Utilisateur:Synanceia (Pierre)/Brouillons/ASI

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Un bus AS-i (en anglais Actuators Sensors Interface, interface actionneurs capteurs), ou ASi, est un bus de terrain utilisé en automatisme (cf. Automate Programmable Industriel). Il est conçu pour le raccordement d'entrées/sorties périphériques (par exemple, des dispositifs 'tout ou rien' (T.O.R) tels que les actionneurs, colonne de voyants, boutons poussoirs, détecteurs ou des capteurs, codeurs rotatifs, des entrées et sorties analogiques) dans l'automatisation de procédés industriels manufacturiers ou continus.

Des coffrets AS-i - conducteurs gainés en jaune

La liaison physique est composée d'une simple paire de fils gainés d'un isolant électrique jaune (le plus souvent). Sur ces fils transitent les données ainsi que l'alimentation électrique.

Le bus AS-i étant un bus série, il permet de diminuer le nombre de câbles nécessaires à la mise en œuvre d’un grand nombre de capteurs ou de pré-actionneurs. Ces derniers sont reliés directement ou éventuellement par l'intermédiaire d'une embase à l’automate central via un seul câble. Le plus souvent, chaque embase permet de connecter 4 capteurs et 3 pré-actionneurs au bus (selon la spécification 2.11).

AS-Interface est une technologie « ouverte » (c'est-à-dire non-propriétaire) soutenue par une multitude de fournisseurs d'équipement d'automatisation regroupés dans une association : AS-Interface International. Cette association internationale basée à Gelnhausen en Allemagne est aidée par 12 associations régionales dont une en France, intégré au sein de la division A57 du Gimélec[1]. Les différentes spécifications du bus AS-i sont définies par cette association indépendante.

En 2010, plus de 22 millions d'équipements AS-i sont installés au niveau mondial[2], une croissance d'environ 2 millions par an.

AS-Interface est une solution particulièrement adaptée à la mise en œuvre de matériels basiques, simples. Il peut être utilisé en l'associant à un réseau de terrain de plus haut niveau tel que Profibus, DeviceNet, InterBus, Modbus ou Industrial Ethernet. AS-i offre, alors, une solution à faible coût d'entrées/sorties déportées. Il est utilisé dans les applications d'automatisation, y compris le contrôle de convoyage, machines d'emballage, les vannes de régulation, les usines d'embouteillage, les systèmes de distribution électrique, les carrousels à bagages, ascenseurs, lignes d'embouteillage et de lignes de production alimentaire.

AS-Interface offre également une solution pour la sécurité des machines. Les dispositifs de sécurité peuvent communiquer sur AS-i en partageant le même réseau et le même équipement maître avec les équipements traditionnels (non sécuritaires). La vérification des données est assurée en permanence par un moniteur de sécurité. Cette technologie est appelée 'Safety at work'.

Présentation[modifier | modifier le code]

AS-Interface est un système qui a besoin de quatre éléments de base :

  • un (et un seul) équipement maître, dans la plupart des cas sous la forme d'une passerelle à un réseau industriel de niveau supérieur ou un coupleur de communication (carte additionnelle) d'un automate,
  • des esclaves, par exemples des modules d'entrée et de sortie,
  • une (et une seule) source d'alimentation utilisée pour alimenter les esclaves et permettant la communication avec le maître, et
  • l'infrastructure de câblage, dans la plupart des cas réalisée en utilisant le câble plat jaune.

L'accès au médium est basé sur la méthode Maître-esclave : le maître initie l'échange de données avec un esclave et l'esclave sollicité répond obligatoirement dans un temps maximum défini. Ce principe rend le bus AS-i déterministe. Les produits AS-i sont certifiés par un laboratoire indépendant qui réalise des tests afin de valider la conformité des équipements aux spécifications AS-i. Remarque : la certification n'est pas obligatoire, les équipements certifiés se reconnaissent grâce au logo AS-i ombré[3].

Les échanges de données sont lancés sur une requête du maître : la trame d'une longueur fixe (14 bits) se compose d'une adresse codée sur 5 bits et des données codées sur 5 bits (par exemple, des informations de sortie numérique). La réponse de l'esclave (7 bits) contient 4 bits d'informations (par exemple, les valeurs des entrées de l'esclave).

