ASi网络系列产品做为西门子分布式传感器层网络应用，具有安装简易，维护方便，价格低廉等特点，同时，做为网络通讯的一种，还为传感器在现场的大规模应用提供了快速，安全的信号传输方式。其较小安装节点只有1个，因而能够满足现场绝大多数的工艺要求。同时，做为现场网络的一种，ASi网络也提供了故障安全产品和协议（ASi Safe），还提供了能够进行网络协议转换的网关，使得故障安全产品还能应用在Profibus或者ProfiNet网络中。本文将介绍ASi网络中如何实现ASi safe 以及在如何使用网关通过ASi网络控制G120F 型变频器的安全功能。
1 ASi网络介绍
AS-interface(AS-i) 是执行器（actuator）与传感器（sensor）接口（interface）的简称。是工业现场总线系统中较底层的网络协议，主要用于连接现场的传感器和执行结构。
ASi总线连接电缆为黄色的扁平电缆，电源电缆为黑色的扁平电缆，由于ASi网络即能传输电源又能传输信号，因而节省了大量的现场布线。同时，由于ASi连接方便，又节省了大量的人力成本以及维护成本，因而是现场总线应用中非常经济实用的一种。
图1 现场总线的“金字塔”模型
1．1 ASi 网络结构
ASi具有多种组网方式，使用非常灵活，其网络拓扑可以是星形，总线型以及树型。整个网络可以从任何一个节点向外扩展。例如（图3、图4、图5）：
图2 线形网络拓扑
图3 星形网络拓扑
图4 树型网络拓扑
其中线型网络拓扑较简单，所有的连接的从站节点均串联在ASi总线上；星形网络拓扑中，较广泛分布的从站节点均连接到主站上，其中少量的节点还可以串联在一起；而树型网络结构是星形网络的一种拓展，所有的网络分支均可连接到“根”节点。
1．2 ASI网络连接
ASi网络中至少应包括主站，电源以及ASi从站，ASi网络是一种单主站系统（图5）。
一个AS-Interface网络可以支持31个标准站或62个A/B站。其中标准站和A/B站可以结合在一起使用。网络中较多可以使用4个没有地址的站点： 例如safety monitors，ground fault monitoring module等。如果网络中使用中继器将网络隔离成不同的网段，则每个网段较多可以有4个没有地址的站点。但这些站点都需要占用标准从站的地址，即此时标准站的数目将相应的减少。
图5 ASi网络
ASi网络还可以做为一个子网，通过网关连接到上层的Profibus或者ProfiNet网络中（图6）。此时ASi主站既做ASi网络的主站，同时又是上层网络的从站。
图6 ASi网络连接到Profibus或者ProfiNet网络
1．3 ASI网络拓展
（1）在没有额外中继设备的情况下，每个ASi网段的通讯距离是100米。如果通过中继器进行拓展，则较多可以串联2个中继器，线型网络距离达到300米。但每个网段都需要一个单独的电源供电（图7）。
图7 每个网段100米
（2）使用“Extension Plug（拓展插头）”进行网络拓展时，可将网络距离加倍，增加到200米，但中间不能使用任何中继设备（图8）。
图8 使用拓展插头进行网络拓展
（3）当网络中既有“Extension Plug（拓展插头）”又有中继器时，可以将中继器加在“Extension Plug（拓展插头）”的后面，但不能串联，因而较多可将网络拓展到600米（图9）。
图9 网络中同时使用拓展插头和中继器
2 ASIsafe 介绍
在标准AS-I 网络中加入Safety，需要：Safety monitor和Safe slaves。
对于已存在的网络，通过ASIsafe可以更容易的实现与安全相关的功能的扩展而*使用故障安全型的PLC或者特殊的主站。
DP / AS-i F-Link 将ASIsafe 网络集成到PROFIBUS 或 PROFINET的安全网络中。通过PROFIsafe， DP / AS-i F-Link 将ASIsafe网络连接到安全控制器。DP / AS-i F-Link将AS-i主站（网关）与safety monitor结合在一起。此时的网络中需要：
1） DP / AS-i F-Link
2） Safe slaves
2．1 DP / AS-i F-Link
通过DP / AS-i F-Link 实现安全功能包括：
1） PROFIBUS DP主站做为安全控制器通过DP / AS-i F-Link 与 AS-i slaves通讯。 AS-i通讯内容在PROFIBUS DP 主站中被划分为两个相邻的数据区：分别为标准数据区和 PROFIsafe 数据区。 DP / AS-i F-Link 是 PROFIBUS DP-V1 的从站和AS-i 主站，从而实现通过PROFIBUS DP来访问 AS-I 数据。
2）DP / AS-i F-Link可以将与安全相关的输入数据从ASIsafe从站通过PROFIsafe协议转发到PROFIBUS DP 主站。*额外的安全电缆或者安全监视器等设备。
3）二进制或者模拟量都可以被传输。安全从站是提供故障安全输入的设备，例如急停按钮，光栅，激光扫描仪等。这些设备较高可以达到Category 4 （ EN 954-1 ），SIL3（ IEC 61508 ）或者PL e （ EN ISO 13849-1 ）的安全等级。
4）安全数据是通过动态的，安全的传输协议在安全从站与DP / AS-i F-Link 之间传输的。在每个周期， DP / AS-i F-Link 将按照事先定义的算法从每个连续变化的从站数据中预算一个特定的报文。
图11 DP / AS-i F-Link的工作原理
通过DP / AS-i F-Link 以及IE/PB Link 等网桥，我们可以将ASI 网络连接到Profibus或者Profinet网络中，同时通过ASIsafe 以及Profisafe等协议的保证，可以将ASIsafe 信号传输到以太网上的其它故障安全的站点实现控制功能（图12）。
图12 ASIsafe 网络与Profibus以及Profinet的连接
2．2 ASIsafe 网络器件
相关ASIsafe的网络器件包括：
1） DP/ASI F link
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? 紧凑型的，安全相关的DP与ASI网关。做为ASIsafe的
