ASI總線技術(shù)在加工中心的應(yīng)用

高 博

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江哈爾濱 150001）

0 引言

ASI是一種能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化集成需要的智能接線系統(tǒng)。它作為Field Bus的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)主站（控制器）與從站（傳感器/執(zhí)行器）之間雙向交換信息。傳感器和執(zhí)行器僅通過單電纜的方式即可快速連接到控制器，同時(shí)確保各個(gè)從站的數(shù)據(jù)傳輸和電源供給。AS-Interface是開放式系統(tǒng)，能確保市場上各種不同產(chǎn)品之間的互換性和互用性。由于該技術(shù)的便利性和節(jié)省成本的高性價(jià)比，在大型精密加工設(shè)備中均有應(yīng)用。

1 ASI系統(tǒng)

1.1 ASI概述

ASI（Actuator執(zhí)行器—Sensor傳感器—Interface接口，即AS-Interface）采用主從站的方式，使傳感器和執(zhí)行器通過單電纜的方式快速連接到可編程控制器，以確保數(shù)據(jù)和電源都傳輸?shù)絺鞲衅?。ASI主站可以作為現(xiàn)場總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，在它的下面又連接一批ASI從站。

ASI總線主要應(yīng)用：①開關(guān)量特征的傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)，傳感器可以是各種接近開關(guān)或溫度、壓力、流量、液位開關(guān)；執(zhí)行器包括各種開關(guān)閥門，電氣轉(zhuǎn)換器以及聲、光報(bào)警器，繼電器、接觸器、按鈕（如EMG）等低壓開關(guān)電器。②模擬量設(shè)備。模擬信號(hào)的傳輸要占據(jù)多個(gè)傳輸周期。連接主站和從站的兩芯電纜上除傳輸信號(hào)外，同時(shí)還提供工作電源。

1.2 ASI的優(yōu)點(diǎn)

（1）簡單。AS-I智能接線系統(tǒng)很簡單，使用單根電纜連接自動(dòng)化系統(tǒng)中所有的傳感器。管理集成在產(chǎn)品中的通信。

（2）降低成本。減少的設(shè)計(jì)、安裝、設(shè)置和執(zhí)行的時(shí)間；更加緊湊的產(chǎn)品的使用，節(jié)省了控制柜內(nèi)的空間，同時(shí)由于大多數(shù)的功能可以遠(yuǎn)程放置在設(shè)備上，中間配電箱也不再需要；取消了控制電纜的敷設(shè)，減少了所需電纜管道的數(shù)量。

基于上述原因，最多可以降低40%的成本。安全性高：AS-I提高了機(jī)器的可靠性、工作的有效性和安全性。使接線錯(cuò)誤不再可能發(fā)生。沒有電氣連接故障的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)電磁干擾具有高的抗擾性。機(jī)器的安全功能可以完全與AS-I“安全運(yùn)行”的理念集成在一起。

1.3 ASI系統(tǒng)的主從站結(jié)構(gòu)與供電

master這是系統(tǒng)的中央元件，它的功能是管理分布在安裝現(xiàn)場的接口和元件（也稱為從站）的數(shù)據(jù)交換。它可以接受最大31個(gè)V1接口和從站（最大輪循時(shí)間為5 ms）和62個(gè)V2.1的接口和從站（最大輪循時(shí)間為10 ms），這意味這在短短的10 ms內(nèi)就可以詢問多達(dá)62個(gè)從站。

電源模塊向ASI網(wǎng)絡(luò)中的接口和從站提供直流電壓DC（29.5～31.6）V，具有低電壓保護(hù)和可靠的短路過載保護(hù)功能。并確保了與通信數(shù)據(jù)的分離，只有這樣的電源裝置才可以連接到ASI網(wǎng)絡(luò)。由于在ASI電纜中的電流受到限制，有時(shí)也需要單獨(dú)使用標(biāo)準(zhǔn)24 V供電裝置直接或通過接口輸出向某些電路供電，特別是執(zhí)行器。在這種情況下，可以使用雙電源：ASI電源和直流24 V電源。帶狀電纜：有黃色電纜和黑色電纜兩種。黃色電纜，連接到ASI電源，執(zhí)行2個(gè)功能：①在主機(jī)、專用元件、接口和安全產(chǎn)品之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。②向傳感器供電。黑色電纜，連接到DC 24 V的輔助電源，為執(zhí)行器提供電源，但是在某些接口和從站上，也為傳感器（隔離輸入）提供電源。這些電纜的特殊機(jī)械剖面幾何形狀使極性接反不可能發(fā)生。所以使用材料也使其能夠通過絕緣刺破連接器快速且可靠地連接到不同的從站元件、接口和附件。當(dāng)產(chǎn)品被移走時(shí)，例如當(dāng)需要更改接線時(shí)，由于它的自密封護(hù)套，電纜將恢復(fù)初始的形態(tài)。這些電纜既可以用在柜內(nèi)，也可以安裝在機(jī)器上。最大的工作電流為8 A。

1.4 ASI“安全運(yùn)行”監(jiān)視器

ASI用于傳感器和執(zhí)行器智能接線系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生著變化。標(biāo)準(zhǔn)的過程信息和有關(guān)安全的信息現(xiàn)在可以通過同一條電纜進(jìn)行傳輸。管理安全功能的能力提高到EN-954-1標(biāo)準(zhǔn)的第4級(jí)，ASI“Safety at work（安全運(yùn)行）”系統(tǒng)可以滿足絕大多數(shù)公共安全的需要，比如：利用瞬時(shí)斷開觸點(diǎn)監(jiān)視緊急停機(jī)（停機(jī)類別0），利用延時(shí)斷開觸點(diǎn)監(jiān)視緊急停機(jī)（停機(jī)類別1），監(jiān)視帶有或不帶有聯(lián)鎖的開關(guān)，監(jiān)視光幕，等等。

與選定安全功能（如啟動(dòng)按鈕監(jiān)視）有關(guān)的選項(xiàng)參數(shù)可以對(duì)所有預(yù)定的、認(rèn)證的功能進(jìn)行設(shè)置。通過增加一個(gè)安全監(jiān)視器和安全接口與其他標(biāo)準(zhǔn)ASI部件一起連接到黃色電纜上，使安全集成到ASI智能接線系統(tǒng)中安全信息僅在安全監(jiān)視器和安全接口之間進(jìn)行交換。這對(duì)其他ASI部件是透明的，基于這個(gè)原理，已經(jīng)安裝的ASI智能接線系統(tǒng)可以對(duì)安全功能進(jìn)行升級(jí)而不必更換已有的部件（主站、輸入/輸出接口、電源等）。通過標(biāo)準(zhǔn)智能接線系統(tǒng)主站經(jīng)由黃色電纜與安全監(jiān)視器進(jìn)行通信可很容易地診斷安全電路，而不需要額外接線。

2 ASI案例

2.1 報(bào)警信息

某加工中心在加工過程中出現(xiàn)報(bào)警alarm：A1055 ASI-2 Configuration mismatch，檢查該報(bào)警的PLC程序，發(fā)現(xiàn)X216.7輸入信號(hào)狀態(tài)變化，會(huì)引起該報(bào)警的觸發(fā)，如圖1所示。

圖1 A1055報(bào)警PLC程序

在加工中心控制電源通電后，ASI-2號(hào)主站模塊啟動(dòng)，自檢正常后，向PLC輸入READY信號(hào)，即X216.7信號(hào)為1。這個(gè)自檢過程，是主站對(duì)本身和所配置的從站進(jìn)行全部自檢的過程。該加工中心有2個(gè)主站ASI-1master和ASI-2master。ASI-1號(hào)主站的READY輸入信號(hào)是X16.7（=1）。而主站ASI-2的READY信號(hào)為X216.7。在最初故障發(fā)生的時(shí)間段里，由于故障現(xiàn)象不明顯，操作人員可以很容易的清除報(bào)警，并且在主站上也沒有報(bào)警指示，但是FANUC數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)A1055的報(bào)警會(huì)導(dǎo)致各個(gè)軸使能中斷，加工停止。通過對(duì)X216.7信號(hào)進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)了X216.7信號(hào)瞬間從1變化為0，又重新變?yōu)?。這樣一個(gè)變化過程引發(fā)A1055號(hào)報(bào)警，并可以很快復(fù)位該報(bào)警的過程。

