Bruno Lupetti, Diretor de Tecnologia AS-i da PI Brasil.

Capítulo 03 – Tecnologia AS-i

Tomando como base os capítulos anteriores (“História, criação e conceitos básicos da Rede AS-i” e “Critérios e Conceitos Adotados”, capítulos um e dois respectivamente), o capítulo três inicia-se com a conclusão de que a interação eficaz das ideias concebidas anteriormente em um mesmo sistema compõe uma solução de performance ideal para aplicações de sistemas fieldbus na camada “chão de fábrica”. Além disso, neste capítulo serão abordadas as características do protocolo, bem como sua forma de comunicação.

Princípio de Operação em linhas gerais

Através de um controlador que pode exercer a função de Gateway (conversor) ou Master (CLP com funções básicas) a rede AS-i monitora todos os escravos de maneira cíclica e com conceito de rede determinística. Cada escravo possui um endereço, desta forma, se algum dos escravos entrar em falha, seu endereço será automaticamente indicado pelo controlador.

Os telegramas do protocolo AS-i são curtos, de estrutura simples e, em particular, possuem tamanho fixo. Durante cada ciclo, quatro bits de dados são usados para verificação de status do escravo e, por sua vez, enviados ao controlador. Isso significa que a informação atrelada ao escravo será sempre atualizada a cada ciclo. Informações mais longas, por exemplo, sinais analógicos ou dados de parâmetros, são enviados e consolidados através de múltiplos ciclos.

O tempo de ciclo da rede AS-i, considerando a capacidade máxima do protocolo, sendo 31 ou 62 escravos é de aproximadamente 5ms.

Com capacidade de comunicação de sinais convencionais e de segurança (NR12) através da mesma infraestrutura de cabeamento, é possível afirmar que se trata de um dos protocolos mais rápidos e completos da atualidade, atrelado a uma instalação facilitada promovendo redução de custos com cabeamento e horas de montagem/start-up.

Com relação a sinais analógicos, a rede AS-i possibilita a comunicação destes dados através do próprio cabo amarelo, não sendo necessária a utilização de cabos “shieldados”, validando a afirmação acima sobre redução de custos.

O cabo AS-i, por sua vez, descarta a necessidade de shield, não apresenta par trançado é capaz de transmitir alimentação e dados. Sua aplicação e robustez no que tange à integridade de dados em um ambiente industrial são garantidas através de seu design simétrico e mecanismos de verificação efetivos. Erros de comunicação são raros, geralmente atrelados a instalações incorretas ou fora dos padrões exigidos a qualquer rede industrial. Quando ocorrem, são rapidamente detectados pelo controlador através da repetição do telegrama enviado e não respondido. Tal ação promove um acréscimo de 0,15ms no tempo de ciclo, significando que o sistema continua operando mesmo com ambientes repletos de ruídos.

Trata-se de um protocolo aberto onde uma das premissas é a interoperabilidade de seus componentes, promovendo ainda mais facilidade a seu usuário.

A tabela 1 abaixo é um resumo dos quesitos chave mencionadas acima:

Tabela 1 – Resumo dos quesitos e características.

Transmissão de dados

A comunicação do protocolo AS-i se torna possível através da modulação do sinal de corrente, proporcionando a alimentação e dados via par de fios. Os dados por sua vez são dispostos em código Manchester. Através das figuras apresentadas abaixo, é possível verificar graficamente o funcionamento descrito anteriormente:

Figura 1 – Desacoplamento ou Modulação do sinal.

Figura 2 – Expectativa dos sinais de tensão e corrente.

Figura 3 – Dimensões padronizadas para cabo chato AS-i em mm.

Figura 4 – Curva de impedância no cabo AS-i (100m), rede com 30 escravos.

Estruturação dos telegramas ou palavras

No que diz respeito à estruturação dos bits da rede, como mencionado anteriormente, uma das premissas do protocolo foi a simplicidade. Abaixo será possível visualizar a composição dos telegramas de solicitação por parte do controlador e de resposta por parte do escravo (tabela 2). Para tal apresentação, estão sendo consideradas versões iguais ou superiores à 2.1, ou seja, conexão de 62 escravos. No que tange a sinais de segurança, tal estruturação se dá de forma diferente e será abordado futuramente:

Tabela 2 – Estruturação do telegrama do Controlador e do Escravo.

A figura 5 ilustra um overview das solicitações promovidas por um controlador a um escravo standard, bem como a possibilidade de configuração de entradas e saídas do escravo.

Por fim, uma visão geral dos componentes básicos necessários para o correto funcionamento da rede pode ser encontrada nas figuras 6 e 7. Vale ressaltar que a quantidade e a diversidade dos elementos são vastas (Gateways, Mestres, Fontes AS-i, Módulos I/O e acessórios). Em linhas gerais, todos os sinais para fins que não se enquadrem na malha de controle, mas sim monitoramento e seguem as características abaixo podem ser levadas em conta em uma possível arquitetura AS-i: