ASI 系統(tǒng)在吹瓶機(jī)上的應(yīng)用

凌思思

傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電氣元器件多 、布線冗長(zhǎng)等特征。在新時(shí)代的不斷進(jìn)步，工業(yè)4.0 的不斷推廣，及人工智能的不斷發(fā)展下，與時(shí)俱進(jìn)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少布線、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力顯得尤為重要，達(dá)意隆新型五代吹瓶機(jī)的使用了ASI 總線系統(tǒng)就很好的解決了這些難題。

一、什么是ASI 總線系統(tǒng)

ASI（Actuator-Sensor-Int erface）是執(zhí)行器-傳感器-接口的英文縮寫，它是一種用在控制器（主站）和傳感器/執(zhí)行器（從站）之間雙向交換信息的總線網(wǎng)絡(luò)，它屬于現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）下面底層的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一個(gè)ASI 總線系統(tǒng)通過它主站中的網(wǎng)關(guān)可以和多種現(xiàn)場(chǎng)總線（如Profinet、Profibus、CANbus）相連接。

ASi 主站可以作為上層現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，在它的下面又可以掛接一批ASi 從站，這些從站可以是安全型模塊也可以是普通的IO 模塊。普通的ASi 總線主要運(yùn)用于具有開關(guān)量特征的傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)，傳感器可以是各種原理的位置接近開關(guān)以及溫度、壓力、流量、液位開關(guān)等。執(zhí)行器可以是各種開關(guān)閥門，電/氣轉(zhuǎn)換器以及聲、光報(bào)警器，也可以是繼電器、接觸器、按鈕等低壓開關(guān)電器；安全型ASi 總線模塊則主要運(yùn)用于安全門開關(guān)，安全門鎖，安全光柵，急停按鈕等。具體我們可以通過以下工作原理簡(jiǎn)圖來了解。

圖1.ASI 工作原理簡(jiǎn)圖

1、ASI 總線功能

在ASi 總線不同的應(yīng)用下，功能可靠包含下列內(nèi)容，首先是通信數(shù)據(jù)的可靠性方面，ASi 總線在許多方面采取了抗干擾措施。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，必須進(jìn)行錯(cuò)誤檢驗(yàn)，此方法十分有效，出錯(cuò)誤后信息可以重發(fā)。另外如系統(tǒng)部件出現(xiàn)故障時(shí)主站會(huì)很快檢測(cè)到故障信息，并自動(dòng)與發(fā)生故障的從站切斷通信聯(lián)系，通知操作人員故障地址，以便及時(shí)進(jìn)行維修。主站還具備網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)視功能，在任何時(shí)刻用戶都能得到系統(tǒng)中所有從站當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的完整資料。

2、ASI 總線傳輸速率

在ASi 總線系統(tǒng)中，主站和從站之間采用了串行雙向數(shù)字通信方式。因?yàn)閳?bào)文較短，如若在有一個(gè)主站和31個(gè)從站的系統(tǒng)中，ASI 的通信周期大約為5ms，也就是說主站在5ms 內(nèi)就可以對(duì)31 個(gè)從站輪流訪問一遍。

3、傳輸故障特征

如果在非屏蔽電纜上進(jìn)行高速ASI 傳輸通信，那么電磁兼容性（EMC）問題就非常重要了。發(fā)射干擾和現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)輻射干擾都不應(yīng)超過歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN55011 給出極限值，ASI 系統(tǒng)的抗干擾能力在IEC801 文件中已有詳細(xì)的說明。大量的ASI 系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，由于傳輸信號(hào)采用了正弦平方波，因此ASI 系統(tǒng)的發(fā)射干擾保持在IEC 的規(guī)定值以下。ASI 系統(tǒng)對(duì)于靜態(tài)放電在26M-1GHz 頻率范圍內(nèi)的電磁高速瞬間干擾的抵抗能力可達(dá)到3 級(jí)。在最壞的情況下，通信將出現(xiàn)故障，但系統(tǒng)具有檢測(cè)功能并可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行重發(fā)。因?yàn)槭嵌绦畔?，重發(fā)不會(huì)增加周期時(shí)間，只有在報(bào)文發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，才會(huì)增加報(bào)文的周期長(zhǎng)度。

