Sistema de Interface bus AS-i BUS

José Luis Salinas
México Automatización,
Edición Septiembre – Diciembre 2011.


La tecnología digital hace que el flujo de información sea llevado a cabo de forma fácil y rápida; es el medio ideal para tener la mayor cantidad de datos y nos da la disponibilidad de contar con más elementos para encontrar soluciones a problemas de muy fácil solución.


El ejemplo de la tecnología digital son las aplicaciones en Automatización y Control, la localización de problemas se hace compleja y tardada si no se cuenta con las herramientas correctas, el uso de multímetros, en algunos casos osciloscopios y testers especializados son en general las herramientas comunes para todo personal del área de mantenimiento.

Conforme el desarrollo de la tecnología lo permite, más y más herramientas están disponibles para la solución de problemas en el área de la automatización. No escapan a ello los buses de comunicación y un ejemplo de esto es AS-i bus, el cual cuenta con auto diagnóstico, lo que nos da una ventaja importante para mantener su operación de este en forma eficiente y continua.

AS-i interface: en este caso es un bus de comunicaciones que está relacionado a las señales provenientes de sensores del tipo discreto y al envío de señales a actuadores, electroválvulas o cualquier otro dispositivo de campo considerado como salida discreta, de aquí el nombre Actuator Sensor Interface ó AS-i bus.

El bus AS-i soporta diferentes topologías, la arquitectura básica es la siguiente: Como mínimo una red AS-i debe tener una fuente AS-i, un Master o Gateway de comunicaciones AS-i y elementos o participantes AS-i; estos últimos pueden ser sensores y actuadores con comunicación AS-i o módulos de E/S que sean la interfase entre sensores y actúa dores convencionales y el bus. En el caso de entradas, los elementos de AS-i pueden manejar señales provenientes de sensores de proximidad del tipo 2 o 3 hilos y/o de micro switches.

En algunos casos cuando se maneja lógica negativa elementos de AS-i que manejen sensores de proximidad del tipo PNP están disponibles. El enlace a los sistemas de control (PLC’s o DCS’s) puede ser realizado de dos diferentes formas, la primera es por medio de un Master AS-i; este se coloca directamente en el rack del sistema de control y se comunica con el controlador vía el “back plane”. La segunda opción es usar en Gateway AS-i y realizar el enlace vía un protocolo de comunicación al controlador. Esto lo podemos ver en la figura 1:

 Figura 1. Arquitectura AS-i bus

As-i bus es un enlace de comunicación digital del tipo energizado, de dos hilos, donde por el mismo par de hilos se lleva la energía de alimentación a los participantes del bus así como la comunicación. En algunos casos y en particular cuando se trata de salidas digitales, estas pueden tener dos conexiones eléctricas, la primera es hacia el bus para energizar a los módulos y tener el enlace de comunicación y la segunda es para disponer de energía externa para accionar los elementos finales ya sean estos electroválvulas, relevadores, luces incandescentes o cualquier otro dispositivo que consuma energía, esto se hace con el fin de no sobre cargar la fuente de AS-i.

Las características principales del bus As-i son:

Topologías Disponibles:

  • Línea, línea con segmentos, estrella y árbol
  • Hasta 62 esclavos direccionables en un bus
  • Máximo número de E/S, 248 Entradas y 246 Salidas (versión 3.0)
  • Se permite el uso de repetidores y extensores de bus
  • Se requiere de una (o más según longitud requerida) fuente dedicada AS-i
  • Se puede usar cable redondo o cable estándar de bus (cable plano)
  • El uso de energía externa a esclavos de salidas digitales es permitido
  • La máxima longitud del bus es de 100 metros sin repetidores o extenderse
  • La máxima longitud de bus es de 560 metros usando 4: repetidores y un extensor de bus
  • Tiempo de scan 20 ms (para la versión 3.0)

 

Figura: Topologías disponibles para AS-i bus

En este caso los esclavos AS-i pueden ser sensores AS-i, actuadores AS-i o módulos de Entradas, Entradas/Salidas y/o Salidas en combinaciones del número de éstas. Si se usan solo sensores y actuadores AS-i el número de esclavos es 64 (modo extendido), 31 sensores y 31 actuadores, con la direcciones lA, lB, 2A, 2B hasta 31A y 31B. En el caso de elementos de AS-i que pueden soportar hasta 8 entradas, el número de señales de sensores se incrementa a las 248 disponibles; para el caso de las salidas está limitado a 186 usando elementos de AS-i versión 2.1 y hasta 248 para la versión 3.0. Algo importante de resaltar es el tiempo de “scan”, para la versión AS-i 2.0, el tiempo es de 5 ms para escanear 124 entradas y salidas, para la versión 2.1 es de 10 ms para 248 Entradas y 186 Salidas, y para la versión 3.0 es de 20 ms para 496 entradas o salidas.

Esto lo hace un bus veloz y confiable; una característica adicional es que no se requiere el uso de terminadores, por lo que en caso de que se presente una falla o corte en algún lado del bus, el extremo que permanece conectado no pierde la comunicación y el diagnóstico del Master o Gateway envía una señal de error al control para indicar fallas en los elementos que están en error en este caso desconectados.

Una característica importante del Bus AS-i es la capacidad de direccionamiento automático, en este caso algún o algunos de los participantes AS-i que sean cambiados pueden ser re direccionados automáticamente ya sea por le Master o Gateway.

Casi todos los componentes del bus cuentan con protección de polaridad inversa, sin embargo AS-i incorpora una solución mecánica para evitar cometer el error de inversión de polaridad, ésta es el cable estándar AS-i, éste es conocido como cable plano, cuando se trata de comunicaciones y energía a los elementos de AS-i es de color amarillo y con una geometría que no permite la colocación de este en forma errónea, existe la versión de cable plano para energía externa, solo que en este caso lo único que cambia es el color, para energía externa se maneja color Negro conservando la misma geometría, esto se observa en la figura siguiente:

Figura. Conexión de dos cables planos AS-i, uno para comunicaciones y un segundo para alimentación externa a salidas digitales

Recordamos que es un bus energizado, donde por el mismo par de hilos se manejan las señales de comunicación y energía a los participantes, maneja Código Manchester como procedimiento de comunicaciones, puede enlazar hasta 248 E/S del tipo discreto o hasta 496 entradas o salidas, está disponible el bus para manejar señales del Tipo Analógica (hasta 62 esclavos analógicos). Cuenta con auto diagnóstico y re direccionamiento automático.

As-i es un bus que no requiere de un sistema de apantallamiento o blindaje del cable, en ningún caso se recomienda aterrizar los elementos de AS-i o las fuentes, por lo que su instalación y operación la hace un bus estable e inmune a perturbaciones externas.

Figura. Conexión de dos cables planos AS-i, uno para comunicaciones y un segundo para alimentación externa a salidas digitales

En México existen muchas aplicaciones exitosas del bus, donde podemos encontrar el mayor número de estas es en la industria de alimentos y bebidas siendo una parte importante para mantener la operación de las líneas de producción y en la mayoría de los casos incrementar la productividad y eficiencia de las líneas.

Concluiré el presente haciendo un comentario, durante la pasada ExpoControl platique con un amigo de hace muchos años y que continua laborando para una importante empresa de la industria de la bebida, en 1996 instalaron la primera línea con comunicación AS-i, en ese entonces no se contaba con mucha experiencia al respecto por parte tanto de los usuarios como de los proveedores del sistema, e hicieron la instalación de los módulos con el mayor cuidado y protegiéndolos del medio, ya que al ser industria alimenticia la higiene debe ser una prioridad y mantener las líneas de producción limpias es prioritario, al momento de instalar el cable (plano), se dieron cuenta que no habían previsto algún medio físico para la conducción de este, se tomó la decisión de instalar el cable en la charola disponible más cercana, la cual conducía líneas de 440 V, hasta la fecha el bus sigue operando sin contratiempos.

Es una muy buena experiencia y da confianza en el uso de la tecnología.

* El autor es Director del Comité de Buses de Compo y Comunicoción Wireless, ISA Sección Central México.

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