ASI 系统在吹瓶机上的应用

凌思思

传统的旋转式吹瓶机具有结构复杂、电气元器件多 、布线冗长等特征。在新时代的不断进步，工业4.0 的不断推广，及人工智能的不断发展下，与时俱进，优化产品结构，减少布线、提高市场竞争力显得尤为重要，达意隆新型五代吹瓶机的使用了ASI 总线系统就很好的解决了这些难题。

一、什么是ASI 总线系统

ASI（Actuator-Sensor-Int erface）是执行器-传感器-接口的英文缩写，它是一种用在控制器（主站）和传感器/执行器（从站）之间双向交换信息的总线网络，它属于现场总线（Fieldbus）下面底层的监控网络系统。一个ASI 总线系统通过它主站中的网关可以和多种现场总线（如Profinet、Profibus、CANbus）相连接。

ASi 主站可以作为上层现场总线的一个节点服务器，在它的下面又可以挂接一批ASi 从站，这些从站可以是安全型模块也可以是普通的IO 模块。普通的ASi 总线主要运用于具有开关量特征的传感器和执行器系统，传感器可以是各种原理的位置接近开关以及温度、压力、流量、液位开关等。执行器可以是各种开关阀门，电/气转换器以及声、光报警器，也可以是继电器、接触器、按钮等低压开关电器；安全型ASi 总线模块则主要运用于安全门开关，安全门锁，安全光栅，急停按钮等。具体我们可以通过以下工作原理简图来了解。

图1.ASI 工作原理简图

1、ASI 总线功能

在ASi 总线不同的应用下，功能可靠包含下列内容，首先是通信数据的可靠性方面，ASi 总线在许多方面采取了抗干扰措施。在接收数据时，必须进行错误检验，此方法十分有效，出错误后信息可以重发。另外如系统部件出现故障时主站会很快检测到故障信息，并自动与发生故障的从站切断通信联系，通知操作人员故障地址，以便及时进行维修。主站还具备网络运行监视功能，在任何时刻用户都能得到系统中所有从站当前运行状态的完整资料。

2、ASI 总线传输速率

在ASi 总线系统中，主站和从站之间采用了串行双向数字通信方式。因为报文较短，如若在有一个主站和31个从站的系统中，ASI 的通信周期大约为5ms，也就是说主站在5ms 内就可以对31 个从站轮流访问一遍。

3、传输故障特征

如果在非屏蔽电缆上进行高速ASI 传输通信，那么电磁兼容性（EMC）问题就非常重要了。发射干扰和现场的场强辐射干扰都不应超过欧洲标准EN55011 给出极限值，ASI 系统的抗干扰能力在IEC801 文件中已有详细的说明。大量的ASI 系统测试数据表明，由于传输信号采用了正弦平方波，因此ASI 系统的发射干扰保持在IEC 的规定值以下。ASI 系统对于静态放电在26M-1GHz 频率范围内的电磁高速瞬间干扰的抵抗能力可达到3 级。在最坏的情况下，通信将出现故障，但系统具有检测功能并可以对报文进行重发。因为是短信息，重发不会增加周期时间，只有在报文发生严重错误时，才会增加报文的周期长度。

ASI 总线的传输系统是连接网络系统中主站、从站、电源、控制器、传感器/执行器的通路和桥梁。报文信号在传输系统中要经过多次的变换和恢复，并要抵抗各种外界的干扰以保证准确、快捷、可靠的信息交换，它是ASI总线系统中重要的组成部分。

二、ASI 总线系统在吹瓶机上的应用

基于ASI 网络系统的功能特点，选用带安全功能的控制器作为ASI 的主站，但同时它也作为整机控制系统中的一个从站与我们的CPU1500 走Profibus 通讯，我们把安全系统即安全门开关、急停开关与集成有ASI 通讯功能的连接模块相连接，把光电开关、接近开关、压力传感器、电磁阀、报警塔灯等这些与集成有ASI 通讯功能的DI、AO、DO、AO 模块连接，然后这些连接模块及DI、AO、DO、AO 模块再作为ASI 控制器下的从站通过ASI 专用黄色扁平电缆与安全控制器（即下面提到的ASI 主站）相通讯。而我们的CPU 又与HMI 走Profinet 进行实时通讯的，因此通过这一系列的主从关系及通讯关系，所有的ASI 从站运行信息及故障信息都可以实时显示在我们的触摸屏上。便于我们快速的了解和监控相关安全信息及检测故障的排查。具体情况如下图，我们可以清晰的看到ASI 的安全控制器是我们CPU 的从站2，在整个CPU 的控制逻辑中它仅仅是一个从站的作用。