La tension d'alimentation est comprise entre 29,5 .. 31,6 V CC, ce qui garantie une alimentation minimum des esclaves. Les données sont transmises sans horloge et sont codés selon le codage synchrone Manchester-II.[4]

La longueur du segment est limité à 100 mètres. Toutefois, en utilisant, au maximum 2 répéteurs, il était initialement possible d'atteindre une longueur de 300 mètres[5]. Depuis 2004, en plaçant le maître au milieu du réseau et en utilisant le "plug extension", il est possible d'atteindre 600 m.

Histoire[modifier | modifier le code]

AS-Interface a été développé en 1990 par un groupement (consortium) de 11 sociétés, principalement connues pour leurs offres de dispositifs industriels de détection sans contact. L'association internationale est fondée en 1991 et le premier système opérationnel a été montré à la foire de Hanovre (Hannover Messe) en 1994. AS-i devient un standard international en 1999...

Spécification originale (1994, Version 2.04)[modifier | modifier le code]

Dans sa forme originale, le réseau est capable de supporter jusqu'à 31 entrées/sorties T.O.R. déportées, où chaque dispositif échange 4 bits d'entrée et 4 bits de sortie, pour un total de 124 entrées et 124 sorties sur un seul réseau.

Une des caractéristiques innovantes du système est le 'remplacement automatique d'un esclave' : lorsqu'un esclave est défectueux, il suffit de le remplacer par un nouvel esclave non configuré (sorti d'usine) pour que celui-ci soit automatiquement reconnu par le maître qui lui attribue son adresse.

Le temps de mise à jour des informations (cycle réseau) est facilement calculé en multipliant le nombre de nœuds (esclaves) avec le temps d'actualisation pour chaque nœud (environ 150 µs), pour une durée maximale de mise à jour 5 ms. Ce calcul simplifié ne comprend pas la 'phase de gestion' qui est négligeable pour les installations standards.

Améliorations (1998, version 2.11)[modifier | modifier le code]

Dès son introduction, les utilisateurs ont rapidement adopté AS-Interface. Le besoin de mettre en œuvre des entrées/sorties analogiques et plus de 31 esclaves est rapidement apparu.

Les spécifications ont évolué en faisant notamment apparaître un bit de défaut par périphérique qui permet d'effectuer un diagnostic des esclaves.

Afin de conserver une totale compatibilité ascendante et descendante, la taille de la requête émise par le maître du réseau n'a pas été augmenté. Au lieu de cela, l'un des quatre bits de sortie a été utilisé pour choisir entre les nœuds dits A et B. Cela a permis à chacune des 31 adresses d'être affectée à 2 esclaves. L'espace d'adressage fait apparaître deux plages : de 1A à 31A et de 1B à 31B.

En conséquence, le quatrième bit de sortie n'est plus disponible pour l'utilisateur. Les esclaves construits selon les nouveaux profils définis par les spécifications 2.11 possèdent un maximum de 4 entrées et 3 sorties. Cette évolution augmente la quantité totale d'entrées/sorties sur un bus unique de 248 entrées et 186 sorties. Cependant, le temps de rafraîchissement maximale d'un réseau à pleine charge est doublé et porté à 10 ms.

Safety at work (2001)[modifier | modifier le code]

As-i Safety est un protocole de sécurité dit « imbriqué » : il mélange sur le même support les données de contrôle-commande et de sécurité. Ainsi, il permet à des dispositifs de sécurité et des équipements standard non-sécuritaires d'être connectés au même bus.

Contrairement à d'autres bus de sécurité, tels que Profisafe (protocole de sécurité intégré à Profibus) ou SafetyBUS p (bus dédié à la sécurité et développé par la société Pilz), il n'est pas nécessaire d'utiliser un automate de sécurité.

