_AS_i总线技术及其应用_讲座第8讲AS_i总线系统标准化和试验认证规程

“AS2i总线技术及其应用”讲座　王俊杰

“AS2i总线技术及其应用”讲座

第8讲　AS2i总线系统标准化和试验认证规程

王俊杰

AS2i总线是一个开放的系统,ASI国际协会对AS2i总线技术制订了详细的规范、附件和试验技术规则等,其中最重要的部分已完成了标准化工作并形成了欧洲标准EN50295。

件的不同目的及内容。

任意一个传感器或执行器,如果用户必须查手册去弄懂其每一位数据或参数含义的话,即使只有4位数据也是困难的,并妨碍不同制造商的产品之间的互换性。因此作为补充,从站附件描述了特定情况下的

AS2i报文含义。另外还为元件功能、连接技术和最低

1　完全规范

完全规范是整个标准系统的基础。按照这个规范,制造商开发出来的单元不须进行配置即能与AS2i网络上的其他制造商的产品进行可靠的通信。这个要求很高,这也正是AS2i的高明之处。互操作性是此规范的主要观念。则:;,它对一切市场需AS2i的详细描述和采用从站专用集成电路,制造商生产出来的传感器、执行器和其它元件可用于许多不同场合。

必须严格遵守规范,因为它保证了AS2i的正常运行。符合规范也是获得AS2i认证的一个先决条件。

工作条件建立了使用指南,OID号。ID号由制,。

,它显示了数据位和参数位的含义。接上这样的传感器,程序员就知道开关信号通过D0位传输、报警信号通过D1位传输等等。这里虽然定义了参数位,但不是每个传感器都需要。

表2　数据位的含义

位

D0D1D2D3P0P1P2

类型

EEEA

含　　义

物理信号检测/不检测

报警信号有效/无效测试功能

低/高工作频率开关信号的翻转

开关范围(电感传感器)

开关记时功能(光学传感器)特殊功能

2　标准产品的规范和附件

可选附件限制了规范的自由度但却大大简化了标准应用系统的安装和服务。表1给出了制定规范和附

表1　AS2i规范和附件

文　件　AS2i规范

目　标　制定互操作性

的系统运作规则,使系统对不同元件保持开放。　制定互换性标准,可方便地将运算模块软件集成到应用程序中,并定义系统中的标准化元件。

内　容

认证

P3

　AS2i附件

　(如模块,采用AS2i集成芯片接口的传感器和执行器,主站机电一体化等内容)

　对传输系统以及主必须站、从站的描述,对EMC和标记的最低条件的规定。　描述常用产品,明可选确规范:

　①数据和参数的含义;

　②功能;　③连接;　④限制值。　规定试验条件。　规范标记和ID号。

针对一个马达开关还定义了另外一个附件(S-D1)。马达只能单向旋转并有保护电路监测过载和过

热等情况。如果检测到通信中断,马达就会立即停止,这可通过监视阀值数据来判断。参数位P0是这个开关量的看门狗。这个附件也有一个唯一的I/O配置和

ID号的组合。

多于4位数据的信号传输有一个更复杂的附件

(S-711)。因为模拟数据传输也用该附件定义,所以

称为模拟附件。S-711有以下两点要求:描述一种传

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《自动化仪表》第26卷第5期　2005年5月输多位数据的方法,即分几个周期传输,适用于模拟量应用场合;精确描述各项要求,使得在主站水平上开发出来的模块能够很容易地集成到系统中,并且保证元件的互换性。

这样,最重要的特点是使AS2i的应用领域扩大了,除开关量外还可以有模拟量,只是从站在传输时多于4位,增加了传输时间。

2.1　附件的意义

试验并不会损害认证,因外围元件所有的其它一般特性都可以由开发人员在开发过程中作内部和外部试验来进行测试。

为了满足AS2i高标准的要求,尤其是为了符合工业环境下的互操作性和数据安全性以及简单高效的通信方式等方面的要求,需要特别考虑以下3个特点:

AS2i网络的所有重要元件(包括从站、从站专用IC、电

源、主站及无源元件)必须进行测试和认证;元件抗干扰能力的测试要求在主站处于一个低水平的传输控制下进行,这是最难的测试;互操作性作为规范的主要要求,不是把要测试的从站接到某个网络上就能证明的,而是要测试它与规范上的所有主要元件的相容性。