图2.吹瓶机控制系统主从关系图

1、ASI 控制器、电源及从站应用

通过图3 可以清晰的知道吹瓶机的大概结构，将ASI控制器（我们整个CPU 控制系统中它是从站2）及ASI电源装于吹瓶主电柜，有些检测用的光电开关、行程开关、接近开关等有可能分布如下图的加温机、主机、理胚机及操作台各部分，而ASI 的从站模块（含安全型和非安全型）可以安装到柜外任何离我们的传感器等最近最便于安装的地方，这些模块通过ASI 专用黄色扁平电缆实行通讯及供电， ASI 电源和与之相连的数据解耦电路，ASI 电源可以提供29.5-31.6VDC 电压，完全满足国际电工委员会（IEC）对安全隔离低电压的技术要求，最大可输出2A 电流，并具有可靠的短路过载保护。数据解耦电路由两个50μH 的电感和两个39Ω 的电阻相互并联组成，通过电感可以将传输信号的电流脉冲转变为电压脉冲，同时它还具有防止数据传输频率信号经过电源而造成短路的作用，两个电阻代表了网络的边界终端。为使电路信号噪声最低，必须采用高对称性的电路结构，两个电容CE 和两个电感L 应完全相等，接地点要可靠接地，若采用屏蔽电缆，屏蔽层也应接到地上。但需注意如果2A 电流仍不能满足从站的要求，就必须采用带有辅助电源的供电的模式，即通过压接另外一条黑色扁平电缆提供外部辅助24V 电源进行供电。我们的设备中只有主机架上有这类输出，故我们的应用是从主机架的小电箱的24V 开关电源上接出一组24V 电源线，围绕着主机架上需要辅助供电的ASI 通讯模块走一圈。

图3.吹瓶机结构示意图

此外，因为我们设备上的ASI 从站较多，所以选用的是带有双ASI 主站网络通道的控制器，每一条Asi 网络可以连接31 个全址，即我们的控制系统共可以挂62 个ASI标准子站地址。总而言之，ASI 的从站只要通过一条黄色的扁平电缆进行数据通讯，它的防护等级是IP67,可以在柜外的任何我们想要的地方安装，而且非安全型的从站模块最多可以带8 个点的DI 或者DO，就是说原来这些传感器本来要拉很长的线进柜子接PLC 模块的线，现在可以就近的接到这个ASI 的从站上了，如果我的主机架到主电柜有十米的线，那现在我可能用一米或者更短的线就可以实在通讯了。

2、ASI 总线系统的接线优势

图4.

如下图所示，传统的接线的话安全系统与信号系统分开。安全系统须独立，选择合适的安全继电器，所有安全门开关须把线引到一个电箱里面串联起来接到安全继电器的输入，这种走线冗长相对复杂，当安全系统处于非安全状态时，安全继电器输出，切断需要切断的电机。各光电开关、接近开关、压力传感器、电磁阀、报警塔灯等信号线也要绕很长的线接到一个电箱里的PLC 模块上进行信号的传送。这种并行接线需要在线槽中放置很多电缆而且长时间的后期维护会导致线体凌乱。 ASI 系统可以把安全系统及信号系统集合到一个系统里面，ASi 从站可以在离元件最近的地方安装，这样元件与模块间的走线就实现了最短化，节省了电缆成本、简化了后期维护时找线的时间及难度。

3、ASI 总线系统的操作及维护

（1）ASI 控制器K30 面板状态有些指示灯，不同的指示灯亮有不同的含义，我们可以根据这些批示灯的闪亮情况，清晰的判断控制器的运行状态，如Power：绿色常亮代表网关电源正常；PROFIBUS：绿色常亮代表连接到PROFIBUS 主站等等

（2）安全模块可以快速的在线替换: a.将故障模块从总线上移除 b.按住ESC/Service ＞3sc.将编好地址的新模块接入网络 d.再次按住ESC/Service ＞3s

需要注意的是 替换过程必须严格按照顺序进行： 即替换模块型号必须与原型号完全一致，且地址相同 ；仅需替换一个模块时，可以将型号一致、地址为0 的新模块直接接入网络，安全监视器会对其自动编址，超过1 个必须预先手动编址。

（3）更换损坏的控制器

将损坏的控制器从网络中断开。

取出其中的存储卡，并将其插入新的控制器卡槽中。

上电并通过按键设置。

综上所述我们知道，ASI 系统的各信息都是可视化，硬件信息可监控且易于更换的。ASI 在我们吹瓶机上的应用进一步稳定了我们达意隆吹瓶机的市场地位。