ASI 總線的傳輸系統(tǒng)是連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主站、從站、電源、控制器、傳感器/執(zhí)行器的通路和橋梁。報(bào)文信號(hào)在傳輸系統(tǒng)中要經(jīng)過多次的變換和恢復(fù)，并要抵抗各種外界的干擾以保證準(zhǔn)確、快捷、可靠的信息交換，它是ASI總線系統(tǒng)中重要的組成部分。

二、ASI 總線系統(tǒng)在吹瓶機(jī)上的應(yīng)用

基于ASI 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，選用帶安全功能的控制器作為ASI 的主站，但同時(shí)它也作為整機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)從站與我們的CPU1500 走Profibus 通訊，我們把安全系統(tǒng)即安全門開關(guān)、急停開關(guān)與集成有ASI 通訊功能的連接模塊相連接，把光電開關(guān)、接近開關(guān)、壓力傳感器、電磁閥、報(bào)警塔燈等這些與集成有ASI 通訊功能的DI、AO、DO、AO 模塊連接，然后這些連接模塊及DI、AO、DO、AO 模塊再作為ASI 控制器下的從站通過ASI 專用黃色扁平電纜與安全控制器（即下面提到的ASI 主站）相通訊。而我們的CPU 又與HMI 走Profinet 進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊的，因此通過這一系列的主從關(guān)系及通訊關(guān)系，所有的ASI 從站運(yùn)行信息及故障信息都可以實(shí)時(shí)顯示在我們的觸摸屏上。便于我們快速的了解和監(jiān)控相關(guān)安全信息及檢測(cè)故障的排查。具體情況如下圖，我們可以清晰的看到ASI 的安全控制器是我們CPU 的從站2，在整個(gè)CPU 的控制邏輯中它僅僅是一個(gè)從站的作用。

圖2.吹瓶機(jī)控制系統(tǒng)主從關(guān)系圖

1、ASI 控制器、電源及從站應(yīng)用

通過圖3 可以清晰的知道吹瓶機(jī)的大概結(jié)構(gòu)，將ASI控制器（我們整個(gè)CPU 控制系統(tǒng)中它是從站2）及ASI電源裝于吹瓶主電柜，有些檢測(cè)用的光電開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)等有可能分布如下圖的加溫機(jī)、主機(jī)、理胚機(jī)及操作臺(tái)各部分，而ASI 的從站模塊（含安全型和非安全型）可以安裝到柜外任何離我們的傳感器等最近最便于安裝的地方，這些模塊通過ASI 專用黃色扁平電纜實(shí)行通訊及供電， ASI 電源和與之相連的數(shù)據(jù)解耦電路，ASI 電源可以提供29.5-31.6VDC 電壓，完全滿足國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)安全隔離低電壓的技術(shù)要求，最大可輸出2A 電流，并具有可靠的短路過載保護(hù)。數(shù)據(jù)解耦電路由兩個(gè)50μH 的電感和兩個(gè)39Ω 的電阻相互并聯(lián)組成，通過電感可以將傳輸信號(hào)的電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷好}沖，同時(shí)它還具有防止數(shù)據(jù)傳輸頻率信號(hào)經(jīng)過電源而造成短路的作用，兩個(gè)電阻代表了網(wǎng)絡(luò)的邊界終端。為使電路信號(hào)噪聲最低，必須采用高對(duì)稱性的電路結(jié)構(gòu)，兩個(gè)電容CE 和兩個(gè)電感L 應(yīng)完全相等，接地點(diǎn)要可靠接地，若采用屏蔽電纜，屏蔽層也應(yīng)接到地上。但需注意如果2A 電流仍不能滿足從站的要求，就必須采用帶有輔助電源的供電的模式，即通過壓接另外一條黑色扁平電纜提供外部輔助24V 電源進(jìn)行供電。我們的設(shè)備中只有主機(jī)架上有這類輸出，故我們的應(yīng)用是從主機(jī)架的小電箱的24V 開關(guān)電源上接出一組24V 電源線，圍繞著主機(jī)架上需要輔助供電的ASI 通訊模塊走一圈。

