ASI 总线技术在加工中心的应用

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0 引言
ASI 是一种能够满足工业自动化集成需要的智能接线系统。它作为Field Bus 的监控网络系统，可以实现主站（控制器）与从站（传感器/执行器）之间双向交换信息。传感器和执行器仅通过单电缆的方式即可快速连接到控制器，同时确保各个从站的数据传输和电源供给。AS-Interface 是开放式系统，能确保市场上各种不同产品之间的互换性和互用性。由于该技术的便利性和节省成本的高性价比，在大型精密加工设备中均有应用。
1 ASI 系统
1.1 ASI 概述
ASI （Actuator 执行器—Sensor 传感器—Interface 接口，即AS-Interface）采用主从站的方式，使传感器和执行器通过单电缆的方式快速连接到可编程控制器，以确保数据和电源都传输到传感器。ASI 主站可以作为现场总线的一个节点服务器，在它的下面又连接一批ASI 从站。
ASI 总线主要应用：①开关量特征的传感器和执行器系统，传感器可以是各种接近开关或温度、压力、流量、液位开关；执行器包括各种开关阀门，电气转换器以及声、光报警器，继电器、接触器、按钮（如 EMG）等低压开关电器。②模拟量设备。模拟信号的传输要占据多个传输周期。连接主站和从站的两芯电缆上除传输信号外，同时还提供工作电源。
1.2 ASI 的优点
（1）简单。AS-I 智能接线系统很简单，使用单根电缆连接自动化系统中所有的传感器。管理集成在产品中的通信。
（2）降低成本。减少的设计、安装、设置和执行的时间；更加紧凑的产品的使用，节省了控制柜内的空间，同时由于大多数的功能可以远程放置在设备上，中间配电箱也不再需要；取消了控制电缆的敷设，减少了所需电缆管道的数量。
基于上述原因，最多可以降低 40%的成本。安全性高：AS-I提高了机器的可靠性、工作的有效性和安全性。使接线错误不再可能发生。没有电气连接故障的风险。对电磁干扰具有高的抗扰性。机器的安全功能可以完全与 AS-“I 安全运行”的理念集成在一起。
1.3 ASI 系统的主从站结构与供电
master     这是系统的中央元件，它的功能是管理分布在安装现场的接口和元件（也称为从站）的数据交换。它可以接受最大 31 个 V1 接口和从站（最大轮循时间为 5 ms）和 62 个 V2.1 的接口和从站（最大轮循时间为 10 ms），这意味这在短短的
10 ms 内就可以询问多达 62 个从站。
电源模块向 ASI 网络中的接口和从站提供直流电压 DC（29.5～31.6）V，具有低电压保护和可靠的短路过载保护功能。并确保了与通信数据的分离，只有这样的电源装置才可以连接到 ASI 网络。由于在 ASI 电缆中的电流受到限制，有时也需要单独使用标准 24 V 供电装置直接或通过接口输出向某些电路供电，特别是执行器。在这种情况下，可以使用双电源：ASI 电源和直流 24 V 电源。带状电缆：有黄色电缆和黑色电缆两种。黄色电缆，连接到 ASI 电源，执行 2 个功能：①在主机、专用元件、接口和安全产品之间进行数据传输。②向传感器供电。黑色电缆，连接到 DC 24 V 的辅助电源，为执行器提供电源，但是在某些接口和从站上，也为传感器（隔离输入）提供电源。这些电缆的特殊机械剖面几何形状使极性接反不可能发生。所以使用材料也使其能够通过绝缘刺破连接器快速且可靠地连接到不同的从站元件、接口和附件。当产品被移走时，例如当需要更改接线时，由于它的自密封护套，电缆将恢复初始的形态。这些电缆既可以用在柜内，也可以安装在机器上。最大的工作电流为 8 A。
1.4 AS“I 安全运行”监视器
ASI 用于传感器和执行器智能接线系统已经发生着变化。标准的过程信息和有关安全的信息现在可以通过同一条电缆进行传输。管理安全功能的能力提高到 EN-954-1 标准的第 4 级， AS“I Safety at work（安全运行）”系统可以满足绝大多数公共安全的需要，比如：利用瞬时断开触点监视紧急停机（停机类别
0），利用延时断开触点监视紧急停机（停机类别 1），监视带有或不带有联锁的开关，监视光幕，等等。
与选定安全功能（如启动按钮监视）有关的选项参数可以对所有预定的、认证的功能进行设置。通过增加一个安全监视器和安全接口与其他标准ASI 部件一起连接到黄色电缆上，使安全集成到ASI 智能接线系统中安全信息仅在安全监视器和安全接口之间进行交换。这对其他ASI 部件是透明的，基于这个原理，已经安装的ASI     智能接线系统可以对安全功能进行升级而不必更换已有的部件（主站、输入/输出接口、电源等）。通过标准智能接线系统主站经由黄色电缆与安全监视器进行通信可很容易地诊断安全电路，而不需要额外接线。
2 ASI 案例
2.1 报警信息
某加工中心在加工过程中出现报警 alarm：A1055 ASI-2 Configuration mismatch，检查该报警的 PLC 程序，发现 X216.7 输入信号状态变化，会引起该报警的触发，如图 1 所示。