2.2 替換主站

為排除主站自身硬件故障這一因素，更換了ASI-2號(hào)主站。更換后，系統(tǒng)并不識(shí)別該硬件，需要對(duì)新主站硬件進(jìn)行配置。配置主站方法如下：關(guān)閉機(jī)床電源，將原主站上的電源線、ASI總線等線纜連接到新的ASI主站模塊上（圖2），接通電源，POW，RDY綠色指示燈亮起。同時(shí)AUP紅色指示燈亮起。此時(shí)將主站上的復(fù)位開關(guān)（set）一直扳向左邊，直到下方的2個(gè)數(shù)碼管（X10和X1）均顯示8后（清除內(nèi)存，復(fù)位主站），再向右邊撥動(dòng)，直到出現(xiàn)自檢數(shù)據(jù)后，松開開關(guān)，此時(shí)主站自動(dòng)檢測從站地址，并依次在數(shù)碼管上顯示已連接的從站地址。完成后，AUP紅色指示燈熄滅，主站配置完成。

圖2 ASI主站模塊

2.3 PLC程序中加入時(shí)間繼電器

主站更換并配置完成后，故障報(bào)警仍有出現(xiàn)，從而可以排除主站模塊自身硬件的故障。為了更進(jìn)一步研究，更改PLC程序，添加時(shí)間繼電器，排除瞬間信號(hào)丟失造成的干擾。修改PLC程序，加入時(shí)間繼電器TMER（R帶復(fù)位功能），如圖3所示。其中，24是SUB時(shí)間繼電器功能子塊的編號(hào)；101是程序中未使用并自定義的時(shí)間繼電器編號(hào)；10 000單位為ms，10 000×0.001=10 s，相當(dāng)于計(jì)時(shí)10 s輸出。若X216.7變?yōu)?時(shí)，計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，若在10 s內(nèi)，2號(hào)主站READY信號(hào)再次出現(xiàn)，即X216.7變?yōu)?時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)并復(fù)位，A5.5不會(huì)被觸發(fā)，可以阻止總線報(bào)警的生成。超過10 s后，計(jì)時(shí)器輸出信號(hào)，觸發(fā)A5.5報(bào)警信號(hào)。

圖3 加入時(shí)間繼電器的PLC程序

2.4 確定故障從站

故障從站的確認(rèn)。由于時(shí)間繼電器的加入，使得報(bào)警一旦出現(xiàn)，會(huì)更加明顯，且便于監(jiān)控和捕捉。當(dāng)機(jī)床再次出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，記錄主站狀態(tài)。觀察發(fā)現(xiàn)主站2顯示出了報(bào)警的從站地址，數(shù)碼管（X10）顯示為0，數(shù)碼管（X1）顯示為3。即十位數(shù)字為0，個(gè)位數(shù)字為3，故障指向了03號(hào)從站，LED2閃爍報(bào)錯(cuò)。該從站屬于主軸功能區(qū)。

更換03號(hào)從站（AC2504），將原模塊更換后，自檢主站，此時(shí)出現(xiàn)報(bào)警，主站錯(cuò)誤指示燈亮起，后發(fā)現(xiàn)新從站并未寫入地址，需要在加工中心的配置界面中，對(duì)從站進(jìn)行地址配置，將原00號(hào)地址，配置為03號(hào)地址，從站配置地址后，主站自檢通過。經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)運(yùn)行，故障再未出現(xiàn)。

3 結(jié)語

ASI是一種得到AS國際協(xié)會(huì)支持的開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。以前PLC和傳感器/執(zhí)行器之間的布線系統(tǒng)可以被更加節(jié)省成本的ASI智能接線系統(tǒng)替代。今天ASI已被廣泛用于許多工業(yè)領(lǐng)域場合，如裝配機(jī)器、輸送設(shè)備、機(jī)械加工等。

公司進(jìn)口的大型數(shù)控設(shè)備都用到ASI技術(shù)，在以前的維修、維護(hù)中，對(duì)其工作過程以及原理不了解，并不能熟練掌握該技術(shù)。通過此次研究，為今后相關(guān)故障的解決，提供了幫助。