圖3.吹瓶機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

此外，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)備上的ASI 從站較多，所以選用的是帶有雙ASI 主站網(wǎng)絡(luò)通道的控制器，每一條Asi 網(wǎng)絡(luò)可以連接31 個(gè)全址，即我們的控制系統(tǒng)共可以掛62 個(gè)ASI標(biāo)準(zhǔn)子站地址?？偠灾?，ASI 的從站只要通過一條黃色的扁平電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，它的防護(hù)等級(jí)是IP67,可以在柜外的任何我們想要的地方安裝，而且非安全型的從站模塊最多可以帶8 個(gè)點(diǎn)的DI 或者DO，就是說原來這些傳感器本來要拉很長(zhǎng)的線進(jìn)柜子接PLC 模塊的線，現(xiàn)在可以就近的接到這個(gè)ASI 的從站上了，如果我的主機(jī)架到主電柜有十米的線，那現(xiàn)在我可能用一米或者更短的線就可以實(shí)在通訊了。

2、ASI 總線系統(tǒng)的接線優(yōu)勢(shì)

圖4.

如下圖所示，傳統(tǒng)的接線的話安全系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)分開。安全系統(tǒng)須獨(dú)立，選擇合適的安全繼電器，所有安全門開關(guān)須把線引到一個(gè)電箱里面串聯(lián)起來接到安全繼電器的輸入，這種走線冗長(zhǎng)相對(duì)復(fù)雜，當(dāng)安全系統(tǒng)處于非安全狀態(tài)時(shí)，安全繼電器輸出，切斷需要切斷的電機(jī)。各光電開關(guān)、接近開關(guān)、壓力傳感器、電磁閥、報(bào)警塔燈等信號(hào)線也要繞很長(zhǎng)的線接到一個(gè)電箱里的PLC 模塊上進(jìn)行信號(hào)的傳送。這種并行接線需要在線槽中放置很多電纜而且長(zhǎng)時(shí)間的后期維護(hù)會(huì)導(dǎo)致線體凌亂。 ASI 系統(tǒng)可以把安全系統(tǒng)及信號(hào)系統(tǒng)集合到一個(gè)系統(tǒng)里面，ASi 從站可以在離元件最近的地方安裝，這樣元件與模塊間的走線就實(shí)現(xiàn)了最短化，節(jié)省了電纜成本、簡(jiǎn)化了后期維護(hù)時(shí)找線的時(shí)間及難度。

3、ASI 總線系統(tǒng)的操作及維護(hù)

（1）ASI 控制器K30 面板狀態(tài)有些指示燈，不同的指示燈亮有不同的含義，我們可以根據(jù)這些批示燈的閃亮情況，清晰的判斷控制器的運(yùn)行狀態(tài)，如Power：綠色常亮代表網(wǎng)關(guān)電源正常；PROFIBUS：綠色常亮代表連接到PROFIBUS 主站等等

（2）安全模塊可以快速的在線替換: a.將故障模塊從總線上移除 b.按住ESC/Service ＞3sc.將編好地址的新模塊接入網(wǎng)絡(luò) d.再次按住ESC/Service ＞3s

需要注意的是 替換過程必須嚴(yán)格按照順序進(jìn)行： 即替換模塊型號(hào)必須與原型號(hào)完全一致，且地址相同 ；僅需替換一個(gè)模塊時(shí)，可以將型號(hào)一致、地址為0 的新模塊直接接入網(wǎng)絡(luò)，安全監(jiān)視器會(huì)對(duì)其自動(dòng)編址，超過1 個(gè)必須預(yù)先手動(dòng)編址。

（3）更換損壞的控制器

將損壞的控制器從網(wǎng)絡(luò)中斷開。

取出其中的存儲(chǔ)卡，并將其插入新的控制器卡槽中。

上電并通過按鍵設(shè)置。

綜上所述我們知道，ASI 系統(tǒng)的各信息都是可視化，硬件信息可監(jiān)控且易于更換的。ASI 在我們吹瓶機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)一步穩(wěn)定了我們達(dá)意隆吹瓶機(jī)的市場(chǎng)地位。