3.1　试验指导

所有附件都是对实际应用的具体描述,它比规范对从站细节的定义更加具体,并通过I/O配置和ID号的组合保证其唯一性。其结果是,在不同制造商生产的带有相同附件的从站工作于同一个AS2i网络中时,如果它们的物理特性相同或相近,则其性能相同。因此可以说,规范保证了互操作性,附件则保证了互换性。

按照标准做法,用户的安装非常容易。如果储备的元件与原来使用的元件物理特性(例如从站传感器的敏感距离等)相近,则操作人员可以快速更换从站。这样不仅使得寻找替代元件更加容易,也保证了更换从站后不必修改程序。用带有附件的从站。

2.2　自由附件

认证试验条件由一些独立的试验规则组成,如表

3所示。

表3　制器(如PLC)之间的逻辑测试　差错检测　计时条件的测试　逻辑部分的测试(在最坏的条件下)　阻抗和对称性测试　振动、冲击测试　在AS2i电缆上电流消耗的测试　在AS2i电缆上电磁辐射和干扰的测试　启动状态测试　在AS2i电缆上电压开路的测试　外部连线的检查　访问AS2i网络操作的测试

无源

主机电源

IC元件

<

<

<<

ID号均为

HexF,,制。,因此在网络系统中完全是功能性的。可是更换这些从站是有限制的,因为必须查清其在特定场合下的功能。由于具体的解决方案往往由一个制造商提供,其互换性不是那么重要。

2.3　主站附件

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<<<<<

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<<

<<

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描述主站的功能,包括扩展型(M1)、最小型(M0)和缩减型(M2)主站之间的区别。在这3种情况下,最低要求是确定的,其它要求是可选的。例如,M0主站不需要写参数,这是因为考虑到某个小型PLC不能使用写参数。

<

<

<<<

3　试验条件

试验条件详细描述了所有AS2i网络中元件的外部认证试验,包括计量规则并定义了试验方法以测试元件的操作性能,这就保证了开发商(制造商)的产品指标和试验室测试之间参数的一致性。

试验条件的重点是那些重要实验认证设备的主要特性,而这些设备对于AS2i通信、系统和数据安全的检验是必不可少的。实际工作中减少一些外围元件的68

从站专用IC和从站本身的逻辑功能测试相对比较容易,因为测试内容并不多。可是测试主站时,由于主站要运行软件,事情就变得复杂了。试验结果一般取决于各种可能输入信号的组合和程序的不同状态。这样,在外部测试中只有主要特性可以测出,包括硬件、主站内的控制器(PLC,PC)的软件和主站内控制器与主机之间的耦合器接口(Coupler)软件。若装入一个测试程序,将AS2i网络的输入和输出数据相关联就可

PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVol.26No.5May2005

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分析主站的功能。

测试从站专用IC和主站的中心任务是测试系统检测数据传输差错的能力。这里,所有识别差错的方法都要被测试。为此专门开发了试验从站(用于测试主站)和试验主站(用于测试从站专用IC),它们向被测试的元件发送有时序或逻辑差错的报文,用以检测从站或主站运行的停顿有无变化和报文的长短、起始位、停止位、校验位或曼彻斯特编码是否有错以及是否违反跳变规则等等。

主站的模拟器件和从站专用IC(或两个由IC构成的从站组成的最简单系统)也要进行测试以确定它们是否能识别所有情况下AS2i电缆上的信号,这种测试在最复杂的拓扑结构下进行。通过这种测试,确保

AS2i可应用于任何拓扑结构。

图3　电磁干扰冲击测试实验系统

而CE标志只要通过其中一个标准;试验条件规定在测试重复报文时,只有在电磁干扰冲击期间传送的报文数量才被计数。按照IEC1000的规定,那些在两个冲击之间未受干扰的间隙传送的报文不被计数,因此保证了在试验条件最严格的情况下对标准和规范的诠释。

