Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.4: AS-Interface

Hệ thống 
thông tin công nghiệp
4/28/2006
6.4 AS-Interface
26.4 AS-Interface © 2006 - HMS
6.4 AS-Interface
1. Giới thiệu chung
2. Kiến trúc giao thức
3. Cấu trúc mạng và cáp truyền
4. Cơ chế giao tiếp
5. Cấu trúc bức ₫iện
6. Mã hóa bit
7. Bảo toàn dữ liệu
36.4 AS-Interface © 2006 - HMS
1. Giới thiệu chung
ƒ Kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất 
các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành của 
châu Âu (Siemens, Schneider Electric, Moeller, 
Festo, Bürkert, Pepperl & Fuchs...) 
ƒ Chuyên dùng cho ghép nối bộ ₫iều khiển trực tiếp 
với các thiết bị logic (rơ-le ₫óng cắt, van on/off, 
cảm biến chuyển mạch bằng một ₫ường cáp duy 
nhất
ƒ Chuẩn EN 50295, IEC 62026-2
ƒ Hiệp hội ASI International Association hỗ trợ phát 
triển và ứng dụng
46.4 AS-Interface © 2006 - HMS
56.4 AS-Interface © 2006 - HMS
Yêu cầu & ₫ặc ₫iểm chung
ƒ Yêu cầu lưu lượng dữ liệu thấp, tính thời gian thực 
ngặt nghèo
ƒ Đơn giản, tiện dụng, giá cả hợp lý
ƒ Khả năng ₫ồng tải nguồn cho toàn bộ các cảm biến 
và một phần lớn các cơ cấu chấp hành.
ƒ Bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng 
không ₫òi hỏi cao về chất lượng ₫ường truyền
ƒ Cấu trúc mạng tương ₫ối linh hoạt: ₫ường thẳng, 
cây, hình sao
66.4 AS-Interface © 2006 - HMS
CPUPS
C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh
Vμo/ ra ph©n t¸n
CPUPS CPUPS
PLC
PLC víi giao 
diÖn bus tr−êng
PLC víi giao 
diÖn AS-i
a) Nèi ®iÓm-®iÓm cæ ®iÓn b) Bus tr−êng víi vμo/ra 
ph©n t¸n
c) AS-Interface
ƒ Thực tế của phương pháp nối dây truyền 
thống: 36% mọi sự cố nhà máy, máy móc là
do lỗi lắp ₫ặt, ₫i dây (số liệu 1997, TU 
München)
ƒ ASI giúp tiết kiệm tới 25% chi phí cáp truyền 
và 30% chi phí tổng thể
76.4 AS-Interface © 2006 - HMS
2. Kiến trúc giao thức
ƒ Đặc ₫iểm hạn chế ở việc trao ₫ổi dữ liệu thuần 
túy và lượng dữ liệu trao ₫ổi rất nhỏ. 
ƒ Toàn bộ việc xử lý giao thức ₫ược gói gọn chỉ
trong lớp 1 (lớp vật lý) theo mô hình OSI.
ƒ Phương pháp mã hóa bit hoàn toàn mới ₫ể thích 
hợp với ₫ường truyền 2 dây ₫ồng tải nguồn và
không dựa vào chuẩn truyền dẫn RS-485 thông 
dụng ở các hệ thống bus khác.
ƒ Chức năng ₫iều khiển truy nhập bus và bảo toàn 
dữ liệu cũng ₫ược thực hiện ở lớp 1. 
ƒ Phương pháp ₫iều khiển truy nhập bus chủ/tớ
thuần túy ₫ể
86.4 AS-Interface © 2006 - HMS
3. Cấu trúc mạng & cáp truyền 
ƒ Cấu trúc ₫ường thẳng, cây, hình sao
ƒ Không yêu cầu trở ₫ầu cuối
ƒ Chiều dài tổng cộng của cáp truyền cho phép tối 
₫a là 100 mét. 
ƒ Số trạm tớ tối ₫a trong một mạng là 31, tương 
ứng với tối ₫a 124 thiết bị (mỗi trạm tớ ghép nối 
₫ược tối ₫a 4 thiết bị). 
ƒ Version 2: Tối ₫a 64 trạm/mạng
ƒ Tốc ₫ộ truyền 167 kbit/s, tương ₫ương với thời 
gian bit là 6 μs.
