ASi als dezentraler Datenzubringer für Industrie 4.0 und IIoT (Quelle: AS-Interface)
In einem sind sich die Anwender in der Automatisierungstechnik einig: Benötigt werden stabile Kommunikationsnetzwerke, die echtzeitfähig, sicher und zuverlässig sowie hoch verfügbar sind – unabhängig davon, ob es sich um einfache Maschinen oder komplexe Anlagenkonzepte handelt. AS-Interface gestaltet mit einer Gemeinschaft von Anwendern, Geräteherstellern und Hochschulen den technischen Fortschritt in der industriellen Kommunikation.
So wurde im letzten Jahr in der ASi-5-Entwicklungsgemeinschaft intensiv daran gearbeitet, die technischen Anforderungen aller beteiligten Industriepartner umzusetzen. Mit Renesas als Halbleiterhersteller galt es, einen Chip zu entwickeln und im Vorfeld des ASi-5-Projekts sämtliche Anforderungen und deren Realisierbarkeit zu evaluieren, Alternativkonzepte zu diskutieren und letztendlich die Umsetzung voranzutreiben.
Renesas entwickelte die Chiptechnik, wählte dazu passende analoge Komponenten und spezifizierte die digitalen Algorithmen. Im Fokus standen dabei die Erfahrungen mit Powerline-Kommunikation und OFDM (orthogonales Frequenzmultiplexverfahren). Damit konnten Funktionen, wie die hohe Datenbandbreite von ASi-5, optimal entwickelt werden.
Geballte Funktionswelten plus bewährte Installationsvorteile
Wichtig bei der Vorstellung von ASi-5 ist die Kompatibilität des Systems. Der Anwender kann so die Geräte der verschiedenen Technologieschritte zusammen verwenden und den jeweils richtigen Mix aus bewährten Geräten und innovativen Funktionen für sich zusammenstellen. Mit einer erhöhten Datenbandbreite und der schnellen Kommunikation mit Zykluszeiten hinunter bis zu 1,2 ms kommt die ASi-5-Technologie zukünftig auch für datenintensive und zeitkritische Anwendungen in Betracht. Das neue Übertragungsverfahren ermöglicht Zeit- und Frequenzmultiplexing. Damit kann das Kommunikationssystem flexibel angepasst werden. Schnelle Kommunikationsnetze oder solche mit hoher Datenbandbreite können realisiert werden.
Wesentlicher Aspekt der Weiterentwicklung ist der Fakt, dass ASi-5 komplett rückwärtskompatibel ist. Die Einführung von ASi-5-Geräten hat keinerlei negative Auswirkungen auf bestehende AS-Interface-Netzwerke. Nutzer können an einem ASi-5-Kombi-Master sowohl ASi-5- als auch ASi-3-Geräte gleichzeitig betreiben. Bezogen auf die Chipentwicklung bei Renesas und der Zusammenarbeit mit der Entwicklungsgemeinschaft war diese Forderung einer Rückwärtskompatibilität insofern anspruchsvoll, da die ASi-3-Übertragungen die ASi-5-Daten nicht stören dürfen und umgekehrt.
Zeitmultiplexing als Übertragungsverfahren
Ein Highlight des ASi-5-Systems ist das Zeitmultiplexing, mit dem festgelegt wird, wie oft bzw. in welchem Rhythmus ein Slave mit dem Master kommuniziert. Man benötigt vier Subzyklen, die jeweils 1,2 ms entsprechen, für einen ASi-5-Zyklus. Der Anwender wählt, ob ein Slave seine Daten in jedem Subzyklus oder aber nur in jedem vierten Zyklus aktualisiert. Soll ein Slave in jedem Subzyklus kommunizieren, verringert sich allerdings die Anzahl der maximal an einem Strang anschließbaren Slaves. In der Summe bleibt es offen, ob man 24 Slaves anschließt, die alle 1,2 ms kommunizieren, oder 96 Slaves, die alle 5 ms kommunizieren. Diese Form des sogenannten Frequenzmultiplexing bezieht sich auf die Transportchannel (TC), die je 16 bit umfassen.
Jedem ASi-5-Slave steht ein solcher TC zur Verfügung, um Daten zu übertragen. Jeder Slave kann bis zu vier dieser Channels nutzen, um mehr Daten zu übertragen. Für jeden einzelnen Slave lassen sich Zeitmultiplexing und genutzte Transportchannels kombinieren, um so bis zu 32 Byte je Slave zu übertragen. Das neue Verfahren wird problemlos mit dem etablierten und bewährten ASi-3-Übertragungsverfahren auf demselben gelben Flachkabel kombiniert.
In der Sensor-Aktuator-Ebene werden zunehmend Kommunikationsnetzwerke mit hoher Flexibilität gefordert. Mit weltweit mehr als 37 Millionen installierten Knoten und mehr als sieben Millionen sicherheitsgerichteter Schaltgeräte hat sich AS-Interface als dezentraler Datenzubringer etabliert.