另外,所有元件都要在50～300kHz频率下测试其对称性和阻抗,因为对称性和阻抗影响AS2i电缆上的信号并影响网络的功能。图1以传感器/

执行器为例,说明了除从站要遵守的ASI国际协会的规范(ASIC

)以外还需要什么元件来完成系统的性能。图2显示了一统。

电磁干扰冲击试验使人容易看出干扰对网络信号,网络的冲击不会触发系,i不象对更高层的现场总线那样重要。。只要作一些逻辑测试就可精确地得到系统的多种功能指标。

3.2　CE标志

90/683/EWG委员会的决议规定了CE标志,它是

以一些厂商产品的内部认证试验为基础的。欧洲厂商必须在开发过程中进行这些测试。

AS2i产品的规范标准与CE标志很接近,符合规范

的产品也符合CE标志。唯一例外是电磁干扰冲击试

图1　采用AS2i专用芯片的智能传感器/

执行器从站结构原理图

验,AS2i规范比CE标志要求更高。

4　国际标准化

ASI国际协会希望超越事实上的工业标准而将AS2i作为数字串行传感器-执行器-接口的国际标

准。IEC已通过了这个标准(IEC62026-1),欧洲则在

1998年由CENELEC发布了AS2i标准EN50295。

AS2i并不包括在复杂的现场总线国际标准当中,

它只是提供一个双向的串行接口。通过它,传统的传感器和执行器以及将来用AS2i芯片制造的从站可以

图2　主站/从站阻抗和对称性测试实验系统

与总线网络方便地连接起来。它属于设备级底层的现场总线技术。

实验方法中还包括一个电磁干扰冲击试验t,其标准为IEC1000-4-4(以前是IEC801),如图3所示。它在更高频率条件下测试元件的对称性和阻抗并检验理论计算的结果。它提出了两个比CE标志更高的要求:电磁干扰冲击试验必须通过A和B两个标准,

5　认证

5.1　认证的目的和好处

象AS2i这样开放的系统允许使用各个厂商的产

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《自动化仪表》第26卷第5期　2005年5月

品,因此必须防止单个元件影响整个网络的情况发生。必须注意不能因为个别元件的非功能性而影响其声誉,ASI国际协会向所有AS2i厂商提供了一套认证的程序。

认证有一套正式的程序来进行认证试验和签发标志,其目的是保证厂商、用户和操作人员对AS2i总线的认识按照规范和附件的规定统一起来。

认证还确保了将通过认证的元件接入网络时有更高的安全性。ASI国际协会正在努力使得认证成为产品质量的保证。

5.2　认证程序

发认证的全过程。

认证的有效性一般没有时限,然而在某些特定情况下,已签发的认证可能会被收回或重审,这保证了

AS2i网络的功能性得到延续和认证程序的高度可信。5.3　认证试验5.3.1　试验准备

若要做认证试验,AS2i厂商必须向授权试验室提供包括以下条目的报告:

①一个或多个产品运转的试验目标,如果可行的话,还有一些外围设备,如测试主站的主机系统;

②带类型名称的试验步骤;

③描述被试验产品的应用领域、规范、附件和标准(版本号)以及操作的可能性;

④产品用户手册(数据手册,描述);

⑤试验程序要求的已做过的试验结果(自测试结果)。

签发认证标志在法律上意味着厂商可以在其产品上印上AS2i认证标志,这由ASI国际协会的认证程序进行管理。

通用AS2i商标可以被所有会员用于一般商业目的(ASI国际协会的注册商标),而认证标志(带阴影)只能由通过第三方的外部测试并向ASI国际协会认证办公室申请并得到认可后才能得到。

认证试验按照AS2i规范和附件的要求进行。通常设备被送到ASI试。由于AS2i的要求很高,说明。

试验报告和厂商说明书构成了认证的基础。试验和认证的过程如图4所示,它表示了从产品开发到签

,包括在“认证指南”产品特性。

实际上,外部认证试验主要要求测试那些对AS2i通信和数据安全至关重要的特性,一般情况下这些特性都应进行检测。

新开发的AS2i产品与其它产品在硬件和软件上有很大不同,需要进行基本测试。试验完成后,试验室提供一份试验报告,对申请者和认证办公室来说,这是认证的基础。认证后,产品被当作“参考产品”,如果它与AS2i有关部分的差别很小的话,可对其做一些调整。在这种情况下,通过一个简化的试验程序后即可签发认证,并对此“认证指南”有详细讲解。

5.3.3　认证得到的经验

1998年后已有300多个AS2i产品进行了认证,经过试验可得出两点经验:

①未通过第一次试验的产品非常多。认证就是要确保不符合规范和附件的产品不能到市场上销售,保证AS2i简单易操作,因此要求元件厂商作高质量的开发工作;

②经过校正后,所有产品不仅通过了认证试验,而且在做电磁干扰冲击试验时还绰绰有余,许多认证产品出现的报文重发现象只有规范所允许数量的1/100或1/1000。这也有力地说明了AS2i总线技术的可靠性和强大的抗干扰能力。

图4　认证过程

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