As-i 全稱 Actuator-Sensor Interface （執(zhí)行器 - 傳感器接口），As-i 總線是屬于底層設(shè)備級(jí)的總線系統(tǒng)。As-i總線是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量的開(kāi)關(guān)信號(hào)、傳感器、模擬量信號(hào)、安全數(shù)據(jù)、緊停設(shè)備等簡(jiǎn)單的接線總線。As-i 總線又是一種全開(kāi)放的非專有的總線系統(tǒng)，其支持所有的主流的控制系統(tǒng)。憑借其安全可靠，快速便捷的接線方式，在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

    結(jié)合 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，比較了這一技術(shù)應(yīng)用于卸垛機(jī)上與傳統(tǒng)的控制方式，這一技術(shù)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝方便、接線便捷、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線的構(gòu)成及原理特性

    1.1 總線構(gòu)成

    As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線是由 As-i 主機(jī)及電源、As-i 總線電纜、As-i 現(xiàn)場(chǎng)模塊三部分組成。

    As-i 主機(jī)又叫網(wǎng)關(guān)，是與上一級(jí)控制系統(tǒng)的接口，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送到上一級(jí)控制系統(tǒng)，同時(shí)將上一級(jí)的控制命令傳送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器，在主機(jī)上集成了不同的總線接口，包括 Profibus-DP、Devicenet、Eathernet、DeviceNet 等接口，可以很方便集成到上一級(jí)控制系統(tǒng)中，每一個(gè)主機(jī)最大帶 62 個(gè)從站模塊，連接多達(dá) 496個(gè) I/O 信號(hào) （見(jiàn)圖 1）。

圖 1 As-i 主機(jī)

    As-i 電源，是將 24V DC 電源與信號(hào)進(jìn)行疊加，提供從站所需要的電源和傳輸信號(hào)，As-i 電源的電壓為29.5V～ 31.6V，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓。As-i 總線使用的電纜是兩芯非屏蔽電纜，電源和信號(hào)在同一根電纜中傳輸，信號(hào)包括數(shù)字量 / 模擬量信號(hào)，電纜的連接采用針刺式，可達(dá)到很高的防護(hù)等級(jí) IP67IP68 IP69K，電纜有特別的外形，具有反極性保護(hù)功能，可有效防止安裝中人為接線錯(cuò)誤，每一根總線上可以連接 62 個(gè)從站模塊。

    As-i 現(xiàn)場(chǎng)模塊，包括數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，PT100 熱電阻輸入模塊及其他特殊功能模塊，如用于汽缸控制的AirBox 模塊等。

    1.2 As-i 系統(tǒng)通訊原理

    As-i 采用 APM 技術(shù)（Alternating Pulse Modulation）將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 Manchester 編碼進(jìn)行傳輸。主機(jī)發(fā)送—開(kāi)始位—控制位—地址 5 bit—信息 5bit—校驗(yàn)位—結(jié)束位從站應(yīng)答—起始位—信息 4 bit—校驗(yàn)位—結(jié)束位

    1.3 自由的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    As-i 系統(tǒng)可以是星型、線型、總線型、樹(shù)形等形式（見(jiàn)圖 2）

圖 2 As-i 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線在卸垛機(jī)電氣控制中的應(yīng)用

    2.1 系統(tǒng)概述

    YPXGD70 型卸垛機(jī)適用于啤酒、飲料、食品、制藥行業(yè)，對(duì)各種易拉罐進(jìn)行分層卸垛處理，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)量大，維護(hù)方便。

    卸垛機(jī)的邏輯控制相當(dāng)復(fù)雜，系統(tǒng)共有 10 臺(tái)電機(jī)、20 個(gè)光電開(kāi)關(guān)、12 個(gè)接近開(kāi)關(guān)、4 個(gè)行程保護(hù)開(kāi)關(guān)、12個(gè)汽缸、16 個(gè)閥、16 個(gè)磁性開(kāi)關(guān)、另外還有門(mén)保護(hù)、欠壓保護(hù)、進(jìn)出垛安全保護(hù)、真空檢測(cè)等大量元件。這些元件分散的分布在機(jī)器上，如電氣元件分布圖（見(jiàn)圖3）所示。

圖 3 電氣元件分布圖

    2.2 系統(tǒng)方案

    綜合考慮機(jī)器上的元件均為開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)和執(zhí)行元件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、縮短安裝時(shí)間，降低安裝工作量、方便調(diào)試維護(hù)等因素，我們采用了 PROFIBUS-DP+As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線的控制方案，改變以前所有 I/O 模板及控制器件全部集中在一組電控柜內(nèi)的控制方式，將現(xiàn)場(chǎng)的控制器件就地接入現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，通過(guò)通訊的方式，高效、安全、可靠的與 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成一個(gè)高效控制系統(tǒng)。