图片.png
图 1   A1055 报警PLC 程序

在加工中心控制电源通电后，ASI-2 号主站模块启动，自检正常后，向 PLC 输入 READY 信号，即 X216.7 信号为 1。这个自检过程，是主站对本身和所配置的从站进行全部自检的过程。该加工中心有 2 个主站 ASI-1master 和 ASI-2master。ASI-1 号主站的 READY 输入信号是 X16.7（=1）。而主站 ASI-2 的 READY 信号为 X216.7。在最初故障发生的时间段里，由于故障现象不明显，操作人员可以很容易的清除报警，并且在主站上也没有报警指示，但是 FANUC 数控系统出现 A1055 的报警会导致各个轴使能中断，加工停止。通过对 X216.7 信号进行跟踪，发现了 X216.7 信号瞬间从 1 变化为 0，又重新变为 1。这样一个变化过程引发 A1055 号报警，并可以很快复位该报警的过程。
2.2   替换主站
为排除主站自身硬件故障这一因素，更换了 ASI-2 号主站。更换后，系统并不识别该硬件，需要对新主站硬件进行配置。配置主站方法如下：关闭机床电源，将原主站上的电源线、ASI 总线等线缆连接到新的 ASI 主站模块上（图 2），接通电源，POW，RDY 绿色指示灯亮起。同时AUP 红色指示灯亮起。此时

图 2   ASI 主站模块

将主站上的复位开关（set）一直扳向左边，直到下方的 2 个数码管（X10 和 X1）均显示 8 后（清除内存，复位主站），再向右边拨动，直到出现自检数据后，松开开关，此时主站自动检测从站地址，并依次在数码管上显示已连接的从站地址。完成后，AUP 红色指示灯熄灭，主站配置完成。
2.3   PLC 程序中加入时间继电器
主站更换并配置完成后，故障报警仍有出现，从而可以排除主站模块自身硬件的故障。为了更进一步研究，更改 PLC 程序，添加时间继电器，排除瞬间信号丢失造成的干扰。修改 PLC 程序，加入时间继电器 TMER（R 带复位功能），如图 3 所示。其中，24 是 SUB 时间继电器功能子块的编号；101 是程序中未使用并自定义的时间继电器编号；10 000 单位为 ms，10000×0.001=10s，相当于计时 10 s 输出。若 X216.7 变为 0 时，计时器启动，若在 10 s 内，2 号主站 READY 信号再次出现，即X216.7 变为 1 时，计时器停止计时并复位，A5.5 不会被触发，可以阻止总线报警的生成。超过 10 s 后，计时器输出信号，触发 A5.5 报警信号。

图片.png

图 3 加入时间继电器的PLC 程序

2.4 确定故障从站
故障从站的确认。由于时间继电器的加入，使得报警一旦出现，会更加明显，且便于监控和捕捉。当机床再次出现报警时，记录主站状态。观察发现主站 2 显示出了报警的从站地址，数码管（X10）显示为 0，数码管（X1）显示为 3。即十位数字为 0，个位数字为 3，故障指向了 03 号从站，LED2 闪烁报错。该从站属于主轴功能区。
更换 03 号从站（AC2504），将原模块更换后，自检主站，此时出现报警，主站错误指示灯亮起，后发现新从站并未写入地址，需要在加工中心的配置界面中，对从站进行地址配置，将原00 号地址，配置为 03 号地址，从站配置地址后，主站自检通过。经过一段时间的试验运行，故障再未出现。
3 结语
ASI 是一种得到AS 国际协会支持的开放式工业标准。以前PLC和传感器/执行器之间的布线系统可以被更加节省成本的ASI 智能接线系统替代。今天 ASI 已被广泛用于许多工业领域场合，如装配机器、输送设备、机械加工等。
公司进口的大型数控设备都用到ASI 技术，在以前的维修、维护中，对其工作过程以及原理不了解，并不能熟练掌握该技术。通过此次研究，为今后相关故障的解决，提供了帮助。

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