AS-i 5: La Nueva Revolución en Bus de Comunicación Industrial

Ing. José Luis Salinas
Vice Presidente Electo, Distrito 9, América Latina
Delegado ISA Sección Central México,
jose.salinas@isamex.org

RESUMEN: Desde hace algunas décadas, el avance tecnológico mejoro la producción en los Procesos Industriales y de Manufactura. Este artículo se enfatizará el desarrollo de medios o buses de comunicación en conjunto con los sensores, incluyendo la habilidad de comunicarse, entregar de información y realizar diagnósticos; en particular, el bus de comunicación conocido como AS-i bus o Actuator Sensor interface que se desarrolló en la década de los 90.

PALABRAS CLAVES: Bus, Sensor inteligente, actuador, interfaz, diagnósticos.

INTRODUCCIÓN

AS-i bus, fue diseñado en 1990 e introducido al mercado en 1994 como una alternativa económica al cableado tradicional. La idea original fue crear una red simple para sensores y actuadores discretos, con la capacidad de transmitir información y disponer de la alimentación a través del mismo par de hilos (bus), manteniendo las topologías o arquitecturas disponibles en esa época, que facilitaron la instalación, tanto de los sensores como de los actuadores en cualquier punto del proceso con el menor esfuerzo posible.

La figura 1 muestra el desarrollo y evolución del bus AS-i.

Figura 1. Evolución del bus AS-i

ARQUITECTURA BÁSICA

La arquitectura básica del Bus AS-i es: Una fuente de alimentación AS-i, un Módulo Maestro o Gateway AS-i, cable de comunicación AS-i, Sensores y/o Actuadores AS-i y/o Elementos (esclavos) AS-i de interconexión de sensores y/o actuadores convencionales.

Esto se puede ver en la figura 2.

Figura 2. Arquitectura AS-i

Las topologías que soporta el bus AS-i son los estándares conocidos, dentro de las cuales se pueden encontrar: Bus, Estrella, Árbol, etc., esto se muestra en la figura 3.

Figura 3. Topologías del Bus AS-i

La primera versión de AS-i (V2.0) soportaba 31 direcciones físicas o esclavos conectados al bus, con una longitud máxima de 100 metros. Con el desarrollo de la tecnología, la versión 3.0 soporte hasta 1,000 metros de cable y 62 esclavos. Cabe aclarar, que un esclavo AS-i es un Sensor o un Actuador o cualquier equipo que tenga una dirección, cuando se tienen sensores o equipos convencionales sin comunicación, es posible incluirlos en el Bus por medio del uso de “elementos AS-i”, estos son bloques de entradas/salidas.

La versión 2.0 de As-i, solo soportaba señales del tipo discretas, de la misma manera con el desarrollo del bus, se incorporaron señales del tipo analógico.

En la tabla 1 se muestra la evolución en lo relacionado a la cantidad y tipo de señales manejadas por el bus.

Tabla 1. Evolución Bus As-i.

Las especificaciones de AS-i se iniciaron con la versión 2.0, la cual fue la base de desarrollo del bus. Con el desarrollo de la tecnología se incorporan las versiones 2.1 y 3.0. Estas son de carácter abierto, lo que significa que cualquier fabricante puede obtener una copia de las mismas para elaborar sus productos.

Se mantiene la característica física del cable AS-i, cuya geometría no permite la inversión de polaridad, tanto en el cable de alimentación/comunicación de color amarillo, como en el cable de energía auxiliar de color negro, ver figura 4.

Figura 4. Tecnología de conexión “piercing”.

La comunicación con el Bus AS-i puede ser establecida por medio del Gateway, este nos da comunicación de salida a otro protocolo, esto con el objetivo de comunicación a los sistemas de control, los más comúnmente usados son:

Cortesía de la Compañía Bihl+Wiedemann

BUS DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL ASi-5

Durante el mes de Noviembre de 2018, se lanzó AS-i 5. Con ASi-5 se pueden transmitir gran cantidad de datos mucho más rápido. Debido a su incremento en el ancho de banda y la reducción del tiempo de ciclo, se pueden hacer tareas que con las versiones anteriores de las interfases AS no eran posibles realizarlas. Por ejemplo, con ASi-5 la transmisión de valores analógicos es mucho más rápido y la integración de sensores inteligentes, como, por ejemplo, sensores IO-Link con hasta 32 bytes, es posible y sencillo.

USO DE LA INFORMACIÓN

La industria 4.0 y la digitalización requieren una buena base de datos. Por esta razón, el incorporar sensores inteligentes es de gran importancia en la actualidad. Esto convierte a ASi-5 en una pieza clave y fundamental hacia el futuro digital, esta es una parte predominante de la evolución de AS-Interface: poder transportar más y más datos, sin restricciones. Debido a que cuentan con un servidor OPC UA integrado, se pueden transportar los datos directamente y paralelamente al bus de campo.

Debido al diseño de los módulos ASi-5, ahora es posible agrupar más entradas y salidas en un mismo punto de forma rápida y “económica”, lo que constituye una ventaja más desde la perspectiva del rendimiento y desempeño.

COMPATIBILIDAD

El ASi-5 es compatible con todos los dispositivos y componentes AS-i anteriores. Por esta razón, se puede combinar esclavos ASi-5 con esclavos AS-i de otras versiones sin problemas, tanto en redes AS-i existentes como en las nuevas. Es decir, todas las generaciones AS-i funcionan paralelamente en el mismo cable.

