ASI總線技術在加工中心的應用

高 博

（哈爾濱東安發動機有限公司，黑龍江哈爾濱 150001）

0 引言

ASI是一種能夠滿足工業自動化集成需要的智能接線系統。它作為Field Bus的監控網絡系統，可以實現主站（控制器）與從站（傳感器/執行器）之間雙向交換信息。傳感器和執行器僅通過單電纜的方式即可快速連接到控制器，同時確保各個從站的數據傳輸和電源供給。AS-Interface是開放式系統，能確保市場上各種不同產品之間的互換性和互用性。由于該技術的便利性和節省成本的高性價比，在大型精密加工設備中均有應用。

1 ASI系統

1.1 ASI概述

ASI（Actuator執行器—Sensor傳感器—Interface接口，即AS-Interface）采用主從站的方式，使傳感器和執行器通過單電纜的方式快速連接到可編程控制器，以確保數據和電源都傳輸到傳感器。ASI主站可以作為現場總線的一個節點服務器，在它的下面又連接一批ASI從站。

ASI總線主要應用：①開關量特征的傳感器和執行器系統，傳感器可以是各種接近開關或溫度、壓力、流量、液位開關；執行器包括各種開關閥門，電氣轉換器以及聲、光報警器，繼電器、接觸器、按鈕（如EMG）等低壓開關電器。②模擬量設備。模擬信號的傳輸要占據多個傳輸周期。連接主站和從站的兩芯電纜上除傳輸信號外，同時還提供工作電源。

1.2 ASI的優點

（1）簡單。AS-I智能接線系統很簡單，使用單根電纜連接自動化系統中所有的傳感器。管理集成在產品中的通信。

（2）降低成本。減少的設計、安裝、設置和執行的時間；更加緊湊的產品的使用，節省了控制柜內的空間，同時由于大多數的功能可以遠程放置在設備上，中間配電箱也不再需要；取消了控制電纜的敷設，減少了所需電纜管道的數量。

基于上述原因，最多可以降低40%的成本。安全性高：AS-I提高了機器的可靠性、工作的有效性和安全性。使接線錯誤不再可能發生。沒有電氣連接故障的風險。對電磁干擾具有高的抗擾性。機器的安全功能可以完全與AS-I“安全運行”的理念集成在一起。

1.3 ASI系統的主從站結構與供電

master這是系統的中央元件，它的功能是管理分布在安裝現場的接口和元件（也稱為從站）的數據交換。它可以接受最大31個V1接口和從站（最大輪循時間為5 ms）和62個V2.1的接口和從站（最大輪循時間為10 ms），這意味這在短短的10 ms內就可以詢問多達62個從站。

電源模塊向ASI網絡中的接口和從站提供直流電壓DC（29.5～31.6）V，具有低電壓保護和可靠的短路過載保護功能。并確保了與通信數據的分離，只有這樣的電源裝置才可以連接到ASI網絡。由于在ASI電纜中的電流受到限制，有時也需要單獨使用標準24 V供電裝置直接或通過接口輸出向某些電路供電，特別是執行器。在這種情況下，可以使用雙電源：ASI電源和直流24 V電源。帶狀電纜：有黃色電纜和黑色電纜兩種。黃色電纜，連接到ASI電源，執行2個功能：①在主機、專用元件、接口和安全產品之間進行數據傳輸。②向傳感器供電。黑色電纜，連接到DC 24 V的輔助電源，為執行器提供電源，但是在某些接口和從站上，也為傳感器（隔離輸入）提供電源。這些電纜的特殊機械剖面幾何形狀使極性接反不可能發生。所以使用材料也使其能夠通過絕緣刺破連接器快速且可靠地連接到不同的從站元件、接口和附件。當產品被移走時，例如當需要更改接線時，由于它的自密封護套，電纜將恢復初始的形態。這些電纜既可以用在柜內，也可以安裝在機器上。最大的工作電流為8 A。

1.4 ASI“安全運行”監視器

ASI用于傳感器和執行器智能接線系統已經發生著變化。標準的過程信息和有關安全的信息現在可以通過同一條電纜進行傳輸。管理安全功能的能力提高到EN-954-1標準的第4級，ASI“Safety at work（安全運行）”系統可以滿足絕大多數公共安全的需要，比如：利用瞬時斷開觸點監視緊急停機（停機類別0），利用延時斷開觸點監視緊急停機（停機類別1），監視帶有或不帶有聯鎖的開關，監視光幕，等等。

