AS-I总线技术解析

1 引言   　AS-I(actuator-sensor-interface)接口是整个工业通讯网络中最底层、最低级的总线，直接与现场的传感器和执行器等连接；它只负责简单的数据采集与传输，虽然信息量的吞吐相对于高级的profibus等总线少了很多，但它的实时性和可操作性很高。               2 as-i概述                  　　西门子AS-I总线特别适用于连接需要传送开关量的传感器和执行器系统:传感器可以是各种原理的位置接近开关以及温度、压力、流量、液位开关等;执行器可以是各种开关阀门，声、光报警器,也可以是继电器、接触器等低压开关电器。同时as-i总线也可以连接模拟量设备,只是模拟信号的传输要占据多个传输周期。as-i的特性是应用简捷、成本低、可靠性高、速度快、系统开放。它可以在简单应用中自成系统，也可以通过连接模块与各种高层总线连接。它取代了传统自控系统中繁琐的底层连线，实现了现场设备信号的数字化和故障诊断的现场化，智能化，大大提高了整个系统的可靠性，节约安装，调试和维护成本。               3 as-i的组成                  　　构建一个AS-I网络，须具备四个单元：AS-I主站，从站模块，供电单元，网络部件[1]。图1所示为AS-I网络的组态图。

图1 as-interface组太示例

             3.1 AS-I主站                  　　AS-I属于主从式网络，每个网段只能有一个主站。主站是AS-I总线是网络通信的中心,负责网络的初始化以及设置从站的地址和参数等，具有错误校检功能，发现传输错误将重发报文。主站模块实质为plc的通信处理模块，通过它来完成现场数据与plc的cpu的通信。附表是AS-I主站模块的一览表。                  　　主站由AS-I主机和控制器(如pc,plc等)组成。AS-I主机的使用方式有两种：一种是可以集成在可编程控制器上，例如以扩展网络的形式集成；这种方式适合所需的信号较少的中小型系统。一种是网关，网关可以把as-i系统连接到更高层的网络中(如profibus、ethernet等)。网关作为as-i主站的同时，也是高层网络中的从站。大型复杂的分布式监控系统常采用此方式，如图1中主站单元所示。as-i的网关主要有两种：

　　dp/as-i网关是用于自 profibus 到 as-interface 的数据传送， ie/as-i用于自工业以太网至 as-interface 的数据传送。                  　　以上两种方式的硬件连接很简单，只需要将as-i网络线连接到cp模块或dp/as-i上的as-i连接端子即可，连接时应注意电缆的正负特性与接地的连接。

