كيف يتم بناء بنية الأتمتة باستخدام أنظمة AS-Interface؟ وما هي فوائدها؟

لدى الصناعة الحديثة مجموعة متنوعة من المتطلبات لأنظمة الأتمتة، ودائمًا ما تكون التوقعات هي تحقيق العمليات المطلوبة بأفضل نسبة أداء إلى التكلفة.

يوفر نظام AS-Interface أو ما يُعرف اختصارًا بـ AS-i هذا تمامًا. فالفكرة ليست تطوير ناقل ميداني شامل لجميع مستويات الأتمتة، بل تصميم نظام اقتصادي على مستوى الحقل يربط المستشعرات والمشغلات الثنائية بسهولة وموثوقية وتكلفة منخفضة، ويربطها بمستويات التحكم العليا.

تقليديًا، كانت المستشعرات والمشغلات تُربط بوحدات PLC أو وحدات التحكم الأخرى من خلال كابلات منفصلة وتوصيلات كابلية. ولكن في التسعينيات، قدم نظام واجهة المشغل-المستشعر، المعروف أيضًا باسم AS-Interface أو AS-i، بديلاً موثوقًا وفعالًا من حيث التكلفة للمستخدمين والمُدمجين، بدلًا من الأساليب التقليدية المرهقة والمكلفة للتوصيل المتوازي.

تسمح طوبولوجيا الشبكة القابلة للاختيار بحرية بتبسيط وتسهيل تركيب وتكوين شبكة AS-Interface. تؤدي حساسية الأنظمة الأخرى للأخطاء غالبًا إلى تأخيرات أثناء التركيب، لذلك كان أحد أعلى أولويات تصميم نظام AS-Interface هو تقليل مصادر الخطأ المحتملة. استخدام الكابل المسطح غير المتماثل مع الحماية من الانعكاس القطبي هو مجرد أحد هذه التدابير.

AS-Interface هو ناقل بيانات من نوع master-slave يتحكم فيه جهاز master واحد بما يصل إلى 62 محطة (slave). يعمل في أدنى مستوى من تسلسل fieldbus الهرمي، ولكنه يمكن أن يتصل بشبكات ذات مستوى أعلى مثل DeviceNet أو EtherNet/IP أو PROFIBUS من خلال وحدة بوابة AS-i master/gateway (المعروفة ببساطة أحيانًا بـ AS-i gateway).

لاحظ أن وحدات AS-i master متوفرة أيضًا للتطبيقات التي لا تتطلب وظائف البوابة. ويمكن ربط وحدات AS-i master بسهولة بوحدات التحكم من المستوى الأعلى مثل PLC أو أنظمة التحكم القائمة على الحاسوب أو أنظمة التحكم الموزعة (DCS).

يوفر نظام AS-Interface أيضًا وظائف أمان تُعرف باسم "AS-i Safety at Work". من خلال إضافة وحدة مراقبة الأمان، يمكن للشبكة إدارة أجهزة الأمان مثل مفاتيح التوقف الطارئ، والحواجز الضوئية، وأقفال الأبواب وفقًا لمعايير الأمان SIL3/PLe.

تشمل الفوائد الأساسية لـ AS-Interface بساطته، وتكلفته المنخفضة، وسرعته العالية. عند استخدام نظام العنونة الموسعة، يمكن لـ master واحد التحكم في ما يصل إلى 62 وحدة slave. وكل وحدة slave يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 8 مدخلات و8 مخارج، بإجمالي 496 إدخال و496 إخراج. في نظام العنونة القياسي مع 31 وحدة متصلة، فإن زمن الاستجابة الأقصى لكل نقطة I/O هو 5 مللي ثانية، بينما في العنونة الموسعة يبلغ زمن الاستجابة الأقصى 20 مللي ثانية لكل نقطة I/O (مع 8 I/O لكل وحدة). يتميز AS-i أيضًا بأنه حتمي بطبيعته ويمكن التنبؤ به، لذا فإن وقت الاستجابة يكون موثوقًا.

على الرغم من أن AS-Interface تم تطويره في البداية من قبل مجموعة مكونة من 11 شركة مصنعة لأجهزة الاستشعار والمشغلات وأنظمة التحكم، إلا أنه أصبح معيارًا مفتوحًا ومستقلًا عن البائعين، ويدعمه معيار IEC 62026-2 ورابطة AS-Interface.

سهل وآمن – تقنية الثقب (Piercing Technology)

يُسهل تركيب AS-Interface بفضل تقنية التركيب الخاصة المعروفة بتقنية الثقب أو أحيانًا "انقر وانطلق". تعتمد هذه التقنية على استخدام كابل مسطح أصفر نموذجي يحتوي على موصلين ومزود بحماية ميكانيكية ضد الانعكاس القطبي. أثناء التركيب، تخترق دبابيس الجهاز موصلات الكابل لتوفير اتصال كهربائي آمن. تقدم هذه التقنية العديد من المزايا، حتى لو لم تكن الأسهل دائمًا:

• توصيل مباشر وسهل للمستشعرات/المشغلات أو الوحدات
• حماية من الانعكاس القطبي
• البيانات والطاقة عبر كابل واحد
• تقنية الثقب:
• أسهل تقنية توصيل
• اتصال آمن
• تصنيف حماية IP67
• لا حاجة لقطع أو تجريد الكابلات
• يمكن تركيبه في أي موضع
• بفضل خاصية "الشفاء الذاتي" لبعض أنواع الكابلات، يمكن فصلها وإعادة توصيلها بدون مشاكل

بيانات نظام AS-i:

• مبدأ الاستطلاع (Polling principle)
• لا توجد حدود هيكلية
• نقل البيانات والطاقة عبر كابل ثنائي الموصل فقط
• مقاوم للتشويش
• الوسط: كابل غير محمي 2 × 1.5 ملم²
• إشارات وبيانات وطاقة حتى 8 أمبير
• عادةً 4 مدخلات + 4 مخارج لكل جهاز، ويمكن تشكيل مجموعات من 1 إلى 16 مدخل/مخرج
• تصنيف حماية IP67 للاستخدام الصناعي القاسي والأغلفة
• تقنية الثقب
• طول القطاع 100 متر، يمكن تمديد الشبكة حتى 300 متر باستخدام المكررات. يمكن استخدام المقاومات النهائية لإطالة القطاع، وهناك حلول متعددة متوفرة في السوق
• كشف ومنع فعال جدًا لأخطاء الاتصال
• بدء تشغيل سهل
• تهيئة العناوين الإلكترونية عبر اتصال الناقل
• توافق رجعي كامل

مزايا AS-i:

• مفهوم كابلات اقتصادي لمستوى الحقل الأدنى في البيئات الصناعية القاسية
• قابل للربط بجميع أنظمة ناقل البيانات الميدانية الشائعة عبر البوابات أو الموصلات أو المحولات
• حرية اختيار طوبولوجيا الشبكة
• تركيب سهل ومنخفض التكلفة، وانخفاض تكاليف التوصيل
• تركيب شبه خالٍ من الأخطاء بفضل استخدام كابل AS-Interface المسطح غير المتماثل
• توفر مساحة إضافية في العلب بفضل إزالة كابلات التوصيل التقليدية
• سهل التكوين
• تشخيص سهل
• نظام معياري