與選定安全功能（如啟動按鈕監視）有關的選項參數可以對所有預定的、認證的功能進行設置。通過增加一個安全監視器和安全接口與其他標準ASI部件一起連接到黃色電纜上，使安全集成到ASI智能接線系統中安全信息僅在安全監視器和安全接口之間進行交換。這對其他ASI部件是透明的，基于這個原理，已經安裝的ASI智能接線系統可以對安全功能進行升級而不必更換已有的部件（主站、輸入/輸出接口、電源等）。通過標準智能接線系統主站經由黃色電纜與安全監視器進行通信可很容易地診斷安全電路，而不需要額外接線。

2 ASI案例

2.1 報警信息

某加工中心在加工過程中出現報警alarm：A1055 ASI-2 Configuration mismatch，檢查該報警的PLC程序，發現X216.7輸入信號狀態變化，會引起該報警的觸發，如圖1所示。

圖1 A1055報警PLC程序

在加工中心控制電源通電后，ASI-2號主站模塊啟動，自檢正常后，向PLC輸入READY信號，即X216.7信號為1。這個自檢過程，是主站對本身和所配置的從站進行全部自檢的過程。該加工中心有2個主站ASI-1master和ASI-2master。ASI-1號主站的READY輸入信號是X16.7（=1）。而主站ASI-2的READY信號為X216.7。在最初故障發生的時間段里，由于故障現象不明顯，操作人員可以很容易的清除報警，并且在主站上也沒有報警指示，但是FANUC數控系統出現A1055的報警會導致各個軸使能中斷，加工停止。通過對X216.7信號進行跟蹤，發現了X216.7信號瞬間從1變化為0，又重新變為1。這樣一個變化過程引發A1055號報警，并可以很快復位該報警的過程。

2.2 替換主站

為排除主站自身硬件故障這一因素，更換了ASI-2號主站。更換后，系統并不識別該硬件，需要對新主站硬件進行配置。配置主站方法如下：關閉機床電源，將原主站上的電源線、ASI總線等線纜連接到新的ASI主站模塊上（圖2），接通電源，POW，RDY綠色指示燈亮起。同時AUP紅色指示燈亮起。此時將主站上的復位開關（set）一直扳向左邊，直到下方的2個數碼管（X10和X1）均顯示8后（清除內存，復位主站），再向右邊撥動，直到出現自檢數據后，松開開關，此時主站自動檢測從站地址，并依次在數碼管上顯示已連接的從站地址。完成后，AUP紅色指示燈熄滅，主站配置完成。

圖2 ASI主站模塊

2.3 PLC程序中加入時間繼電器

主站更換并配置完成后，故障報警仍有出現，從而可以排除主站模塊自身硬件的故障。為了更進一步研究，更改PLC程序，添加時間繼電器，排除瞬間信號丟失造成的干擾。修改PLC程序，加入時間繼電器TMER（R帶復位功能），如圖3所示。其中，24是SUB時間繼電器功能子塊的編號；101是程序中未使用并自定義的時間繼電器編號；10 000單位為ms，10 000×0.001=10 s，相當于計時10 s輸出。若X216.7變為0時，計時器啟動，若在10 s內，2號主站READY信號再次出現，即X216.7變為1時，計時器停止計時并復位，A5.5不會被觸發，可以阻止總線報警的生成。超過10 s后，計時器輸出信號，觸發A5.5報警信號。

圖3 加入時間繼電器的PLC程序

2.4 確定故障從站

故障從站的確認。由于時間繼電器的加入，使得報警一旦出現，會更加明顯，且便于監控和捕捉。當機床再次出現報警時，記錄主站狀態。觀察發現主站2顯示出了報警的從站地址，數碼管（X10）顯示為0，數碼管（X1）顯示為3。即十位數字為0，個位數字為3，故障指向了03號從站，LED2閃爍報錯。該從站屬于主軸功能區。

更換03號從站（AC2504），將原模塊更換后，自檢主站，此時出現報警，主站錯誤指示燈亮起，后發現新從站并未寫入地址，需要在加工中心的配置界面中，對從站進行地址配置，將原00號地址，配置為03號地址，從站配置地址后，主站自檢通過。經過一段時間的試驗運行，故障再未出現。

3 結語

ASI是一種得到AS國際協會支持的開放式工業標準。以前PLC和傳感器/執行器之間的布線系統可以被更加節省成本的ASI智能接線系統替代。今天ASI已被廣泛用于許多工業領域場合，如裝配機器、輸送設備、機械加工等。

公司進口的大型數控設備都用到ASI技術，在以前的維修、維護中，對其工作過程以及原理不了解，并不能熟練掌握該技術。通過此次研究，為今后相關故障的解決，提供了幫助。