3.2 AS-I从站                  　　AS-I从站是AS-I系统的输入/输出通道，仅在被主站访问时才被激活。其作用是连接现场i/o。根据安装环境的要求分两种防护等级：ip20防护等级(用于安装在控制柜内) 、ip65/67防护等级(用于直接安装在恶劣现场)。                  　　从站也分为两种，一种是带有as-interface通信芯片的智能传感器/执行器，另一种是分离型i/o模块连接普通的传感器/执行器。在智能型装置中，集成有通用的asic(as-i专用集成电路)，有自己的从站地址。它们可以通过电缆直接连接到as-i中，并具有诊断功能；例如图1中的逻辑模块logo!、电机启动器等。对于普通i/o设备来说，如果想接入as-i系统，必须提供一个带有asic的as-i模块，i/o设备与这些模块连接，如图4中的i/o模板，传感器、执行器、开关等元件直接通过电缆插接到模板上即可。                  　　标准的AS-I节点(从站)地址为5位二进制数，每个标准从站占一个AS-I地址，最多可以连接31个从站。在最新的as-i总线技术规范2.1版本中，一个主站所能控制的从站数量由31个增加到62个，每个地址连接2个从站(分为a\b组)。              3.3供电单元                  　　AS-I 电源是AS-I网络的一个组成部分。它们提供系统的电子设备(as-i模块和 as-i 主站)和连接的传感器技术。而且，AS-I电源的集成数据解耦可以确保数据和电能分隔，因此使AS-I能够在一条线路上传输数据和电源，普通标准电源不适合。AS-I网络的电源模块的额定电压为dc24v，为31个从站的最大电流为2a；如果从站带动的某个执行器功率较大,所需电流大于65ma时,则必须外接辅助电源。它的连接方式可由图2知。              3.4网络部件                  　　网络部件包括黄色和黑色异形电缆、中继器/扩展器、编址和诊断单元。黄色电缆是2芯的，除传输信号外，还传输网络电源。黑色的异型电缆用于连接辅助电源和从站。中继器用于as-i网络的扩展，使用中继器时，每个网段不能超过100m，并且每个网段有自己的电源。任何从站和主站之间不允许超过两个中继器，所以整个网络的长度看起来最多为300m，但采取一定措施后，可以达到500m左右。AS-I从站地址编址器专门用于AS-I网络从站地址、参数的设定，编址器可以与所有AS-I从站进行连接，并快速设定AS-I从站网络中的地址。              3.5安全系统                  　　as-interface safety at　work是一个基于AS-I系统的通讯网络，一个可以兼容相关的安全产品，例如急停开关，防护开关，光幕，激光扫描仪，限位开关，并将它们的状态信号传送到智能安全继电器(又称安全监视器)的网络。它允许在确定的条件下，紧急停止数字/逻辑电路的动作。主站采用处理其他任何从站相同的方式识别安全相关从站，并将其象所有常规从站一样集成到网络中。标准as-i的传输协议和电缆很健全，因而也可用于安全相关报文的传输[3]。               4 应用编程              4.1 AS-I从站编址                  　　西门子的AS-I总线通过两种方式对从站编址，一种是使用手持编址单元对从站进行站地址分配；若不使用手持单元，也可以通过step7(主站模块cp243-2、cp343-2及dp/asi link等)或者microwin软件利用as-i 主站模块对总线上的从站进行地址分配。              4.2 主站编程                  　　(1)编辑从站地址：在s7系列AS-I主站模块中，通信处理模块cp243-2、cp343-2、cp343-2p等可以通过step7软件进行从站组态，并对地址进行设定。完成软件组态以后，可以通过命令接口，利用用户程序完全控制as-i主站的响应，例如可以控制as-i主站的操作模式或通过as-i主站修改从站地址、参数以及参数的读取等。在cpu程序中调用fc7(fcasi_3422可以从西门子网站上下载)通信功能建立cpu与as-i主站cp的通信。                  　　(2) 访问从站数据：主站访问各种类型从站的方法是不同的。                  　　标准从站或a类从站对于as-i标准从站或a从站，主站与从站的通信接口区就是cp占有cpu的地址区，大小为16b输入和16b输出，每个从站最多占用4个数字量输入和4个数字量输出。传载数据时使用数据装载(l)与数据传送指令(t)进行。                  　　b类从站对于具有as-i扩展功能的b类从站，相当于访问as-i总线上的32~62号从站；主站与b类从站的通信接口区存储于cp内部的数据记录区中，cpu需要调用系统功能块sfc58/sfc59，读写cp的数据记录，访问b类从站数据，存储b类从站的数据记录区为150(96h)，长度为16b。

　　模拟量从站  与访问b类从站的方法类似，数据存储于主站cp的数据区140(8ch)中。在cpu中调sfc58/sfc59，访问cp数据记录区中从站数据(2b~128b)。               5 结束语                  　　AS-I技术现已广泛应用于各种工业领域，比如说汽车生产、石油化工、烟草工业、电梯控制系统等等。这主要是因为AS-I的接线简单、数据传输可靠、安装维修方便，而且可以用于较为恶劣的工业环境，能为有较少i/o点的设备提供一种低成本的解决方案。另外，主站编程简单，节约不少开发时间，是现场总线控制系统的绝佳选择。