Interfaccia attuatore-sensore: installazione e messa in servizio ASi
A practical AS-Interface commissioning method covering topology, power and voltage-drop checks, addressing, PLC mapping, fault tests and maintenance records for reliable actuator-sensor networks.
Nel mondo dell'automazione, i protocolli di comunicazione esistono a diversi livelli di implementazione e ognuno ha uno scopo specifico che ne definisce la complessità. Al livello più basso, una rete condivide segnali e comandi tra i dispositivi fisici di I/O e il controller host, come un PLC.
Storicamente, ciò viene comunemente realizzato collegando direttamente i dispositivi a un modulo di I/O remoto del PLC tramite cavi per segnali discreti e analogici. Sebbene non siano tecnicamente un protocollo, queste soluzioni a filo singolo sono ancora molto facili da visualizzare, ampliare e diagnosticare. Tuttavia, i fasci di cavi, uno per ogni dispositivo, sono molto ingombranti nelle macchine di grandi dimensioni; per questo sono stati sviluppati i protocolli fieldbus.
L'interfaccia attuatore-sensore, chiamata anche AS-interface o semplicemente ASi, è un metodo pionieristico per ridurre la complessità del cablaggio e dei dati, garantendo una condivisione rapida delle informazioni.
Figura 1. Una tipica rete AS-interface con, da sinistra a destra, un alimentatore, un gateway, moduli di I/O installati nell'armadio e moduli di I/O installati sulla macchina. Immagine utilizzata per gentile concessione di Siemens
Apparecchiature necessarie per ASi
La rete inizia con un master ASi, che è essenzialmente il gateway tra il livello dei dispositivi e il livello di controllo. Questo dispositivo gateway gestisce tutto il traffico ASi, ma dispone anche di una seconda porta fieldbus in uscita per il collegamento al PLC. I gateway ASi possono interfacciarsi con Ethernet/IP, PROFINET, EtherCAT, Modbus, REST API, OPC-UA, BACnet e molti altri protocolli.
Figura 2. Due esempi di dispositivi gateway/master ASi, uno per Ethernet/IP (a sinistra) e uno per PROFIBUS (a destra). Immagine utilizzata per gentile concessione di Bihl+Wiedemann e ifm
Dal gateway esce un cavo piatto a 2 fili, all'interno del quale possono viaggiare insieme sia l'alimentazione sia i segnali. La lunghezza totale di una rete di cavi ASi è di 100 m senza ripetitori, estensori o alimentatori aggiuntivi in linea.
Di solito, il cavo piatto si estende secondo una topologia a linea principale, o bus, con moduli installati direttamente lungo il percorso del cavo. Esistono anche altri formati, come la topologia ad anello, in cui il cavo esce da una porta ASi e ritorna all'altra porta ASi, così che, se il cavo si interrompe in un punto qualsiasi, rimanga comunque un secondo percorso per il traffico di rete.
Collegamento dei dispositivi alle reti ASi
Poiché il nome è interfaccia attuatore-sensore, è necessario spiegare come collegare i dispositivi di I/O a questa linea principale con cavo a 2 fili.
Per questa operazione si utilizzano moduli di I/O che fungono da punti di accesso con comuni porte M12, consentendo a un'ampia gamma di sensori, valvole, pulsanti e altri dispositivi di interagire con la rete.
Questi moduli si collegano al cavo piatto semplicemente fissandosi e perforando il lato del cavo. Il vantaggio di questo formato è che non è necessario pretagliare cavi intestati tra i dispositivi e spostare un dispositivo è molto semplice. Quando viene rimosso, l'isolamento del cavo si richiude semplicemente e non è necessaria alcuna riparazione.
Figura 3. Due esempi di moduli di I/O per reti ASi. Immagine utilizzata per gentile concessione di Pepperl+Fuchs e Bihl+Wiedemann
Questi moduli di I/O supportano solitamente dispositivi a 2, 3 o 4 fili, comuni per i sensori. Alcune porte M12 consentono 2 segnali di I/O ciascuna, quindi un modulo con 4 porte può supportare in realtà fino a 8 dispositivi di I/O. Le porte di I/O tipiche possono fornire fino a 300-400 mA per porta, mentre diversi moduli offrono una certa flessibilità.
Indirizzamento dei nodi
Poiché si tratta di una rete a linea principale, ogni modulo con connessioni di I/O deve ricevere un indirizzo univoco. A seconda delle diverse strutture di indirizzamento, standard o estesa, il numero massimo di nodi può arrivare a 62. A ogni nodo viene assegnato un indirizzo dal controller durante la messa in servizio oppure tramite un dispositivo di programmazione portatile specifico del produttore. Alcuni dispositivi ASi permettono persino l'indirizzamento tramite una connessione USB a un software per PC per la configurazione iniziale.
Fornitura di alimentazione aggiuntiva
Un componente finale di molte reti ASi è un alimentatore esterno a 24 V. Sebbene l'alimentazione venga fornita tramite il cavo piatto a 2 fili, spesso è necessario fornire alimentazione ausiliaria alle reti di grandi dimensioni con un numero maggiore di dispositivi. Per un sistema di piccole dimensioni, il gateway ASi può alimentare la rete utilizzando un normale alimentatore industriale a 24 volt. Tuttavia, se il numero di dispositivi di I/O supera circa 15, (il valore può variare in base al consumo energetico), è necessario un alimentatore aggiuntivo.
L'alimentatore si collega alla rete tramite un cavo piatto simile, ma quest'ultimo è di colore nero per indicare la sola alimentazione, mentre il cavo dati è di colore giallo brillante.
AS-Interface per le reti industriali
ASi è presente sul mercato da decenni e molti produttori offrono cataloghi completi di prodotti, dai gateway ai moduli di I/O. Tra questi figurano Bihl+Wiedemann, Pepperl+Fuchs, ifm efector, Siemens e altri.
Anche se non si utilizzano regolarmente determinati protocolli di comunicazione, è una buona idea approfondirne la conoscenza, così da poter sfruttare determinati vantaggi qualora le specifiche di un progetto futuro richiedessero qualcosa di più avanzato.