếp chủ-tớ. Trong một chu kì bus, trạm chủ
thực hiện trao đổi với mỗi trạm tớ một lần theo phương pháp hỏi tuần tự. Trạm
chủ gửi một bức điện có chiều dài 14 bit, trong đó có chứa 5 bit địa chỉ trạm tớ
và 5 bit thông tin (dữ liệu đầu ra hoặc mã gọi hàm) chờ đợi trạm tớ này trả lời
trong một khoảng thời gian định nghĩa trước. Bức điện trả lời của trạm tớ có

chiều dài 7 bit, trong đó có 4 bit thơng tin. Vì khoảng cách truyền dẫn tương đối
nhỏ trong khi tốc độ truyền cố định là 167 kBit/s nên thời gian một chu kì bus
phụ thuộc hồn tồn vào số lượng trạm ghép nối. Tuy tốc độ truyền không lớn,
nhưng thời gian một chu kì bus tối đa được đảm bảo khơng lớn hơn 5 ms.
Về cáp truyền, AS-i qui định hai loại cáp dẫn điện thơng thường (cáp trịn) và
cáp AS-i đặc biệt (cáp dẹt). Trong khi cáp tròn dễ kiếm và giá thành thấp thì cáp
dẹt có ưu điểm là dễ lắp đặt. Đường kính lõi dây phải là 1.5 mm để đáp ứng yêu
cầu cung cấp dòng một chiều tối thiểu 2A.


V/ Cấu trúc bức điện
Cấu trúc bức điện của AS-i được xây dựng trên nguyên tắc đơn giản , giảm
thiểu các thông tin bổ trợ để tăng hiệu xuất đường truyền. Thực tế, tất cả các
bức điện gửi từ trạm chủ có chiều dài cố định 14 bit và tất cả các bức điện đáp
ứng từ các trạm tớ đều có chiều dài 7 bit. Cấu trúc của chúng được minh hoạ
như trên hình vẽ
Giữa lời gọi của trạm chủ và trả lời của trạm tớ cần một khoảng thời gian nghỉ
dài 3-8 thời gian bit. Bit điều khiển trong phần đầu lời gọi của trạm chủ kí hiệu
loại thơng báo dữ liệu, tham số, địa chỉ hoặc lệnh gọi.


VI/ AS-I Master
 Thiết bị kiểm soát tất cả các hoạt động trong mạng AS-i
 PC có card giao tiếp, PLC, Fieldbus Coupler (chuyển đổi giao thức bus
trường)
 Module xử lí truyền thơng ( Simatic Net)
 Standard AS-I Master: Điều khiển 31 slave
 Extended AS-I Master: 62 slave

VII/ AS-I Master CP343-2
 Module mở rộng ghép S7-300 vào mạng AS-i
 Extended AS-I Master
 Cung cấp 16 byte vào và 16 byte ra trong vùng analog cho chế độ
Standard ( AS-i A slave)
 Chế độ Extended ( AS-I B slave) sử dụng them vùng I/O xử lí bằng các
hàm SFC