AS-Interface

Das AS-Interface (abgekürzt AS-i für engl. Actuator-Sensor-Interface; deutsch Aktor-Sensor-Schnittstelle) ist ein Standard für die Feldbus-Kommunikation, der zum Anschluss von Aktoren und Sensoren entwickelt worden ist. Ziel ist es, die bisherige Parallelverkabelung zu ersetzen. Das AS-Interface wird dabei hauptsächlich auf der Sensor-/Aktuatorebene eingesetzt. Das AS-Interface ist seit 1999 internationaler Standard nach EN 50295 und IEC 62026-2.

Geschichte

1990 initiierten die Firmen Balluff, Baumer, Elesta, Festo, ifm electronic, Leuze electronic, Pepperl+Fuchs, Sick, Siemens, Turck und Visolux ein System zur Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren. Die Idee zum System AS-Interface war geboren. In einem Konsortium begann die Umsetzung zu der einfachen und kostengünstigen Systemlösung, teilweise mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert sowie in Kooperation mit der Technischen Hochschule Leipzig, Institut für Automatisierungssysteme (IfAS, Leiter: Werner Kriesel) und der Universität Karlsruhe, Forschungszentrum Informatik (FZI, Leiter: Klaus Bender). Bereits ein Jahr später wurde der Verein zur Förderung busfähiger Interfaces für binäre Sensoren und Aktuatoren e.V. gegründet (Vorstand: H. Walker, Geschäftsführer: O. W. Madelung), der heute als AS-International Association die Interessen der rund 300 Mitgliedsunternehmen weltweit vertritt und hierzu Vertretungen in 13 Industrieländern unterhält (Vorstand: D. Knauer, Geschäftsführer: R. Becker). Das Projekt wurde in drei Teilobjekte unterteilt, wobei je ein Mitglied des Konsortiums die Patenschaft zur Betreuung der Entwicklung übernahm. Die Projekte waren (Fachliche Leitung: A. Schiff):

• Slave-Elektronik
• Master inkl. Software
• Elektromechanik

Einsatz

Das AS-Interface (vom engl. Actuator Sensor Interface) ist als Alternative zur herkömmlichen Parallelverkabelung von Sensoren und Aktoren entwickelt worden und bietet folgende Vorteile:

• Flexibilität
• Wirtschaftlichkeit
• Einfachheit
• Reduktion von Installationsfehlern
• Hohe Verbreitung
• beste Vernetzungsmöglichkeiten

Durch Determinismus und Einfachheit ist der Einsatz dieses Bustyps auf die unterste Steuerungsebene beschränkt.

Technologie

Das AS-Interface ist ein Single-Master-System, d. h. ein Master pollt zyklisch alle projektierten Slaves und tauscht mit ihnen die Ein- und Ausgangsdaten aus. Ein Telegramm besteht dabei aus 4-Bit Nutzdaten. Der Master kommuniziert mit einem seriellen Übertragungsprotokoll mit den Teilnehmern.

Jedem Slave wird durch ein Adressiergerät oder über den Master eine eindeutige Adresse zugewiesen. Es können maximal 62 Teilnehmer (Version 2.1 der Spezifikation) angeschlossen werden, ursprünglich waren nur 31 Teilnehmer adressierbar (Version 2.0), da nur 5 Bits zur Adressierung verwendet werden. Die Adresse 0 darf nicht verwendet werden, da alle Slaves im Auslieferungszustand diese Adresse besitzen, zudem wird diese Adresse für die Funktion Automatische Adressprogrammierung verwendet. Jeder Slave kann über vier Ein- oder Ausgänge für Aktoren oder Sensoren verfügen, wodurch 124 Ein- oder Ausgänge (bei Version 2.0), bzw. 248 Eingänge und 186 Ausgänge (bei Version 2.1) ansteuerbar sind.

Als Übertragungsmedium kommt ein ungeschirmtes zweiadriges gelbes Flachbandkabel zum Einsatz, das gleichzeitig der Spannungsversorgung (24-30 V Gleichspannung) für die Kommunikationselektronik und für Teilnehmer mit niedrigem Strombedarf z. B. Lichtschranken dient. Verbraucher mit einem höheren Energiebedarf wie zum Beispiel Ventilinseln erhalten ein separates, für gewöhnlich schwarzes Flachbandkabel zur Energieversorgung. Dieses transportiert 24 V Gleichspannung. Für Aktoren, die 230 V benötigen, ist alternativ auch eine Versorgung über ein rotes 230-V-Kabel möglich.

