摘要：ASI总线是一种主从结构的底层网络系统,主机和从机通过2芯电缆可以组成多种拓扑结构的双向数字通信系统。信号和电源共用2芯电缆,信号以开关量为主,通过网关主机可以和现场总线连接。ASI总线技术成熟、简单可靠、费用较低,很快会成为国际标准。因此在自动化和低压电器系统中会有广阔的发展前途和应用领域。
关键词：ASI总线；原理；技术特点
执行器-传感器接口总线系统(Actuator-Sensor Interface,ASI)是一种用来在控制器(主站)和传感器/执行器(从站)之间双向交换信息的总线网络。它属于现场总线(Fieldbus)下面的底层通信网络系统。一个ASI总线系统通过它主站中的网关可以和多种现场总线(如FF、Profibus、CANbus等)相连接。ASI主站可以作为现场总线的一个节点服务器,在它下面又可以连接一批从站。
ASI总线主要用于具有开关量特征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,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。当然,ASI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。在连接主站和从站的2芯电缆上除传输信号外,同时还提供工作电源。
一、ASI总线的体系结构
ASI总线为主从结构,主机(Master)是整个系统的中心,它可以安装在控制器,如工业PC机(IPC)、可编程控制器(PIC)以及数字调节器(NC)内部。它使用专门的插卡插入到PC机或PIC的总线槽内,把ASI和控制器的CPU连接起来,主机和控制器总称为系统的主站。从站一般可分为两种:一种是带有ASI通信接口的智能传感器/执行器,在它内部装有ASI从机(Slave)专用芯片即SlaveChip,再加上一些外围芯片和E2PROM存储器就构成了一体化的从站;第二种是分离型结构。它由专门设计的ASI接口模块和普通的传感器/执行器构成。在ASI接口模块中带有从机SlaveChip专用芯片以及外围电路和存储器,它除了有通信接口外还带有I/O接口,这些I/O接口就可以和普通传感器/执行器连接起来,共同构成分离型的从站。主机和从机之间可以用非屏蔽、非绞接的2芯电缆进行通信连接。
电缆也有两种形式:一种为标准的双芯圆柱形电缆;另一种为双芯扁平电缆。扁平电缆采用一种专门的穿刺安装方法把线压在连接件上,既简单又可靠。由于扁平电缆采用特殊的合成橡胶作为绝缘保护层,所以当它从连接件上被拔起后,穿孔处会自动闭合,绝缘特性仍可保持,因此可反复使用。在2芯电缆上除传输报文外还通过网络提供电源,以供给主、从机中的电路使用。ASI总线系统结构原理如图1所示。
图1 ASI总线系统结构原理图
从图1中可以看出,从机的结构可以做成一个单独的ASI接口模块。这个模块可以和普通的传感器(S)和执行器(A)连接。这是一种属于传感器/执行器独立于ASI之外的分离型结构。从站也可以是带有ASI接口的智能传感器/执行器集成于ASI之中的一体化结构。无论是普通的还是智能型的传感器/执行器都可以十分方便地和ASI总线网络相连接,成为系统中的从站。从图1中还可以看出,系统的主站是带有CPU和存储器的控制器或调节器。它可以向从站轮流发出请求信号,并接收各从站的应答信号。网络上的电源装置可向主、从机提供工作能源。如果在网络中加入中继器可以延长线路的长度。
二、ASI总线的主要技术特点
ASI现场总线能直接连接二进制执行器和传感器，形成自动化底层控制系统，ASI总线控制层与本地机器之间的数字或模拟信号可通过二进制形式进行传输。ASI是简单数字化的执行器和传感器与高层控制系统之间的通信接口。ASI总线的主要技术特点是：（1）传输数据量。为了满足底层控制系统的要求，ASI数据帧的结构和长度皆是固定的，一个周期内每个从站与主站的数据交换长度为4个输入位和4个输出位；（2）通讯周期。ASI网络最大循环时间是指主站再次轮询到某个从站时所花时间，一个标准ASI系统最多可带31个标准从站，一个轮询周期时间最大为5MS，一个扩展的ASI系统最多可带62个从站（分为A/B从站），其最大轮询周期为10ms，由于轮询方式和时间是确定的，所以能较好地保证网络的实时性；（3）数据传输。ASI网络采用简单的非屏蔽两线电缆或PEC导线，在传送数据的同时并提供电源。ASI总线上节点最多可连接4个传统的二进制执行器和传感器。ASI总线系统的基本技术指标如下:
(1)网络结构。总线型、树型和环型。
(2)传输介质。非屏蔽、非绞织的2芯电缆提供数据和电源。当用扁平电缆时可使用特殊的分离可穿透技术连接。
(3)电缆长度。≤100m,可使用中继器增加长度。
(4)从机数量。每个ASI网最多可有31个从机。
(5)从机可接的元件数。每个从机最多可接4个传感器/执行器,整个网络最多可接124个传感器/执行器。
(6)地址分配。通过主机或手持编程器可以给每个从机下载一个永久地址。
(7)通信信息。通信信息包括来自主机的寻址呼叫信息和来自从机的应答返回信息。
(8)数据位数。每条应答信息为4位。
(9)周期时间。31个从机为5ms,如果从机数量减少周期缩短。
(10)错误检测。数据校验,出现错误会重发信息。
(11)设备接口。每个从机有4个可配置的数据输入输出口,每个主机有4个参数输出口,有2个控制器输入口。
(12)主机任务。对所有从机进行周期访问,与控制器(IPC、PLC)进行数据交换。
三、ASI总线与其他总线对比优势
ASI总线系统与传统的I/O并行方式的树形结构相比，ASI总线的优势和特性主要表现为：（1）成本优势。可节省大量的连接导线和安装费用；（2）设计简单。非专有的全开放系统，一根网线上可连接62个从站模块；（3）接线便捷。选用标准接插件；（4）网络拓展结构灵活。主机站通过ASI网关直接连接从站，网络结构有星型、树型、线型、分枝线型，安装灵活，布线扩展便捷；（5）维护方便。模块有短路保护及故障自诊断功能，可防止因现场设备故障而损坏模块，且可精确定位故障位置。
综上所述，ASI总线由计算机集成管控，ASI网络安装易组态、拓展结构灵活，适应能力强，夯实了现场级过程自动化的基础。系统结构设计简单，传动部件现场输入信号通过ASI总线传输至控制系统，控制器通过ASI模块直接控制设备执行机构，故障率低，安装、维护便利且成本低。它适应了控制系统向智能化、网络化、标准化及分散化发展的新潮流，真正实现了开发互连系统。
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论文作者:王淑英
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：总线论文; 传感器论文; 系统论文; 执行器论文; 电缆论文; 结构论文; 接口论文; 《基层建设》2018年第21期论文;