在位水平下

离散制造和一些传统工艺领域依赖于大量的小比特级设备来监控和执行关键功能。这些设备不生成标量数据，而是生成简单的开关任务。通常这些都是使用硬连线I/O连接到plc，但用户可以使用仪器工程师使用的一些相同的连线和节省劳动力的方法，特别是类似现场总线的架构。

位级传感器包括大量的产品和功能。它们的共同点是它们都有一个简单的开或关的二元函数。它们包括:

• 限位开关;

• 接近传感器;

• 照片传感器;

• 压力或流量开关;

• 电流传感器等。

位级执行器也具有开或关功能:

• 电机开始;

• 继电器;

• 电磁阀等。

位级安全装置包括:

• 光窗帘;

• 紧急停止按钮;

• 安全门等。

布线位级设备的传统方法是，并且通常仍然是，将单个设备硬连接到I/O卡(或机电系统中的继电器柜)，每个设备都有自己的电缆。这是有效的，但电线和劳动密集型。尽管如此，这种方法仍然是最确定的，并且消除了任何外部延迟源。它也适用于设备数量相对较少的小型安装。各种布线公司提供专门的电缆和连接器来简化任务，但最终每个设备都必须有自己的线路运行回I/O点。硬连线系统是可靠的，但是当出现问题时，没有诊断功能来帮助排除故障。

有些网络架构使用类似于仪表现场总线的布线拓扑，专门研究位级设备及其处理的数据类型。这些位级总线网络减少了布线，并增加了硬连线系统无法比拟的故障排除功能。如果您正在考虑这种方法，有两个主要的开放系统可供选择:AS-Interface和CompoNet。

as接口已经证明了它的多功能性

自1994年推出以来，as接口已经成为使用最广泛的位级总线，并且由于其无处不在而成为虚拟标准。它以其简单，适应性和非常广泛的可用产品而闻名。这可能归因于参与其设计的大量供应商和用户。

Helge Hornis博士是AS-Interface董事会成员和Pepperl+Fuchs智能系统组经理，他说:“驱动AS-Interface应用的因素有四:它是一种网络技术，它是一种硬件技术，它是一种安全解决方案，它是一种安装技术。所有的元素都经过了实际使用的考虑。技术人员拥有简单、经济地完成应用程序所需的一切。”

位级网络可以集成传感和驱动设备的混合。as接口还可以包括安全元素。

系统架构在概念上非常简单，但提供关键功能:

• 扫描器与PLC或其他控制设备接口形成一个段。

• 单根双线电缆用于向设备各模块传输电力和信号。电缆具有独特的形状，以帮助在整个安装过程中保持正确的极性。

• 布线拓扑结构可以在任何配置中有效地采取任何形状，只要每段电缆的总长度不超过最大允许值。大型网络是由各个独立的网段组合而成的。

• 特殊的自穿式连接器和接线端子使接线简单而积极。

• 每个设备分配一个地址。这可以使用手持寻址单元、PC或大多数扫描仪或网关上的功能键来完成。扫描仪按顺序对设备进行寻址。不需要其他软件或编程。

• 正常扫描间隔为5ms。所有设备的扫描时间和每台设备的报文更新时间约为150微秒。(通过在多个数据包中发送这些信息来构建传输大量数据的设备是可能的。虽然计算整个网络的确定性更新时间仍然很容易，但并不是在所有情况下都是5毫秒。例如，假设有62个I/O节点，每个节点有4个输入和4个输出。网络对所有248个输入的完整更新时间为10毫秒。248个输出在20毫秒内更新。

• 单个通用设备不直接连接到总线电缆。在每个有设备或集群的点上，在电缆上安装一个设备模块，连接(通常)四个输入和四个输出设备。输入设备发送信号(传感器)，输出设备接收信号(执行器)。在最新的规范下，提供了支持扩展寻址的模块，并且有4进4出。这是可能的，因为即使是非常旧的扫描仪和网关也可以与它们通信;只要不把它们定位到b地址，事情就会像以前一样工作。

• 有一些带有嵌入式解码芯片的设备，设计用于直接连接到总线电缆，而不需要设备模块。这些包括编码器，光电和电感接近传感器，堆栈灯，电子停止，电机启动器，气动模块，阀门位置传感器，按钮模块等。

