Erschienen am: 09.09.2009, Ausgabe SPS-MAGAZIN 9 2009

AS-Interface erschließt neue Anwendungen

Gerade in Anwendungen mit wenigen E/As dominiert noch immer die Parallelverdrahtung. Auch wenn AS-Interface für diese Anwendungen prinzipiell gut passen würde, war bisher die Notwendigkeit des AS-i-Systemnetzteils ein Hindernis, weil dadurch zusätzlich Kosten entstehen. Demnächst kann AS-Interface auch mit bereits vorhandenen 24VDC-Netzteilen betrieben werden. Dadurch erobert sich das System einen Anwenderkreis, der bisher überwiegend klassisch parallel verdrahtete.

Autor: Dipl.-Ing. Rolf Becker, AS-International Association e.V..


AS-Interface ist ein weit verbreiteter Kommunikationsstandard in der Industrie. 'Low Cost - Low Level' umschreibt wohl am Besten das Ziel, das das Entwicklerkonsortium sich gesteckt hatte, als es zu Beginn der 90-er Jahre begann, das AS-Interface zu entwickeln. Zum System AS-Interface gehören besondere Netzteile. Damit an jedem Punkt des AS-Interface-Netzwerkes eine Versorgung mit 24VDC sichergestellt werden kann, wurde das Netzteil mit einer Nennspannung von 30V spezifiziert. Diese Auslegung erlaubt einen zulässigen Spannungsabfall von ca. 3V über das AS-Interface-Kabel und noch einmal ca. 3V im Slave, wo ja Daten- und Energiepfad wieder voneinander getrennt werden müssen. Die Philosophie der Einfachheit zieht sich konsequent durch das gesamte System. Bereits in kleinen Applikationen ab 20 E/As rechnet sich das zusätzlich benötigte Systemnetzteil, das die 30V Systemspannung zur Verfügung stellt. Unterhalb dieser Grenze bildet es jedoch einen zusätzlichen Kostenfaktor, weil in der Regel ohnehin bereits ein 24V-Netzteil in der Anwendung verbaut ist, das doch eigentlich auch für die Busgeräte verwendet werden könnte. Dieses weitere Einsparpotenzial hat auch die Anwendervereinigung AS-International erkannt und ein Projekt ins Leben gerufen, um nahezu jede beliebige 24V-Stromversorgung auch für AS-Interface nutzen zu können.

Zielgruppe


Gerade in Kleinstanwendungen sind Kostengesichtspunkte ganz oben im Pflichtenheft der Applikateure. Prinzipiell wäre AS-Interface durchaus die richtige Wahl. Und auch, wenn ein AS-Interface-Netzteil im Bereich deutlich unter 200 Euro zu haben ist, so erhöhen sich die Kosten pro Knoten gerade in Kleinstanwendungen dadurch derart, dass Anwender hier immer noch klassisch parallel verdrahten und die vielen Vorteile moderner Kommunikationslösungen, insbesondere bei Diagnose und Wartung, nicht nutzen können. Mit der Möglichkeit, ein ohnehin vorhandenes 24V-Netzteil auch für AS-Interface nutzen zu können, erobert sich das Kommunikationssystem eine weitere Anwendergruppe, die bisher nicht von den Vorteilen solcher Systeme profitieren konnten. Durch die Kopplung von Daten und Energieübertragung im AS-Interface ist die Anbindung an jedes beliebige 24VDV-Netzteil nicht ohne weiteres möglich. Wie die Entwickler diese Aufgabe gelöst haben, wollen wir im Folgenden zeigen.

