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ASI 系統在吹瓶機上的應用
  瀏覽次數:8482  發布時間:2022年05月09日 15:19:17
[導讀] 傳統的旋轉式吹瓶機具有結構復雜、電氣元器件多 、布線冗長等特征。 在新時代的不斷進步,工業4.0的不斷推廣,及人工智能的不斷發展下,與時俱進,優化產品結構,減少布線、提高市場競爭力顯得尤為重要,達意隆新型五代吹瓶機的使用了ASI 總線系統就很好的解決了這些難題。
 凌思思

傳統的旋轉式吹瓶機具有結構復雜、電氣元器件多 、布線冗長等特征。 在新時代的不斷進步,工業4.0的不斷推廣,及人工智能的不斷發展下,與時俱進,優化產品結構,減少布線、提高市場競爭力顯得尤為重要,達意隆新型五代吹瓶機的使用了ASI 總線系統就很好的解決了這些難題。

一、什么是 ASI 總線系統
ASI(Actuator-Sensor-Interface) 是執行器-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/執行器(從站)之間雙向交換信息的總線網絡,它屬于現場總線(Fieldbus)下面底層的監控網絡系統。一個 ASI 總線系統通過它主站中的網關可以和多種現場總線(如 Profinet、Profibus、CANbus)相連接。

ASi 主站可以作為上層現場總線的一個節點服務器,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 總線主要運用于具有開關量特征的傳感器和執行器系統,傳感器可以是各種原理的位置接近開關以及溫度、壓力、流量、液位開關等。執行器可以是各種開關閥門,電/氣轉換器以及聲、光報警器,也可以是繼電器、接觸器、按鈕等低壓開關電器;安全型ASi總線模塊則主要運用于安全門開關,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圖來了解。

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圖 1.ASI 工作原理簡圖

1、ASI 總線功能
在 ASi 總線不同的應用下, 功能可靠包含下列內容,首先是通信數據的可靠性方面, ASi 總線在許多方面采取了抗干擾措施。在接收數據時,必須進行錯誤檢驗,此方法十分有效,出錯誤后信息可以重發。另外如系統部件出現故障時主站會很快檢測到故障信息,并自動與發生故障的從站切斷通信聯系,通知操作人員故障地址,以便及時進行維修。主站還具備網絡運行監視功能,在任何時刻用戶都能得到系統中所有從站當前運行狀態的完整資料。

2、ASI 總線傳輸速率
在 ASi 總線系統中,主站和從站之間采用了串行雙向數字通信方式。因為報文較短,如若在有一個主站和31個從站的系統中,ASI 的通信周期大約為 5ms,也就是說主站在5ms內就可以對31個從站輪流訪問一遍。

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。發射干擾和現場的場強輻射干擾都不應超過歐洲標準EN55011給出極限值,ASI 系統的抗干擾能力在IEC801文件中已有詳細的說明。大量的ASI系統測試數據表明,由于傳輸信號采用了正弦平方波,因此 ASI 系統的發射干擾保持在IEC的規定值以下。ASI系統對于靜態放電在26M-1GHz頻率范圍內的電磁高速瞬間干擾的抵抗能力可達到3級。在最壞的情況下,通信將出現故障,但系統具有檢測功能并可以對報文進行重發。因為是短信息,重發不會增加周期時間,只有在報文發生嚴重錯誤時,才會增加報文的周期長度。

ASI總線的傳輸系統是連接網絡系統中主站、從站、電源、控制器、傳感器 / 執行器的通路和橋梁。報文信號在傳輸系統中要經過多次的變換和恢復,并要抵抗各種外界的干擾以保證準確、快捷、可靠的信息交換,它是ASI總線系統中重要的組成部分。

二、ASI 總線系統在吹瓶機上的應用
基于ASI網絡系統的功能特點,選用帶安全功能的控制器作為ASI的主站,但同時它也作為整機控制系統中的一個從站與我們的CPU1500走Profibus通訊,我們把安全系統即安全門開關、急停開關與集成有ASI通訊功能的連接模塊相連接,把光電開關、接近開關、壓力傳感器、電磁閥、報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 進行實時通訊的,因此通過這一系列的主從關系及通訊關系,所有的 ASI 從站運行信息及故障信息都可以實時顯示在我們的觸摸屏 上。便于我們快速的了解和監控相關安全信息及檢測故障的排查。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CPU的控制邏輯中它僅僅是一個從站的作用。