• 每段最大可用功率为8a。

• 每个线段的最大电缆长度为100米(300英尺)，多个线段可以使用中继器组合。

AS-i可以处理模拟信号(16位值)和16位分辨率的编码器，以代替位级设备。(请记住，这不是系统的设计目的。拥有大量此类设备的用户应该探索其他网络选项。)这些设备必须配备嵌入式AS-i芯片和数据缓冲区。该值保存在设备中，并通过顺序扫描发送回网关重新组装。

可以使用网关将AS-i与几乎任何高级系统或工业网络连接起来。这使得它可以成为以太网协议或仪表现场总线的扩展，直至位级设备。

AS-Interface是第一个被批准用于双重用途应用的平台，允许在同一网络上运行和安全功能。这可以追溯到1997年，因此有一个庞大的安全网络安装基础和各种各样的硬件可用。

组件为高速

CompoNet是ODVA网络组中相对较新的成员。ODVA支持一系列相关的网络协议，包括DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP。这些应用程序都共享CIP(通用工业协议)网络服务，该服务旨在连接工厂和企业。CompoNet是最新的产品，已经提供了大约一年的时间。欧姆龙大力参与了它的开发，但它现在是ODVA集团的一个开放标准。

AS-Interface力求简单易用，而CompoNet则增加了更高级别的性能和复杂性。欧姆龙的目标是机器制造商，特别是高速电子设备组装，尽管同样的目标也适用于其他类型的离散制造。关键要素是高速、高容量和灵活性。

“日本市场一直渴望一个高速传感器和执行器网络，结合先进的配置和诊断功能，”ODVA在日本的领土联盟集团主席Hiroyuki臼井说。CompoNet将满足这一需求，并有望迅速得到广泛采用。作为CIP网络家族的最新成员，CompoNet有望成为传感器和执行器网络的事实上的标准，加入日本市场上排名第一的现场总线DeviceNet和亚洲增长最快的工业以太网之一EtherNet/IP。”

基本操作要素包括:

• 一个段最多可以控制256位设备(128个输入节点和128个输出节点)和128个字设备I/O(64个输入节点和64个输出节点)。

• I/O通常是位级的，尽管模拟信息可以发送16位值。

• 网关以最高速度运行，每1毫秒扫描所有设备(最多1000个I/O点)。然而，在这种速度下，电缆长度受到限制。对于物理上分散的网络，较慢的速度是必要的。

• 扁平的四导体电缆，编码与专业的自穿式连接器一起工作，简化了布线任务。

• 使用扁平电缆的布线拓扑是灵活的。

• 设备模块根据网关的波特率进行调整。

• 电缆长度取决于通信速度，范围从30米到200米最大使用平面电缆。用中继器可以延长距离。

• 设备电源是可选的，24 Vdc，最大5 A。

• 系统编程是通过使用组件软件的计算机进行的。这也支持故障排除。

• 欧姆龙(Omron)可以提供这种设备，不过目前还没有其他制造商。

• 组件目前没有安全功能。

ODVA执行董事Katherine Voss说:“CompoNet的目标是高速机器的制造商，如输送机和电子组装设备。”“这些用户需要为简单I/O设备的高度分布式控制提供高速、确定性性能的网络，并结合网络架构，从而减少设备连接、网络电缆或整体安装的'设计和构建'开销。CompoNet加入CIP网络家族，完善了CIP的应用范围，并为那些寻求真正的位级网络的用户提供了CIP的未来技术优势。”

做出选择

为了达到AS-Interface的采用水平，CompoNet还有一些追赶工作要做。虽然这篇文章并不是要对这两个平台进行比较，但有些观点确实很突出:

速度:与AS-Interface的5毫秒相比，CompoNet的扫描间隔可以更快，为1毫秒(如果观察到布线限制)。

连通性:在可以分配给给定段的设备数量方面，两者是相似的。

简单性:as接口可能有一个小的优势，但在布线拓扑、中继器的使用等许多方面，两者是相当的。

安全:AS-Interface具有被批准为4类的安全功能，广泛应用于许多可用产品。组件没有安全功能。

集成:这两个系统都具有与高级网络的广泛连接，但是as接口有更多的网关可供选择。喜欢基于CIP的网络的用户可能会被吸引到CompoNet，但是as - interface也为这些网络提供了网关。

可用性:AS-Interface目前有更多的产品和供应商可供选择。

如果您从未尝试过，那么比特级应用程序是探索设备级网络的一个极好的切入点。这些系统提供的多功能性可能会使您相信硬连线安装是解决机器制造挑战的更难的方法。

作者信息

Peter Welander是过程工业编辑。打电话给他。PWelander@cfemedia.com．

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