96.4 AS-Interface © 2006 - HMS
 AS-i Master
(PC, PLC, 
CNC,. ..)
Bé nèi 
tÝch cùc
S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A
Nguån
DC
Bé chia
C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh lμ AS-i Slave
AS-i Slave
C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh th«ng th−êng
106.4 AS-Interface © 2006 - HMS
4. Cơ chế giao tiếp
ƒ Chủ-tớ, phương pháp hỏi ₫áp tuần tự (polling), tuần 
hoàn
ƒ Chủ yếu là dữ liệu logic (tối ₫a 4 bit dữ liệu vào/ra 
trong một bức ₫iện)
ƒ Thời gian một chu kỳ bus tối ₫a ₫ược ₫ảm bảo không 
lớn hơn 5 ms (với 31 trạm tớ)
ƒ Version 2.0: Cho phép truyền dữ liệu tương tự (7 chu 
kỳ bus x 5 = 35 giây)
ƒ Trạm chủ cũng có thể gửi kèm các thông báo khác mà
không gây ảnh hưởng ₫áng kể tới thời gian chu kỳ bus. 
(9 loại thông báo có hai loại phục vụ truyền dữ liệu và
tham số, hai loại dùng ₫ể ₫ặt ₫ịa chỉ trạm tớ, năm loại 
₫ược sử dụng ₫ể nhận dạng và xác ₫ịnh trạng thái các 
trạm tớ). 
116.4 AS-Interface © 2006 - HMS
5. Cấu trúc bức ₫iện
126.4 AS-Interface © 2006 - HMS
136.4 AS-Interface © 2006 - HMS
6. Mã hóa bit
ƒ APM (Alternate Pulse Modulation): kết hợp giữa 
AFP và mã Manchester 
146.4 AS-Interface © 2006 - HMS
0 0 01
0 0 01
D·y bit göi ®i
M· Manchester
Dßng ph¸t
60mA
TÝn hiÖu ®iÖn ¸p trªn 
®−êng truyÒn 
Xung ©m ®−îc 
ph¸t hiÖn 
Xung d−¬ng 
®−îc ph¸t hiÖn 
D·y bit ®−îc 
t¸i t¹o 
+2V
-2V
Bªn göi
Bªn nhËn 
156.4 AS-Interface © 2006 - HMS
7. Bảo toàn dữ liệu
ƒ Lớp 1 chịu trách nhiệm hoàn toàn trong việc kiểm 
tra lỗi, dựa vào bit chẵn/lẻ kết hợp với phương 
pháp mã hóa bit hợp lý. 
ƒ Trong một chu kỳ bit (6 μs) tín hiệu trên ₫ường 
truyền ₫ược bộ thu lấy mẫu 16 lần => Nhận biết 
dạng tín hiệu theo mã APM
ƒ Mỗi bức ₫iện ₫ều có chiều dài cố ₫ịnh, có bit ₫ầu, 
bit cuối, ngăn cách bằng một thời gian nghỉ
ƒ Kiểm tra bằng một bit chẵn lẻ.
ƒ Tỉ lệ lỗi còn lại rất thấp. Ví dụ, tỉ lệ bit lỗi là
0.0012 (tức khoảng 200 lỗi/s) thì TMTBF các bức 
₫iện trạm chủ lớn hơn 10 năm.
166.4 AS-Interface © 2006 - HMS
ƒ Ví dụ với 31 trạm tớ, trong trường hợp truyền 
không có lỗi thì trong một chu kỳ bus có 33 bức 
₫iện kể cả 2 bức ₫iện thông báo tham số ₫ược trao 
₫ổi
Thời gian chu kỳ bus sẽ là:
33 x 25 bit x 6μs/bit = 4.95 ms
ƒ Nếu xuất hiện trung bình một bức ₫iện bị lỗi và
phải gửi lại trong mỗi chu kỳ (khoảng 200 lỗi trong 
một giây), chu kỳ bit sẽ kéo dài:
34 x 25 bit x 6μs/bit = 5.1 ms
ƒ Trong trường hợp mười bức ₫iện bị lỗi phải gửi lại 
trong một chu kỳ, thời gian chu kỳ bus sẽ là:
43 x 25 bit x 6μs/bit = 6.45 ms