    2.2.1 器件選擇

    在卸垛機(jī)的電氣控制中，選用西門(mén)子 S7-300 系列的 CPU 及擴(kuò)展模塊，西門(mén)子 MP177 觸摸屏，丹佛斯變頻器，TUCK 的光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)，PILZ 的安全繼電器等的電器元件。對(duì)于 As-i 總線控制，經(jīng)多方面的市場(chǎng)調(diào)研、性能比較、價(jià)格核算，選用了 IFM 的 As-i 系統(tǒng)，配置了其現(xiàn)場(chǎng)型四點(diǎn)輸入 I/O 模塊 \ 閥集成模塊，其價(jià)格合理、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝方便、接線便捷、維護(hù)方便、易于擴(kuò)展，且其先進(jìn)性、可靠性深得用戶信賴。

    2.2.2 系統(tǒng)組成

    根據(jù)卸垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工藝性能，將卸垛機(jī)劃分為進(jìn)垛、出垛、主提升、推罐四大部分，在每一個(gè)部分，根據(jù)控制元件（汽缸）和檢測(cè)元件（光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等） 的位置和數(shù)量，合理分配了 I/O 模塊和閥模塊，且就近安裝，現(xiàn)場(chǎng)模塊間的連接使用樹(shù)形連接（見(jiàn)圖 4）所示。

圖 4 現(xiàn)場(chǎng)模塊間的樹(shù)形連接

    電機(jī)動(dòng)力線直接進(jìn)電柜，行程保護(hù)、急停等安全控制元件由一根多芯線直接進(jìn)電柜接入硬件控制回路。PLC 主控柜里面安置了 S7-313C 型 CPU、As-i 網(wǎng)關(guān)及電源、繼電器、安全繼電器、總空開(kāi)、低壓短路器、接觸器等器件。

    在設(shè)備操作平臺(tái)上裝有觸摸屏，與 PLC 和網(wǎng)關(guān)，用 Profibus 進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息傳送，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟停和顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及檢測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

    2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

    該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試進(jìn)行的比較順利�；�于調(diào)試前As-i 的技術(shù)支持，以及 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜的布置和接線工作量，以及傳統(tǒng)分線盒二次傳線的故障錯(cuò)誤，且故障易于定位并迅速排除。

3 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線與傳統(tǒng)控制的比較與體會(huì)

    通過(guò) As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線在卸垛機(jī)上的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的集散型控制方式比較，深有體會(huì)。

    3.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致、程序設(shè)計(jì)靈活

    由于采用了 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)元器件無(wú)需單獨(dú)接 24V DC 電源，因?yàn)楸馄诫娎|的傳輸已經(jīng)包括了電源和信號(hào)，同時(shí)采用了閥模塊，這樣閥就不需要從 PLC 輸出，用繼電器中轉(zhuǎn)再控制閥，且磁性開(kāi)關(guān)為自帶線，更無(wú)需畫(huà)接線方式，且選擇的 4 點(diǎn)輸入模塊、閥模塊都一樣，所以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都一致，只要把每個(gè)檢測(cè)元件合理分布在就近的模塊上的，給它們分配好地址就可以，大大減少了圖紙的數(shù)量和復(fù)雜程度。同時(shí)由于采用位模塊化方法，組態(tài)更加快速容易，擴(kuò)展和修改也簡(jiǎn)便易行。

    3.2 系統(tǒng)故障率低，安裝、調(diào)試、維護(hù)簡(jiǎn)便

    在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于現(xiàn)場(chǎng)控制模塊 I/O 模塊和閥模塊就近放置在每個(gè)部位的檢測(cè)元器件附近，這樣就可以替代傳統(tǒng)控制方式的分線盒，使的整個(gè)項(xiàng)目的電纜開(kāi)銷比傳統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)大量減少，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)元件直接接入現(xiàn)場(chǎng)模塊，而不需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的分線盒中轉(zhuǎn)，且可以預(yù)先接好光點(diǎn)開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等傳感器的兩頭連接，等機(jī)械裝備好以后，根據(jù)分配好的模塊及地址，快速簡(jiǎn)便的插在模塊里即可，大大縮短了放線、安裝的時(shí)間。同時(shí)因?yàn)槟�塊與模塊間只需要一根集信號(hào)與電源一體的扁平電纜，大大減少布線和接點(diǎn)，減少了系統(tǒng)的故障源，且 As-i 現(xiàn)場(chǎng)總線提供了卓越的故障診斷和故障排除功能，使錯(cuò)誤識(shí)別、定位比較簡(jiǎn)單，可直接對(duì)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊進(jìn)行診斷，迅速將故障源定位到模塊，這樣大大縮短了調(diào)試時(shí)間。

4 結(jié)論

    As-i 總線系統(tǒng)是設(shè)備設(shè)計(jì)和自動(dòng)化中的新技術(shù)，其在設(shè)備的設(shè)計(jì)、啟動(dòng)和保養(yǎng)方面都具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，As-i 總線系統(tǒng)安裝方便，能夠與傳感器直接相連，有集成的閥模塊，其在卸垛機(jī)的應(yīng)用上與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，節(jié)省了很多的繼電器、接線端子、分線盒、多芯電纜、管接頭，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)的成本，且易于擴(kuò)展，可有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，As-i 總線作為一個(gè)實(shí)時(shí)工作的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)能以多種方式和規(guī)模使用的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)安裝簡(jiǎn)易、擴(kuò)充快速靈活的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)在惡劣的環(huán)境中也能安全可靠地運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，是卸垛機(jī)電氣控制中最佳的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)之一。

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