En utilisant du matériel approprié de sécurité : d'entrée de sécurité (des barrières immatérielles, des boutons d'arrêt d'urgence, des interrupteurs de sécurité) et un moniteur qui surveille les messages spécifiques de ces équipements de sécurité, AS-Interface permet d'atteindre le niveau SIL 3 (Safety Integrity Level) selon la norme EN 62061 ou la catégorie 4 selon la norme EN954-1.[6]

Capacités supplémentaires (2004/2007, la version 3.0)[modifier | modifier le code]

Septembre 2004, les spécifications d'AS-i v3.0 apparaissent pour répondre à de nouveaux besoins des utilisateurs. Les protocoles basés sur Ethernet (en particulier TCP/IP) sont de plus en plus utilisés mais de par les faiblesses inhérentes à Ethernet (par exemple, la topologie restreinte, grande trame de données, utilisation coûteuse de commutateurs - switch - industriels...) ils ne permettent pas de satisfaire les besoins de bas niveau.

La spécification v3.0 définit de nouveaux profils de communication (liste non exhaustive) :

  • esclaves 4E/4S supportant l'adressage A/B (jusqu'à 62 esclaves) (entrées mises à jour toutes les 10 ms et des sorties toutes les 20 ms au lieu de 10 ms en v2.1)
  • esclaves 8E/8S supportant l'adressage A/B (entrées mises à jour tous les 20 ms et des sorties toutes les 40 ms)
  • esclaves analogiques supportant l'adressage A/B (jusqu'à 62 esclaves)
  • esclaves analogiques rapides (en utilisant 1 adresse physique et 3 adresses virtuelles, il est possible de diviser par 2 le temps de rafraichissement des modules analogiques)
  • échange de données par protocole série (50 bauds pour un échange bidirectionnel)

Grâce à cette nouvelles spécification, il est possible de raccorder 496 entrées et 496 sorties sur un seul bus AS-i alors que la version 1 n'acceptait que 124 entrées et 124 sorties.

En offrant ce type de service, AS-i tend à satisfaire des besoins qui, jusqu'ici, nécessitait un réseau de terrain de type Profibus. Juillet 2007 : assez peu de produits sont sur le marché. Les esclaves 8E/8S ne sont pas disponibles. Siemens propose dores et déjà des passerelles Profibus DP/AS-i v3.0 et Industrial Ethernet/AS-i v3.0[7]

Avec ces nouvelles fonctionnalités, AS-Interface est le partenaire idéal des réseaux industriels basés sur Ethernet.

La compatibilité ascendante est assurée : un maître AS-i v3.0 peut indifféremment échanger des données avec un esclave v3.0 ou v2.1...

Composants[modifier | modifier le code]

Un bus AS-Interface est constitué :

  • un maître (passerelle ou automate),
  • d'esclaves (ou modules),
  • d'au moins une alimentation et éventuellement de répéteurs,
  • câble réseau et matériel d'installation.

Des dérivations, des répartiteurs, des tuners (terminaison de ligne inutile si la longueur du bus est inférieure à 100 m.), des modules de connexion permettent de construire une structure arborescente.

Le concepteur du bus pourra utiliser une console d'adressage pour adresser les différents esclaves lors de la mise en service.

Maître[modifier | modifier le code]

Le maître assure les échanges de données avec les modules esclaves et met à jour sa mémoire interne image des E/S des esclaves. Les capacités du maître sont définies dans le profil maître. La spécification 3.0 a introduit un cinquième profil maître, repéré M4. Le profil M0 correspond aux capacités minimales que doit posséder un maître.

Un bus AS-i donné ne peut avoir qu'un seul équipement maître. Celui-ci peut être un coupleur intégré ou une carte additionnelle d'un automate programme industriel ou une passerelle avec un réseau de niveau supérieur.

Alimentations et répéteurs[modifier | modifier le code]

Tout segment AS-Interface doit être alimenté. Une alimentation AS-i spécifique est obligatoire, elle ne peut pas être remplacé par une alimentation classique car elle possède des caractéristiques particulières pour assurer l'équilibrage des tensions (par rapport à la masse) et le découplage des données.

La longueur d'un segment est limité à 100 m. Il est possible d'utiliser des répéteurs pour disposer d'une plus grande longueur. Le répéteur assure l'isolation galvanique des deux segments. Ainsi, il faut prévoir une alimentation AS-i pour chaque segment.

