AS-Interface
AS-i 5 in den Startlöchern
Der Standard ASi-3 stößt bei einigen Anwendungen inzwischen an seine Grenzen – Zeit für eine 'Neuauflage' der Kommunikation via Flachkabel. Diese macht als ASi-5 unter anderem auch IO-Link netzwerkfähig.
Das AS-Interface-System (ASi) ist eine einfache und kostengünstige Verdrahtungstechnik für Sensoren und Aktoren. Sie erlaubt die Stromversorgung und die Datenkommunikation durch ein einziges Flachkabel per Piercing-Technik. Mit mehr als 300 Mitgliedsfirmen ist ASi ein weltweit verbreiteter Standard mit knapp 40 Millionen Endgeräten in realisierten Applikationen. Basierend auf einem bidirektionalen Datenaustausch mit 4 Bit ermöglicht ASi auch die sichere und analoge Datenübertragung.
Das heutige ASi-System kommuniziert nach dem Master-Slave-Prinzip und besteht immer aus einem Master und mehreren angeschlossenen Teilnehmern sowie einer Spannungsversorgung. Besonders in Logistik-Applikationen wird ASi häufig eingesetzt. Teilgewerke lassen sich durch ASi einfach, flexibel und ortsunabhängig mit einbinden. Bei Applikationen im Maschinenbau punkten vor allem der einheitliche Installationsstandard und die einfache Integration in alle gängigen Steuerungen.
Aber: Heutige Steuerungen sind sehr leistungsfähig, sodass der Standard ASi-3 bei einigen Anwendungen inzwischen an Grenzen stößt. Neben den 4-Bit-Prozessdaten pro Slave ist auch die Zykluszeit von 10 ms bei 62 Teilnehmern eine Einschränkung. Bisher bot ASi 1 Bit pro Modul als Diagnoserückmeldung. Pepperl+Fuchs bietet zwar am Modul selbst eine patentierte kanalbezogene Diagnose-Anzeige, aber ASi-3 kann dies nicht in die Steuerung bringen. Eine Weiterentwicklung war nötig.
ASi-5 und Industrie 4.0
Mit ASi-5 lassen sich mehr Daten übertragen, mehr Teilnehmer anschließen und eine punktgenaue Diagnose erzielen. Im Detail heißt das: Mit Zeit- und Frequenzmultiplexing können bei ASi-5 32 Byte Prozessdaten pro Slave in nur einem Zyklus übertragen werden. ASi-5 überträgt 16 digitale Eingänge und 16 digitale Ausgänge bei einer auf 24 reduzierten Slave-Anzahl in lediglich 1,2 ms. Auch ASi-5 ist zeitlich streng deterministisch ausgelegt. In einer Anwendung mit mehr als 24 Teilnehmern lassen sich trotzdem dezidierte Ein- und Ausgänge auf 1,2 ms priorisieren.
Diese neuen Eigenschaften ermöglichen es, Applikationen zu realisieren, die eine sehr kurze Reaktionszeit erfordern oder eine größere Menge an Daten benötigen. Sind in einer Anwendung sehr viele IOs konzentriert, lassen sich diese effizient an einem Ort einsammeln. ASi-5 erlaubt eine kontinuierliche Überwachung der Übertragungsqualität sowie eine schnelle und detaillierte Diagnose.
Auch die Adressierung der ASi-5-Teilnehmer ist moderner geworden: Mit einer Smartphone-App lassen sich zusammen mit dem ASi-5-Adresser Adressen oder Parameter von ASi-5-Geräten sehr einfach setzen, eine Doppeladressierung ist ausgeschlossen. Auch der gesamte Strang kann angeschaut und das Gerät als Diagnosetool verwendet werden.
Die IO-Link-Einbindung
IO-Link zeigt in den letzten Jahren hohe Wachstumsraten und wird pro Jahr millionenfach in Neuinstallationen eingesetzt, wie die Notarstatistik der IO-Link-Community belegt. Die Technologie ist weltweit verfügbar, hersteller-, feldbus- und netzwerkunabhängig. Mit der Nutzung der bestehenden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sowie der 3-Draht-Standardverkabelung steht eine preisgünstige, abwärtskompatible Schnittstelle für binäre, analoge und komplexe Sensoren und Aktoren zur Verfügung.
Die ASi-Systemübersicht zeigt schematisch die einfache und topologiefreie Verdrahtung im Schaltschrank und im Feld.
© Pepperl+FuchsDamit können im laufenden Betrieb neben Statusinformationen sowohl zusätzliche Diagnosedaten übertragen als auch die Parameter von Endgeräten angepasst werden. Außerdem ermöglicht IO-Link über sogenannte IO-Sensor-Hubs das Einsammeln von vielen IOs auf engem Raum, wie sie etwa bei Ventil-Inseln oder im Maschinenbau oft zu finden sind. An die IO-Link-Master von Pepperl+Fuchs etwa lassen sich im Mischbetrieb IO-Link-Geräte und Standard-IOs anbinden. Die Multiprotokollfunktion macht die Integration in die Feldbus-Ebene flexibel. Nach der applikationsspezifischen Parametrierung lassen sich IO-Link-Endgeräte wie Standard-Komponenten anschließen.
Aber: Trotz aller Stärken fehlte IO-Link als Punkt-zu-Punkt-Kommunikation die direkte Netzwerk-Fähigkeit. Diese lässt sich durch die Integration der IO-Link-Masterfunktion in Feldbus- oder ASi-Module erreichen.
