EEM EEM -- BUTBUT

Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de VaudCH-1400 Yverdon-les-Bains

© Copyright 2003-2004-2005-2006 Bernard Schneider

Bus de terrain

AS-Interface

iAi – Bernard Schneider(Sources : J.-P. Merisse, IRA Arles ; Bussysteme – G. Schnell – Ed. Vieweg ; H. Scheitlin, FH Soleure)

BUT-EEM Jv2 ASI 2

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AS-Interfaceorigine, normalisation, utilisationcouche physique

topologiemédiacodagedébit et distance

couche lienaccès au busdétection d’erreurs

couche applicationprofils

réalisationhardware et software

BUT-EEM Jv2 ASI 3

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AS-Interface

Historiqueen 1991, un groupe de 11 fabricants européens de capteurs et actionneurs définissent un bus dédicacé à la communication avec les actionneurs et capteursAS-Interface est normalisé CEI 60947-5

Utilisationincontestés pour les actionneurs et capteurs simples (surtout tout ou rien)

simplicité, faibles coûts, multi-vendeurconsidéré comme un complément aux autres bus

BUT-EEM Jv2 ASI 4

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AS-Interface

Couche physique – médiacâble plat spécial AS-I

2 fils, non blindés, non torsadés

utilisés pour la communication et l’alimentationforme facilitant l’installationcodage mécanique réduisant le risque de croisementprises « vampire »protection IP67 même après déconnexionpeut être connecté directement au capteur ou à l’actionneur

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AS-Interface

Couche physique – médiacâble AS-I

avec des fils de 1,5 mm2 de section, la résistance pour un câble de 100 m est de 2,7 Ωsi 62 périphériques sont répartis régulièrement sur ces 100 m et se partagent les 2 A d’alimentation disponible, la chute de tension est limitée à 3 Vla communication fonctionne sans résistances de terminaison

R’ < 90 mΩ/mL’ = 0,4 … 1,3 µH/mG’ < 5 µS/mC’ < 80 pF/m

Zc = 70 … 140 Ω

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AS-Interface

Couche physique – médiacouplages

l’alimentation est fixée à 29,6 à 31,6 VDC , ce qui garantit une tension de 24 VDC au niveau des stations elles peuvent délivrer entre 2 et 8 A selon les modèlesle filtre permet aux émetteurs de moduler la tensionl’émetteur injecte un courant alternatif

BSR20050507_A.des

UDC

alimentation

émetteur

i(t)

récepteur

u(t)

filtre

BSR20050507_A.des

UDC

alimentation

filtre

BSR20050507_A.des

UDC

alimentation

émetteur

i(t)

filtre

BSR20050507_A.des

UDC

alimentation

BUT-EEM Jv2 ASI 7

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Couche physique – médiamodulation

le codage combine les codes Manchester et APM(alternating pulse modulation)

le courant injecté a une forme en sin2, réalisée par un convertisseur A/D

spectre d’émission HF réduit au minimum (CEM !)

le circuit HF étant inductif (filtre), la tension à la forme de la dérivée du courant

t

u/t)

0

0 1 0 0 1 1 0 0+2 V

-2 VBSR20050507_B.des

t

i/t)

0 mA

0 1 0 0 1 1 0 060 mA

t

signal

0

0 1 0 0 1 1 0 0

BUT-EEM Jv2 ASI 8

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Couche physique – médiadébit d’information et distance

la longueur totale d’un système AS-Interface est limitée à 100 m (500 m avec des répéteurs)le débit est fixé à 167 kbit/s, ce qui limite le spectre d’émission HF comme montré ci-dessous

f [MHz]

(source : www.AS-Interface.net)

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Couche physique – topologiecompatible avec toutes les topologies

très grande facilité de câblagetrès grande facilité d’extension

étoilecontroller

Master

Slave

Slave

SlaveSlave

controller

Master

Slave

Slave

Slave

ligne

Master

Slave

Slave

Slave

Slave

Slave

controllerbus

Master

SlaveSlave

SlaveSlave

Slave

Slave

Slave

Slave

controllerarbre

BUT-EEM Jv2 ASI 10

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Couche liaison – accèsprincipe : maître – esclave

le maître appelle chaque station l’une après l’autre, et celles-ci lui répondent à chaque foisil travaille par cycles (polling)

le système supporte jusqu’à 31 stations(62 stations en version étendue)le temps de cycle est de (n +1) x 0,156 ms, où n est le nombre de station

avec 6 stations, le temps de cycle est < 1 ms

master

controller

ToSlave1

Slave1

ToSlave2

Slave2

ToSlave1

Slave1

ToSlave31

Slave31

messagesdu maître

réponses desesclaves

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Couche liaison – accèstélégrammes du maître

longueur fixe – 14 bits

ST = bit de démarrage = 0 (start bit )SB = bit de commande (sélection données de

sortie ou mot de commande asynchrone)A4 … A0 = adresse du destinataireI4 … I0 = données de sortiePB = bit de paritéEB = bit de fin = 1 (end bit )nouvelle spécification 2.11 – 62 stations au lieu de 31le bit I4 est un bit supplémentaire d’adresse… ce qui réduit les sorties à 3 par station

BSR20050507_C.des

SB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 PB EBt

ST

adresse données

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Couche liaison – accèstélégrammes des esclaves

l’esclave appelé par le maître doit répondre immédiatement, après une pause de 2 à 10 bitsil doit répondre s’il est présent, et ne peut accéder au bus qu’à cette occasion, à l’appel du maîtrela réponse est aussi suivie d’une pause de 2 à 10 bitslongueur fixe – 7 bits