Si ya es usuario de AS-i, puede seguir utilizando esclavos AS-i ya existentes. Simplemente los esclavos ASi-5 se conectan adicionalmente, por ejemplo, en zonas de la instalación que requieran mayor velocidad, una mayor cantidad de datos o mayor densidad de E/S.

Para utilizar esclavos ASi-5, solo se requiere una Interfase/Gateway ASi-5/ASi-3. Las interfases pueden tener alojadas en el mismo housing, un Gateway “Master” y un “Monitor de Seguridad”. El servidor OPC UA también viene integrado en ambos modelos y permite transmitir sin problemas datos directamente del nivel de campo a aplicaciones de la industria 4.0.

AS-i 5 continúa soportando los requerimientos de Seguridad con AS-i SAFETY. El cambio generacional de los estándares de la seguridad en el control de los sistemas, introduce nuevos conceptos y cálculos para fabricantes y usuarios de maquinaria, por lo el uso de términos como Performance Level (PL) o System Integritiy Level (SIL) se hacen cada vez más común en su uso, los cuales corresponden a los estándares EN ISO 13849-1, EN IEC 62061 e IEC 61508 relacionados a la Seguridad.

Para Performance Level (PL) y System Integritiy Level (SIL) solo se hace mención en el presente de los conceptos generales, esto es:

  • PL es una medida de la “confiabilidad” de una función de seguridad. PL se divide en cinco niveles (a-e). PL aporta la mayor confiablidad y equivale a aquella necesaria cuando el nivel de riesgo es máximo.
  • En los estándares de seguridad definen 4 niveles de SIL’s, siendo el nivel 4 el más severo y 1 el más bajo. El SIL se determina a partir de un número de factores cuantitativos en combinación con factores cualitativos tales como el proceso de desarrollo y la gestión del ciclo de vida de la seguridad.

Por lo que AS-i safety es parte de una solución CONFIABLE para requerimientos de seguridad, en este caso, los módulos de comunicación o Monitores de Seguridad “Safety Monitors” realizan las funciones de seguridad, por lo que no es necesario adicionar otro elemento para estas tareas, a su vez, cuentan con salidas de comunicación que pudieran ser ProfiBUS para intercambio de información, sin verse comprometidas las funciones de seguridad

No se puede dejar escapar el hecho de la conectividad, mientras los desarrollos no cuenten con conectividad su uso puede ser “limitado”. Mientras se disponga de mayor conectividad, el uso de dispositivos o soluciones se tornará día a día más común. AS-i no escapa a esto, un desarrollo que está siendo impulsado relativo a las comunicaciones e Industria 4.0 es IO LINK, AS-i incorpora comunicaciones de dispositivos IO LINK al bus, por lo que la CONECTIVIDAD, INFORMACIÓN y SEGURIDAD están solucionadas con AS-i bus.

Esto se puede ver en la figura 5.

Figura 5. Conectividad, Información y Seguridad con AS-i bus

Los monitores de seguridad (Safety Monitors) ASi-5, pueden operar con esclavos ASi-3, porque la parte ASi-3 no ha sido modificada. Con los nuevos monitores de seguridad es muy sencillo sustituir los anteriores. Este Bus tiene certificados TÜV-certified que avalan su confiabilidad.

De aquí surge ASi-5, la nueva Revolución:

  • Tiempo de ciclo de 1,27 ms para hasta 384 bits de entrada y 384 bits de salida.
  • Datos E/S de 16 bits y perfiles con datos de proceso de hasta 32 bytes.
  • Integración sencilla de sensores inteligentes IO-Link.
  • La compatibilidad de ASi-5 con todas las versiones AS-i anteriores permite aprovechar instalaciones existentes.
  • ASi Safety y ASi-5 se pueden combinar sin problemas.
  • Alta rentabilidad debido a los reducidos costos por E/S.
  • Mantenimiento predictivo gracias a opciones de diagnóstico ampliadas.

Como dato curioso, les comento porque no hay un AS-i 4, el cambio fue tan “GRANDE” que no cabía el 4.0, por otro lado, no se quería dar la impresión que Industria 4.0 fue el generador del cambio de AS-i.

Para concluir, se recomienda el libro No More Complex Wiring – A New Network Solution for Easy and Quick Wiring of Field-End Components Using AS-i Technology- – ISA 2002, Author: Masao Dohi; Peter Tarantino; Toshihiro Fujita; Hideyuki Kitayama, Disponible en www.isa.org, Para Socios ISA no tiene costo.

REFERENCIAS

[1] A Sinterface academy / Bihl+Wiedemann:
Installation guide
Tips and tricks
[2] AS interface components FESTO
[3] The AS interface Master, Bihl+Wiedemann
[4] Internet – Imágenes varias

ACERCA DEL AUTOR

 Ing. José Luis Salinas. Con más de 29 de años de experiencia en el área de Ingeniería, Servicio y Ventas, atendiendo a Pemex, CFE e iniciativa Privada, en el área de Instrumentación y Control, enfocado a la Seguridad Intrínseca, Fieldbus Foundation y comunicación Wireless para la automatización de procesos industriales. Acreditado por UL University en “Hazardous Locations” y Certificado por Lee College como Certified Foundation Fieldbus Specialist. Es miembro del comité mexicano revisor de estándares IEC, Instructor oficial y Delegado de ISA Sección Central México, así como Vice President Elect ISA Disctric 9 (America Latina) Cuenta con experiencia en las Áreas de Desarrollo de Ingeniería, Comisionamiento, Puesta en Servicio, Capacitación, Instrucción, Ventas y Marketing.

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