AS‑i‑Feldbus

AS-i (Actuator Sensor Interface) ist ein Feldbus-System, das es ermöglicht, binäre Sensoren und Aktoren über einen gemeinsamen Bus zu verbinden (Abbildung 1). AS‑i‑Feldbusse bieten eine kosteneffiziente Lösung für die Steuerung von Maschinen und Anlagen, da sie eine einfache Installation und Konfiguration ermöglichen und in der Lage sind, unter schwierigen Umgebungsbedingungen zu arbeiten. Es handelt sich, wie der InterBus, der PROFIBIS, CAN und viele andere Bussysteme, um ein sogenanntes offenes Bussystem. Das bedeutet, dass man AS‑i‑Produkte von vielen Anbietern und nicht nur von einem bekommen kann. Weiterhin ist gewährleistet, dass das Bussystem einwandfrei funktioniert, auch wenn man Produkte verschiedener Anbieter an diesem Bus betreibt (Interoperabilität, interoperability). Wird ein Produkt durch ein baugleiches Produkt eines anderen Anbieters ersetzt, so funktioniert auch dieses (Austauschbarkeit, interchangeability).

AS-i ist ein Feldbus zum Anschluss von Sensoren, wie z. B. Lichtschranken und von Aktoren, wie z. B. Pneumatikzylinder, die ein sehr geringes Datenvolumen übertragen, über eine ungeschirmte Zweidrahtleitung (Abbildung 2). Die Datenübertragung erfolgt über dieselbe Leitung wie die Stromversorgung der Teilnehmer (24 V). Die maximale Bitrate beträgt 167 kbit/s. Der maximale Leitungsabstand ist ca. 100 m und es können bis zu 31 oder 62 Teilnehmer angeschlossen werden. Mithilfe von Repeatern kann der maximale Abstand erweitert werden.

Die Bussteuerung erfolgt durch einen Master. Er steuert die Teilnehmer, d. h. er fragt die Sensoren der Reihe nach ab. Dazu überträgt er an die Aktoren der Reihe nach Signale und wiederholt dies zyklisch. Die Zykluszeit hängt von der Zahl der angeschlossenen Slaves ab und beträgt maximal 5ms (bei 31 Teilnehmern). Eine Nachrichtenübertragung besteht aus einem Masteraufruf mit 14 Bits, einer Masterpause mit 18 µs bis 60 µs Dauer und einer Teilnehmernachricht mit 7 Bits sowie einer Teilnehmerpause mit 6 µs Dauer (Abbildung 3). In den 14 Bits der Masternachricht gibt es 5  Bits für die Adressierung der 31 Teilnehmer (Slaves) und 5 Bits für Informationen an den Teilnehmer. Der Teilnehmer überträgt an den Master 4 Datenbits, z. B. den Schaltzustand des Sensors oder auch eine Fehlermeldung.

Jeder Busteilnehmer hat bis zu vier binäre Eingänge und bis zu vier binäre Ausgänge. Eines der Ausgangsbit kann als weiteres Adressbit verwendet werden (ab AS-i 2.11). Dann sind bis zu 62 Teilnehmer möglich. Die Zykluszeit verdoppelt sich auf 10 ms.

Über Kommandos kann der Master einen Teilnehmer in den Grundzustand bringen (Reset), seine Adresse löschen, eine neue Adresse eintragen sowie einen Status lesen oder löschen. Bei der Installation eines AS‑i‑Feldbusses muss ein Teilnehmer nach dem anderen adressiert werden. Es gibt Mastermodule, die diese Initialisierungsmaßnahme weitgehend automatisch vornehmen. Über den Master, der meist als PC-Karte oder als SPS-Modul realisiert ist, wird auch eine Nachrichtenübertragung zu nachgeordneten Systemen, z. B. zu einem Ethernet-LAN möglich (Gateway).

Die AS‑i‑Anschaltung besteht aus einem hochintegrierten Schaltkreis im Sensor bzw. Aktor. Zur Ankopplung sonstiger Teilnehmer gibt es Anwendermodule mit IC, in die die Busleitung nur eingelegt werden muss (Abbildung 4 und 5). Über Kontaktspitzen wird ohne Leitungsunterbrechung der Kontakt hergestellt (Durchdringungsdorne oder auch Vampir-Kontakte). Standardsensoren und Standardaktoren werden meistens über M8-, M12-Schraubverbindungen oder PG-Verschraubungen in Verbindung mit Käfigzugfederklemmen an die AS‑i‑Module angeschlossen. In manchen Fällen sind auch nur einfache Klemmen vorhanden. Dies findet man z. B. dann, wenn das Modul in einem Schaltschrank oder Verteilerkasten eingesetzt werden soll. Werden Sensoren oder Aktoren, z. B. Ventilinseln, mit integrierter AS‑i, sogenannte intelligente Sensoren/Aktoren, angeschlossen, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, diese AS‑i‑Teilnehmer direkt an die Flachleitung anzuschließen.

Für die Inbetriebnahme einer AS-Interface-Anlage ist es unerheblich, ob mit einem AS‑i‑Master oder mit einem Gateway zu einem anderen Bussystem gearbeitet wird.

In der Praxis werden sehr häufig Module (Abbildung 6) eingesetzt. Die Inbetriebnahme von AS-i gestaltet sich dann wie folgt:

Fabrikneue AS‑i‑Slaves sind auf die Adresse 0 voradressiert. Ausnahmen bestehen bei Produkten mit mehr als einem integrierten AS‑i‑Slave (z. B. Ventilinseln).

Das bedeutet, dass zu Beginn der Inbetriebnahme viele AS‑i‑Slaves mit Adresse 0 vorhanden sind. Aufgrund der Tatsache, dass AS-i ein Master/Slave-System ist, ist es nicht möglich, sofort alle Slaves an die AS‑i‑Übertragungsleitung anzuschließend, da der Master dann nicht mehr zwischen den einzelnen Slaves mit gleicher Adresse unterscheiden kann. AS‑i‑Slaves können auf verschiedene Weisen adressiert werden:

Die am häufigsten eingesetzte Variante ist das Adressiergerät. Damit ist es möglich, die AS‑i‑Slaves vor dem Einbau auf die richtige Adresse zu programmieren. Über das Adressiergerät kann es jedoch passieren, dass eine Adresse mehrfach an einen AS‑i‑Strang vergeben werden, da sich die Adressiergeräte die vergebenen Adressen nicht merken.