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圖 2. 吹瓶機控制系統主從關系圖

1、ASI 控制器、電源及從站應用
通過圖3可以清晰的知道吹瓶機的大概結構,將ASI控制器(我們整個 CPU 控制系統中它是從站2)及ASI電源裝于吹瓶主電柜,有些檢測用的光電開關、行程開關、接近開關等有可能分布如下圖的加溫機、主機、理胚機及操作臺各部分,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行通訊及供電,ASI電源和與之相連的數據解耦電路,ASI電源可以提供 29.5-31.6VDC電壓,完全滿足國際電工委員會(IEC)對安全隔離低電壓的技術要求,最大可輸出2A電流,并具有可靠的短路過載保護。數據解耦電路由兩個50μH的電感和兩個39Ω 的電阻相互并聯組成,通過電感可以將傳輸信號的電流脈沖轉變為電壓脈沖,同時它還具有防止數據傳輸頻率信號經過電源而造成短路的作用,兩個電阻代表了網絡的邊界終端。為使電路信號噪聲最低,必須采用高對稱性的電路結構,兩個電容CE和兩個電感L應完全相等,接地點要可靠接地,若采用屏蔽電纜,屏蔽層也應接到地上。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電源進行供電。我們的設備中只有主機架上有這類輸出,故我們的應用是從主機架的小電箱的24V開關電源上接出一組24V電源線,圍繞著主機架上需要輔助供電的ASI通訊模塊走一圈。

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圖 3. 吹瓶機結構示意圖

此外,因為我們設備上的ASI從站較多,所以選用的是帶有雙ASI主站網絡通道的控制器,每一條 Asi 網絡可以連接31個全址,即我們的控制系統共可以掛62個ASI標準子站地址??偠灾?,ASI 的從站只要通過一條黃色的扁平電纜進行數據通訊,它的防護等級是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個點的DI或者DO,就是說原來這些傳感器本來要拉很長的線進柜子接PLC模塊的線,現在可以就近的接到這個ASI的從站上了,如果我的主機架到主電柜有十米的線,那現在我可能用一米或者更短的線就可以實在通訊了。


2、ASI 總線系統的接線優勢
如下圖所示,傳統的接線的話安全系統與信號系統分開。安全系統須獨立,選擇合適的安全繼電器,所有安全門開關須把線引到一個電箱里面串聯起來接到安全繼電器的輸入,這種走線冗長相對復雜,當安全系統處于非安全狀態時,安全繼電器輸出,切斷需要切斷的電機。各光電開關、接近開關、壓力傳感器、電磁閥、報警塔燈等信號線也要繞很長的線接到一個電箱里的PLC 模塊上進行信號的傳送。這種并行接線需要在線槽中放置很多電纜而且長時間的后期維護會導致線體凌亂。ASI系統可以把安全系統及信號系統集合到一個系統里面,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現了最短化,節省了電纜成本、簡化了后期維護時找線的時間及難度。

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圖 4

3、ASI 總線系統的操作及維護
(1)ASI控制器K30面板狀態有些指示燈,不同的指示燈亮有不同的含義,我們可以根據這些批示燈的閃亮情況,清晰的判斷控制器的運行狀態,如 Power:綠色常亮代表網關電源正常;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絡d. 再次按住 ESC/Service >3s;
需要注意的是替換過程必須嚴格按照順序進行:即替換模塊型號必須與原型號完全一致,且地址相同;僅需替換一個模塊時,可以將型號一致、地址為0的新模塊直接接入網絡,安全監視器會對其自動編址,超過1個必須預先手動編址。

(3)更換損壞的控制器
將損壞的控制器從網絡中斷開。
取出其中的存儲卡,并將其插入新的控制器卡槽中。
上電并通過按鍵設置。
綜上所述我們知道,ASI 系統的各信息都是可視化,硬件信息可監控且易于更換的。ASI在我們吹瓶機上的應用進一步穩定了我們達意隆吹瓶機的市場地位。