Grundlagen


AS-Interface-Netzwerke bieten den Vorteil, dass sie neben der Datenkommunikation auch gleich eine 24V-Energieversorgung mitbringen. Die Physik des ohmschen Gesetzes reduziert die verfügbare Spannung über die Länge einer Leitung. Darum wird AS-Interface mit einer erhöhten Spannung von ca. 30V betrieben. So ist gewährleistet, dass auch nach 100m eines AS-Interface-Segmentes noch Spannung von 24V zur Verfügung steht. Zur Kommunikation über die Gleichspannung im Netzwerk verwendet AS-Interface eine Datenentkopplung. Die sogenannte Datenentkopplung ist eine spezielle Baugruppe, mit der die AS-Interface-Kommunikationssignale erzeugt werden, außerdem ist sie wichtig für die Störfestigkeit des AS-Interface-Netzwerkes. Das AS-Interface-Netzwerk selbst wird nicht geerdet. Nicht nur weil es die Maschinenrichtlinie fordert, sondern auch weil es wichtig für die Signalqualität und Störsicherheit ist. Eine wichtige Anforderung der Sicherheitsnormung für elektrische Netze in Maschinen und Anlagen ist der sogenannte Erdschlusswächter. Er verhindert ein ungewolltes Anlaufen von potenziell gefahrbringenden Bewegungen im Falle eines zweifachen Erdschlusses.

Die neue Technik


Die Kommunikationstechnologie von AS-Interface kann grundsätzlich auch mit nur 24V betrieben werden. Voraussetzung dafür ist allerdings - neben einer optimierten Datenentkopplung und einer stabilen 24V-Versorgung - die Anpassung bzw. Einschränkung einiger AS-Interface-Netz­werkkomponenten. Die optimierte Datenentkopplung ist für den Betrieb im 24V-Netz ausgelegt - wichtig ist ein möglichst geringer Spannungsfall, um möglichst viel Energie im AS-Interface-Netzwerk zu haben. Dabei muss die mögliche Erdung im 'Versorgungsstromkreis' berücksichtigt werden. Die 24V-Stromversorgung muss gewisse Mindestanforderungen hinsichtlich Regelung und Restwelligkeit erfüllen. Im praktischen Betrieb ist eine Veränderung an den AS-Interface-Mastern notwendig, denn zum sicheren Betrieb der Anlage wird bei einer Unterschreitung eines gewissen Spannungspegels das System gezielt abgeschaltet. Damit wird ein undefinierter Status von angeschlossenen Slaves oh­ne Watchdog ausgeschlossen. Dieser Wert des 'AS-Interface Powerfail (APF)' muss für einen regulären Betrieb mit 24V herabgesetzt werden. Auch ein entsprechender Erdschlusswächter wird benötigt. Bei bestehenden Netzen ist er meist im AS-Interface-Netzteil oder dem Master integriert.

24V-AS-i-Einschränkungen


Für ein solches Netzwerk mit reduzierter Spannung gelten einige wenige Einschränkungen. So ist eine Netzwerkausdehnung von über 50m nicht zu empfehlen. Den Ausgängen an den AS-Interface-Slaves steht nur eine geringere Spannung zur Verfügung; damit ist die Aktuatorik eingeschränkt. Der Vorteil ist jedoch gerade in Kleinstanwendungen wichtig: Die Kosten für ein AS-Interface-Netzteil entfallen. (kbn)

((Kasten1:)) Stromeinspeisung bis 8A


Der Strom, der in das AS-Interface-Netzwerk eingespeist werden kann, ist im Prinzip beliebig wählbar. Praktisch (wegen der üblichen Leiterquerschnitte der AS-Interface-Leitungen) stellt ca. 8A eine sinnvolle Obergrenze dar.

Interview mit Rolf Becker, Geschäftsführer der AS-International in Gelnhausen: "Wir zielen auf einen großen Anwenderkreis, der heute noch parallel verdrahtet."


SPS-MAGAZIN: Zunächst die Frage, in welchem Stadium das Projekt gegenwärtig ist?


Rolf Becker: Die Entwicklung des 'Erdschlusswächters' ist fertig. Es gibt entsprechende Prototypen bzw. Vorserienmodelle. Jetzt ist die Aufgabe, diesen Baustein in entsprechende Master zu integrieren. Im ersten Step ist das ein separates Kästchen. Im nächsten Schritt wird die Integration in einen Master erfolgen. Im Endeffekt entsteht ein Master, der einfach mit jedem beliebigen 24VDC-Industrienetzteil funktioniert.

SPS-MAGAZIN: Welchen Nutzen haben AS-Interface-Anwender von der Anbindung an beliebige Netzteile?