ST = bit de démarrage = 0 (start bit )I3 … I0 = données d’entréePB = bit de paritéEB = bit de fin = 1 (end bit )

BSR20050507_D.des

I3 I2I1 I0 EBt

PBST

données

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Couche liaison – accèsles bits SB et I4 ont des fonctions spéciales

maître esclaveSB A4-A0 I4 I3-I0 I3-I0

Ecriture sorties et lecture entrées

0 adresse 0 sorties entrées

Ecriture et lecture dela configuration

0 adresse 1 nouvelle configuration

nouvelle configuration

Ecriture d'adresse 0 0 nouvelle adresse nouvelle adresse

Reset 1 adresse 1 1100

Forcer l'adresse à 0 1 adresse 0 0000

Lecture configuration 1 adresse 1 0000 configuration

Lecture code ID 1 adresse 1 0001 code ID

Lecture status 1 adresse 1 1110 status

Lecture status etquittance erreur

1 adresse 1 1111 status

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Couche liaison – accèstransmission de données analogiques

des données analogiques peuvent aussi être transmisesla nouvelle spécification 2.11 normalise les stations analogiques avec max. 4 valeurs sur 16 bitschaque valeur est découpée en segments de 3 bits

le bit de poids fort I3 sert au contrôle de séquence il est inversé à chaque nouveau segment (toggling), ce qui permet de les distinguer les uns des autresil faut donc 7 cycles successifs par valeur analogique- 6 segments pour la valeur - 1 segment supplémentaire annonçant le 1er

segmentpour 4 valeurs par station, il faut donc max. 140 msavec l’ancienne spécification, des valeurs de 8 et 12 bit ét i t ibl ll t

BUT-EEM Jv2 ASI 15

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Couche liaison – accèslimites de débit

configuration max. : 124 entrées et 124 sorties TORtemps de cycle max. : 5 ms

nouvelle spécification 2.11si utilisé avec 62 stations

groupe A (31 stations) et groupe B (31 stations)max. 248 entrées et 186 sorties (4 / 3 par station)une station analogique prend la place de 2 stations (occupe la même adresse sur les groupes A et B )une station « ancienne » prend la place de 2 stations (occupe la même adresse sur les groupes A et B )

mais offre une sortie de plus (4 au lieu de 3)temps de cycle max. = 10 msune station analogique

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Couche liaison – contrôle des erreurschaque trame contient un contrôle de paritéAS-Interface contrôle en plus

les niveaux de tensionséquences impulsion positive – impulsion négativetiming des impulsions

en cas d’erreur, le maître répète directement son télégramme (il interrompt donc le cycle)

en cas de 2ème erreur consécutive, le maître répète ànouveau le télégramme, mais dans le cycle suivantmême en cas d’erreur, le temps de cycle est limité

en cas de défaut, les sorties TOR peuventmaintenir la valeur précédenteêtre forcées à 1être forcées à 0

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Couche liaison – contrôle des erreurs

p = probabilité d’erreur sur 1 bitR = probabilité d’erreur non détectée

10-2

10-16

10-14

10-12

10-10

10-8

10-6

10-4

100

10-18

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1 0,5

BSR20050508_A.des

p

R

clas

sed’in

tégrit

é I1

classed’intégrité

I2

classed’intégrité

I3A

S-I

nte

rfa

ce

BUT-EEM Jv2 ASI 18

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Mise en œuvreappareils disponibles (plusieurs fabricants)

alimentationsautomates maîtres, jonctions maîtresinterfaces avec autres bus de terrain (amont)modules d’entrées / sortiescapteurs (divers, TOR et analogiques)actionneurs (divers, TOR et analogiques)composants de sécuritérépétiteurs et accessoires

BUT-EEM Jv2 ASI 19

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AS-Interface

Mise en œuvreadressage des stations

les stations doivent être ajoutées 1 à 1 au bus, pour permettre leur adressage depuis l’automate amontalternative : fixer l’adresse avec un configurateur, avant de connecter la station au bus

configurationles paramètres P3 … P1 permettent de configurer le périphérique (par exemple la sensibilité d’une barrière lumineuse)

alimentation des sortiescertaines stations offrent une entrée d’alimentation supplémentaire pour les sorties TOR, utilisables pour sécuriser les sorties (arrêt d’urgence inactif)

BUT-EEM Jv2 ASI 20

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AS-Interface

Mise en œuvrecomposants électroniques disponibles

un ASIC (AMS 9526) procure toutes les fonctions d’interface bus (avantage : compatibilité garantie)une librairie VHDL semble aussi disponible

aucun µC nécessaire pour des périphériques simples

Mémoirenon volatile

Alimentationinterne

Emetteur

Récepteur

Séquenceur

DonnéesE/S

Paramètres(sorties)

+5 V (35 mA)

O V

D0

D3data-strobe

P0

P3param-strobe

ASI+

ASI-

BSR20050508_B.des

BUT-EEM Jv2 ASI 21

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AS-Interface

Avantages et inconvénientsbus de terrain normalisé, sans concurrence

norme indiscutée, pas d’alternative normaliséeinteropérabilité, interchangeabilitéindépendance relative des fournisseurs

câblage efficacesimple à concevoir, à assembler sans erreur, àtestertopologie quelconque, donc adaptable à chaque cas

économiquel’interface avec les capteurs n’est pas compliquée

déterminismeles données sont transmises dans un délai garanti

débittrès limité, relativement lent, en particularité pour l l l