Die Sensoren oder Aktoren werden häufig über die sogenannte Durchdringungstechnik angeschlossen. Hierbei wird die Isolation des verpolsicher profilierten Flachbandkabels mittels zweier Durchdringungsdorne bei der Montage durchstoßen, ohne dass dieses vorher vorbereitet werden muss, wodurch Slaves jederzeit ohne größeren Montageaufwand versetzt werden können. Sensoren und Aktoren, die keinen AS-Interface Anschluss besitzen, können über Anschaltungsmodule an den Bus angeschlossen werden.

Für Module in Durchdringungstechnik muss ein spezielles AS-Interface-Flachbandkabel eingesetzt werden. Die serielle Kommunikation wird auf die Spannungsversorgung aufmoduliert. Es kommen dabei die Manchester-Codierung und eine APM-Codierung (Alternierende Puls Modulation) zum Einsatz. Durch die Manchester-Codierung werden gleichstromfreie Signale erhalten. Anschließend wird ein sinusförmiges Spannungssignal erzeugt. Das Signal kann mit Hilfe von zwei Komparatoren wieder hergestellt werden. Es sind so Bit-Zeiten von 6 µs realisierbar.

Pro Teilnehmer werden ca. 150 µs vom Master benötigt; Für 31 Teilnehmer beträgt der Zyklus 5 ms, inklusive der Managementzeit (150 µs) und der Aufnahmezeit (150 µs). Um 62 Teilnehmer anzusprechen, sind zwei Zyklen notwendig.

Die Topologie des AS-Interface ist beliebig, ohne Repeater oder Extender darf die Leitungslänge 100 m jedoch nicht überschreiten. Aufgrund der geringen Frequenz von 167 kHz sind keine Abschlusswiderstände nötig. Durch einen speziellen Abschlusswiderstand (eine Verbindung aus resistiver und kapazitiver Last) ist es jedoch möglich die maximale Leitungslänge auf 300 m zu erhöhen.

Diagnosegeräte bzw. Master mit eingebauten Diagnosefunktionen erleichtern die Fehlersuche in Netzen. Ausgefallene Slaves können einfach ausgetauscht werden, und werden vom Master automatisch neu adressiert.

Normierung

Das AS-Interface ist in den Normen EN 50295 und IEC 62026-2 standardisiert. Die Zertifizierung von AS-i Produkten übernimmt die AS-International Association. Tests bzw. Zertifizierungen stellen sicher, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller zusammenarbeiten.

Die aktuelle AS-Interface Norm ist die Spezifikation 3.0. Bei 2.11 können 62 Slaves, bei 2.0 jedoch nur 31 Slaves angesteuert werden.

Mit AS-i Safety at Work wurde ein zertifizierter Standard entwickelt, der den Einsatz von sicherheitsgerichteten Komponenten im AS-Interface Netz ermöglicht. Hierzu zählen unter anderem Sicherheitsmonitore, Not-Aus-Betätigungen, Türverriegelungen, Lichtgitter/-vorhänge und optische Scanner. Das Konzept Safety at Work wurde vom TÜV (Technischer Überwachungsverein) und vom Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung zertifiziert.

Literatur

• W. Kriesel, O. Madelung (Hrsg.): ASI - Das Aktuator-Sensor-Interface für die Automation. Hanser Verlag, München; Wien 1994, ISBN 3-446-17825-2, 2. Auflage 1999, ISBN 3-446-21064-4.
• W. R. Kriesel, O. W. Madelung (Eds.): ASI - The Actuator-Sensor-Interface for Automation. Hanser Verlag, München; Wien 1995, ISBN 3-446-18265-9, 2. Auflage 1999, ISBN 3-446-21065-2.
• W. Kriesel, H. Rohr, A. Koch: Geschichte und Zukunft der Mess- und Automatisierungstechnik. VDI-Verlag, Düsseldorf 1995, ISBN 3-18-150047-X.
• W. Kriesel, T. Heimbold, D. Telschow: Bustechnologien für die Automation - Vernetzung, Auswahl und Anwendung von Kommunikationssystemen. Hüthig Verlag, Heidelberg 1998, 2. Aufl. 2000 ISBN 3-7785-2778-9.
• R. Becker: Automatisieren ist einfach - mit AS-Interface. AS-International Association, Frankfurt a. M. 2008.
• W. Weller: Automatisierungstechnik im Überblick. Beuth Verlag, Berlin; Wien; Zürich 2008, ISBN 978-3-410-16760-0 sowie als E-Book.
• W. Wahlster: (R)Evolution 4.0 – Interview. In: trends in automation. Das Kundenmagazin von Festo. Nr. 2, 2012, S. 9-11.
• W. Weller: Automatisierungstechnik im Wandel der Zeit – Entwicklungsgeschichte eines faszinierenden Fachgebiets. Verlag epubli GmbH, Berlin 2013, ISBN 978-3-8442-5487-7 sowie www.edoc.hu-berlin.de, 13. Januar 2013.

Weblinks

• AS-International Association Nutzervereinigung