Rolf Becker: Wir zielen auf einen großen Anwenderkreis, der heute noch parallel verdrahtet, Anwendungen in kleine und kompakte Abmessungen realisiert und bei dem das Sondernetzteil die Kostensituation bisher negativ beeinflusst hat. Für diese Anwender haben wir jetzt eine passende Lösung.

SPS-MAGAZIN: Was bedeutet diese Entwicklung für Hersteller von AS-Interface?


Rolf Becker: Der reale Umsatz mit AS-Interface-Hardware beträgt etwa 300Mio. Euro mit einer starken Verbreitung in Europa und in Asien, hier insbesondere in Japan. Mit der Entwicklung der 24V-Anbindung erschließen wir für AS-Interface eine völlig neue Kundengruppe, die bisher noch parallel verdrahtet. Der Umsatz mit AS-Interface-Produkten wird sich dadurch noch einmal deutlich erhöhen, weil das System in diesem Segment komplett konkurrenzlos ist. Nach unseren bisherigen Tests wird die überwiegende Anzahl an Slaves ohne Weiteres auch mit der geringeren Versorgungsspannung von 24V zurechtkommen. Für die übrigen gilt: Der Aufwand für die Anpassung dürfte verhältnismäßig gering sein.

SPS-MAGAZIN: Wer hat diese Entwicklung gemacht?


Rolf Becker: Hierbei handelt es sich um eine Gemeinschaftsentwicklung einiger Firmen aus dem AS-International-Verbund. Jedoch werden alle AS-International-Mitglieder auf diese Entwicklung zurückgreifen und entsprechende Geräte entwickeln.

SPS-MAGAZIN: Wie sieht es mit den Patenten dafür aus?


Rolf Becker: Es ist bei AS-Interface immer so gewesen, dass alle Mitglieder die Technologie von AS-Interface ohne Lizenzgebühren nutzen können. Die Diskussion um Patente stellt sich für uns als AS-International auch nicht: Unser gemeinsames Ziel ist eine hohe Verbreitung des Systems, unser gemeinsames Ziel ist eine große Produktpalette. Das ist allen, auch den großen AS-International-Mitgliedern klar. In Projekten, wie beispielsweise der Anpassung an 24V-Netzteile, gibt es immer Projekttreiber und solche, die die Entwicklung am Ende einfach nutzen. Die Projekttreiber haben eben den Vorteil, dass sie schneller am Markt sind und tiefer im Detail stecken. Der Vorteil von unserer Organisation ist das Miteinander: Natürlich sind das draußen Wettbewerber, aber die gemeinschaftlichen Entwicklungen funktionieren bei uns einfach sehr gut.

SPS-MAGAZIN: Wann wird man fertige Geräte kaufen können?


Rolf Becker: Ich gehe davon aus, dass bis zur Hannover Messe 2010 bereits mehr als 80% der Produkte für den 24V-Einsatz freigegeben sind.


((Kasten2:)) Überblick über AS-Interface


Seit den 90er Jahren gehört AS-Interface zu den wenigen Kommunikationsstandards, die sich in der Gunst der Anwender etabliert haben. Einfachheit war von Beginn an das wichtigste Attribut bei Entwicklung und Ausbau des Systems. Diese Einfachheit bezieht sich dabei vor allem auf die Einfachheit in Installation und Betrieb des Systems. Zur Erinnerung: AS-Interface überträgt auf der gleichen Leitung sowohl die Versorgungsspannung als auch die Daten für die Busteilnehmer. Damit reduziert sich der Installationsaufwand schon einmal. Noch dazu erfolgt der Anschluss der Teilnehmer mittels der sogenannten Piercing-Technik. Dieses patentierte Verfahren der Kontaktierung erspart zahlreiche Arbeitsschritte wie Ablängen, Abisolieren, Festschrauben usw.: Das Kabel wird einfach in den Busteilnehmer eingelegt, anschließend wird das Gehäuse geschlossen. Zwei Anschlusskontakte im Gerät durchdringen die Isolierung des Kabels und stellen so die Verbindung zum Bus her. Eine Verpolung ist durch die Form des Kabels ausgeschlossen. Allein diese Vorteile bei der Anwendung von AS-Interface sparen viel Zeit und Kosten.

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