Une trame de données ne peut traverser que deux répéteurs. Ainsi, si le maître est placé à une extrémité, le bus est limité à 300 m. Cependant en plaçant le maître au milieu du bus ou en optant pour une configuration en étoile, il est possible de dépasser cette limite.

Il est possible de recourir à des alimentations supplémentaires dites "auxiliaires" lorsque l'alimentation AS-i est insuffisante. Dans ce cas, un câble plat noir et identique (de forme) au câble AS-i est mis en œuvre.

Esclaves (ou modules)[modifier | modifier le code]

Les esclaves AS-i (ou modules) peuvent être de différentes natures : entrées/sorties "tout ou rien", modules analogiques, verrines (colonnes lumineuses), boutons poussoirs, capteurs asifiés (ASIC), barrière immatérielle, arrêt d'urgence, ... De façon générale, il s'agit de matériels qui peuvent échanger des données avec un automate.

Chaque module sur le réseau doit avoir une adresse unique. L'espace adressable s'étend de 1 à 31. L'adresse 0 ne peut pas être utilisée. Il s'agit de l'adresse, par défaut, en sortie d'usine des équipements. Elle est réservée pour le remplacement automatique d'un esclave. En effet, le maître ré-adresse automatiquement un nouvel équipement connecté sur le bus en remplacement d'un esclave défaillant si celui-ci a le même profil.

Depuis l'adoption de la spécification 2.11, cette plage d'adresses est divisée en deux : A et B (les adresses étendues). Par conséquent, en utilisant un module conçu pour supporter ce mode d'adressage, il possible d'avoir deux modules à chaque adresse. (Ex. 1A et 1B, 17A et 17B).

Câble réseau[modifier | modifier le code]

Le câble utilisé est un câble bifilaire. Ce câble permet d'une part de transmettre les données mais aussi de transporter l'énergie nécessaire aux esclaves. La plupart des équipements AS-i ont été conçus pour être raccordés par le câble plat jaune et asymétrique standard. Toutefois, la forme du câble n'a aucune importance ; seules les caractéristiques électriques sont importantes. Il est possible d'utiliser un câble rond 2 x 1,5 mm2 qui peut avoir comme intérêt d'être plus facile à tirer dans des gaines.

Le câble plat jaune est dit "auto-cicatrisant". Cela signifie qu'il est possible d’utiliser une connexion par prises vampires. Lorsqu'un module est installé, aucun outil particulier n'est nécessaire. Il est inutile de dénuder le câble. Des aiguilles pénètrent dans le câble et assurent ainsi le contact avec l'âme des fils. Si cette prise est démontée, il est inutile de remplacer le câble ou d’ajouter une protection à l'endroit de la connexion supprimée.

Le câble AS-Interface noir est utilisé pour raccorder une alimentation 24 VDC auxiliaires aux esclaves ne pouvant être alimentés par l'alimentation AS-i. Bien qu'identiques, les câbles jaune et noir ne doivent pas être permutés. Le câble noir ne doit pas être utilisé pour transmettre des données. Le câble jaune ne doit pas être utilisé pour raccorder l'alimentation auxiliaire.

Les deux fils à l'intérieur du câble AS-Interface sont marron (+) et bleu (-). Cette couleur est indépendante de la couleur de l'enveloppe extérieure ou du matériau utilisé.

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ Company Branch Information AS-Interface France Gimelec
  2. ↑ AGILiCOM, expert en communication industrielle : Tutoriel AS-i
  3. ↑ AGILiCOM, expert en communication industrielle : Tutoriel AS-i
  4. ↑ Frequently Asked Questions : How is the data transferred without any clock?
  5. ↑ Frequently Asked Questions : What is the maximum length of an AS-i network?
  6. ↑ Les BUS de Sécurité, pp.61-63 Jautomatise N36 Septembre-Octobre 2004
  7. ↑ AS-i v3 : un nouveau souffle, pp.30-31 Jautomatise N53 Juillet-Août 2007
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