AS-Interface

Was ist das AS-Interface?

Das AS-Interface (kurz ASi, für englisch Actuator-Sensor-Interface, deutsch Aktor-Sensor-Schnittstelle) ist ein Standard für die Feldbus-Kommunikation, der zum Anschluss von Aktoren und Sensoren entwickelt wurde. Es soll die bisherige Parallelverkabelung ersetzen und wird hauptsächlich auf der Sensor-/Aktorebene eingesetzt. Seit 1999 ist es ein internationaler Standard nach IEC 62026-2. Wichtige Vorteile sind Flexibilität, Wirtschaftlichkeit, Einfachheit, Robustheit, weniger Installationsfehler, hohe Verbreitung, gute Vernetzungsmöglichkeiten und Kompatibilität. Haupteinsatzgebiete sind die Fabrikautomation, die Intralogistik, die Prozesstechnik und die Gebäudetechnik.

Geschichte

1990 initiierten Firmen wie Balluff, Baumer, Festo, ifm electronic, Pepperl+Fuchs, Sick, Siemens und andere ein System zur Vernetzung von Sensoren und Aktoren. Die Umsetzung erfolgte in einer Entwicklungspartnerschaft unter Leitung von Andreas Schiff (ifm), unterstützt durch die TH Leipzig und das FZI Forschungszentrum Informatik. Ein Jahr später wurde der Verein gegründet, der heute als AS-International Association die Interessen der Mitgliedsunternehmen weltweit vertritt und Vertretungen in 13 Industrieländern unterhält. 2018 wurde auf der Messe SPS IPC Drives in Nürnberg der neue Technologieschritt ASi-5 vorgestellt, entwickelt von Herstellern der Automatisierungsindustrie zusammen mit der Chip-Industrie sowie der Universität Stuttgart, der Universität Rostock und der HTWK Leipzig.

Technologie: Aufbau und Verkabelung

Das AS-Interface ist ein Single-Master-System: Ein Master tauscht mit allen projektierten Geräten die Ein- und Ausgangsdaten aus. Als Übertragungsmedium dient ein ungeschirmtes zweiadriges gelbes Flachkabel, das sowohl die Signalübertragung als auch die Spannungsversorgung (24 Volt) übernimmt. Teilnehmer mit niedrigem Strombedarf, z. B. Lichtschranken, werden direkt darüber versorgt; Verbraucher mit höherem Energiebedarf, z. B. Ventilinseln, nutzen ein separates (meist schwarzes oder graues) Flachkabel mit 24 oder 48 Volt. Die Anschluss erfolgt häufig über die Durchdringungstechnik (Piercing-Technologie): Durchdringungsdorne stoßen bei der Montage die Isolation des verpolungssicher profilierten Flachkabels durch, ohne Vorbereitung, sodass Teilnehmer leicht installiert oder versetzt werden können. Geräte ohne ASi-Anschluss können über Module angebunden werden. Die Topologie ist beliebig: Linien-, Stern-, Baum- oder Ring-Strukturen sind möglich.

ASi-3-Kommunikation und Übertragungstechnik

Ein Telegramm besteht aus 4-Bit-Nutzdaten; der Master kommuniziert über ein serielles Übertragungsprotokoll mit den Teilnehmern. Jedem Teilnehmer wird per Adressiergerät oder über den Master eine Adresse zugewiesen, maximal 62 Teilnehmer sind möglich. Pro System sind bis zu 496 Eingänge und 496 Ausgänge erreichbar. Die serielle Kommunikation wird auf die Spannungsversorgung aufmoduliert (APM) und nutzt die Manchester-Codierung. Für 31 Teilnehmer beträgt der Zyklus 5 Millisekunden; für 62 Teilnehmer sind zwei Zyklen nötig. Ohne Repeater oder Extender darf die Leitungslänge 100 Meter nicht überschreiten; mit einem speziellen Abschlusswiderstand (Verbindung aus resistiver und kapazitiver Last) sind bis zu 300 Meter möglich. Diagnosegeräte bzw. Master mit Diagnosefunktion erleichtern die Fehlersuche; ausgefallene Teilnehmer werden einfach getauscht und vom Master automatisch neu adressiert. Das Konzept der funktionalen Sicherheit bei ASi-3 heißt Safety at Work: Damit lassen sich sicherheitsgerichtete Komponenten wie Not-Aus-Betätigungen, Türverriegelungen oder Lichtgitter ins Netz einbinden.

ASi-5-Kommunikation und Übertragungstechnik

ASi-5 wurde 2018 nach mehrjähriger Entwicklung veröffentlicht; Entwicklungspartner waren u. a. Bihl+Wiedemann, ifm electronic, Murrelektronik, Pepperl+Fuchs, Phoenix Contact, Renesas Electronics und Siemens. Statt APM wird die Differentielle-QPSK-Modulation verwendet. Für die zyklische Übertragung stehen 16 Bit bereit, mit bis zu 32 Byte zyklischer Übertragung pro Teilnehmer und zusätzlich einem azyklischen Parameterkanal von bis zu 256 Byte pro Gerät. Damit stellt ASi-5 bis zu 1536 binäre Eingänge und 1536 binäre Ausgänge pro Ethernet-Adresse bereit. Für bis zu 24 Teilnehmer beträgt die Zykluszeit 1,2 Millisekunden; in einem ASi-5-Netzwerk können 96 Teilnehmer angesprochen werden, die dann eine Zykluszeit von 5 Millisekunden haben. Das System bietet eine fortlaufende Kommunikationsdiagnose (Einzelkanaldiagnose, gestörte Kanäle werden automatisch nachgeführt) sowie eine Gerätediagnose, deren Daten vom Gerätehersteller bestimmt werden und mit bis zu 232 Byte über die azyklischen Dienste übertragen werden können. ASi-5 ist offen für Parameterschnittstellen wie IO-Link; IO-Link-Geräte bis 32 Byte können zyklisch integriert werden. Für die funktionale Sicherheit stehen 16 sichere Bit bereit (z. B. für Not-Halt, Sicherheits-Lichtgitter, Sicherheits-Schalter), mit SIL-3 Performance Level e nach IEC 13849. ASi-5 ist vollständig abwärtskompatibel: ASi-3- und ASi-5-Komponenten können auf demselben gelben Flachkabel betrieben werden; dafür ist ein erweiterter Master ASi-3/ASi-5 nötig. Bestehende Anlagen lassen sich so einfach aufwerten.

Normierung und Zertifizierung

Das AS-Interface ist in der internationalen Norm IEC 62026-2:2008 beschrieben. Weitere lokale Normen sind: Europa EN 62026-2:2013, Japan JIS C 82026-2 (2013), China GB/T 18858.2 (2002) und Korea KS C IEC 62026-2 (2007). Die Zertifizierung von AS-Interface-Produkten übernimmt die AS-International Association e. V.; Tests und Zertifizierungen stellen sicher, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller zusammenarbeiten. Die Konzepte der funktionalen Sicherheit wurden vom TÜV bzw. vom Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung positiv begutachtet; die Erfüllung der relevanten Sicherheitsnormen wurde bestätigt.