Beim direkten Anschluss von Standard-Sensoren und intelligenten IO-Link-Sensoren an Feldbus-Module ist es in der Regel erforderlich, pro acht Ports eine IP-Adresse zu vergeben – mit dem damit verbundenen Aufwand für die Integration in die Steuerung. Bereits mit ASi-3 sind rund 1000 IOs über nur eine IP-Adresse übertragbar, ASi-5 erweitert dies deutlich. Systemerweiterungen können ohne zusätzliche IP-Adresse im festgelegten Datenformat durchgeführt werden.
Zudem bieten ASi-Module gegenüber Feldbus-Modulen Vorteile bei der Granularität und bei den Kosten: In der Regel mit nur vier Ports versehen sind sie preisgünstiger und können nah an den Geräten installiert werden, was auch die Verkabelung bei dezentralen IOs vereinfacht. ASi ist als Gateway-Protokoll unabhängig von der Steuerung einsatzfähig.
Die ASi-5-Technologie wird künftig die Integration von IO-Link mit voller 32-Byte-Kanalbreite ermöglichen und so frühere Beschränkungen bei ASi-3 überwinden. Damit wird IO-Link mit allen Vorteilen von AS-Interface unmittelbar netzwerkfähig. Diese durchgängige Digitalisierung vom Sensor bis in die Cloud ist Basis für Industrie-4.0- und IoT-Konzepte.
ASi-3 bleibt verfügbar
ASi-5 ersetzt nicht einfach ASi-3. ASi-5 kann parallel auf demselben Flachkabel laufen und dann Vorteile bringen, wenn viele Daten, eine IO-Link-Anbindung oder extrem kurze Zykluszeiten gefordert sind. Das ASi-3-Produktsortiment wird weiterentwickelt und parallel bestehen bleiben. Granulare Lösungen für zwei, vier oder acht Standard-IOs werden auch künftig am kostengünstigsten mit ASi-3 zu realisieren sein.
Auch wenn ASi-5 auf demselben Flachkabel läuft, ist es doch eine komplett neue Technologie. Der nächste Schritt ist die Qualifizierung für den industriellen Einsatz. Das System wird industriell ‚gehärtet‘, parallel werden Produkte entstehen. Die ASi-5-Spezifikation wird allen ASi-Mitgliedern ab Ende 2019 für Eigenentwicklungen zur Verfügung stehen. Der Übergang von ASi-3 zu ASi-5 lässt sich gut mit dem Systemwechsel von Profibus auf Profinet vergleichen. Dies hat bis heute einen Zeitraum von mehr als zehn Jahren umfasst – und obwohl der Wachstumstrend von Profinet sehr stark ist, gibt es noch immer viele Profibus-Installationen. ASi hat bei diesem Vergleich den Vorteil, dass die Kommunikation auf demselben Flachkabel möglich ist, sodass keine harte Entscheidung zwischen ASi-3 und ASi-5 nötig ist. Folglich ist von einer sehr langen Koexistenz auszugehen. Wo ASi-3 technisch ausreichend ist, werden die Kostenvorteile von ASi-3 überwiegen, wo die größere Performance von ASi-5 für die Applikation nötig ist, gibt es bald eine gute Ergänzungsoption.
Mit ASi-5 lassen sich die Marktstandards IO-Link, AS-Interface und Ethernet kombinieren. Der Anwender ist flexibel, über ein ASi-3-Ultrakompaktmodul ein-zelne Sensorsignale einzusammeln, über ein ASi-5-Modul mit IO-Link-Master IO-Link-Endgeräte netzwerkfähig zu machen und mehrere sichere IOs in Kombination mit Standard-IOs einfach über ein Anschaltmodul zu verbinden. Darüber hinaus bietet der separate Diagnosekanal ein transparentes Abbild der Gesamtanlage und erlaubt dank IO-Link ‚Durchblick‘ bis in die Sensorebene.
Die Kombination mit Ethernet-Feldbus-Modulen mit Multiprotokoll und integriertem IO-Link-Master runden die Lösungsoptionen für Anwendungen ab. Diese Lösungen sind dank Multiprotokoll unabhängig von der Steuerung und erleichtern eine Standardisierung von Industrie-4.0-Konzepten.
Autor:
Dr. Konrad Kern ist Leiter Produktmanagement bei Pepperl+Fuchs in Mannheim.
Das Gemeinschaftsprojekt
Die ASi-5-Technologie wurde in einem Gemeinschaftsprojekt von insgesamt sieben Firmen entwickelt. Dieser Prozess wurde im November 2018 offiziell abgeschlossen. Ende 2019 soll die Technologie allen AS-i-Mitgliedern zum Start von Entwicklungen zur Verfügung stehen, derzeit wird sie industriell gehärtet und erprobt. Die Serienverfügbarkeit des neuen ASi-5-Chips in Massenproduktion ist für Mitte 2019 geplant. Somit wird die Markteinführung von seriös erprobten Produkten sowie die Integration von IO-Link in das ASi-5-System noch einige Zeit dauern, der Markt wird vorbereitet. Kundenspezifische Projekte können allerdings bereits jetzt angegangen werden. Die Multiprotokollfähigkeit in die Steuerungsebene wird auch für ASi-5 eine wichtige Eigenschaft sein, um die Standardisierung zu erleichtern.
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