主站，不再需要额外的ASI主站；
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? 可以集成在STEP7中进行组态，也可以通过手动进行
参数设置；
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? 可以满足 Category 4 (EN 954-1) / SIL 3(IEC 61508) /
PL e (EN ISO 13849-1)的安全应用。
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2） 安全ASI模板
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? IP20/IP65/IP67的防护等级；
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? 紧凑型设计，输入点数较少，带有
标准输入/输出。
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3） 急停装置
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? IP65/IP67防护等级；
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? 可以直接连接到ASI网络；
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? 金属或者塑料设计；
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? 按钮、指示灯、蘑菇头以及选择开关可以
任意组合，只需一根网线。
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4）位置开关等
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? IP65防护等级；
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? 直接连接；
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? 执行器或者锁机构可分离；
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? 金属或者塑料设计。
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5）光电感应设备（光栅、激光扫描仪）
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? IP65防护等级；
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? 激光扫描：Cat3、SIL2或者PLd等级；
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? 光栅：Cat4、SIL3或者PLe等级。
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6）编址器
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? ASI设备的地址设定；
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? 读 ID code；
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? 参数设定，ASI 电压测量；
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? 存配置信息。
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3 ASIsafe与G120F的应用
图13 ASisafe与G120F
在本应用中，使通过ASIsafe将ASI网络中的安全模板连接在一起，然后通过DP/ASi F link 将ASIsafe 集成到Profisafe中，通过DP连接到Safety PLC以及G120F，从而控制G120F的安全功能。
首先通过编址器，为每一个ASi设备进行地址设定。设地址时，应该保证每个设备是单独连接在网络中或者直接连接在编址器上。
3．1 硬件连线
ASI总线的连接较为简单。由于ASI信号电缆为扁平电缆，且有方向性，因而连接不易出错。这里介绍一下ASI安全型模板的接线。
在本应用中，使用到了两种ASI安全型模板，分别是：K45(3RK1405-1BG00-0AA2)和
S22(3RK1205-0BE00-0AA2)。
对于这两种F信号的输入模板，需要注意其F-IN信号的连接方式。否则该模板将不能正常工作：
1） S22(3RK1205-0BE00-0AA2)
对于该模板，具有2个F-IN通道，因而可以
实现1oo1或者1oo2的连接，从而达到SIL2/
SIL3的安全等级应用。
对于SIL2的应用，虽然模板只需要连接一个
F-IN通道，但模板本身还是检测两个通道，
因此注意将另外一个通道短接（图14）；
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图14 SIL2的接线方式
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对于SIL3的应用，需要使用双触点或者两个
单触点，注意不能使用一个单触点并联在两
个通道上的接线方式（图15）。
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图15 SIL3的接线方式
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2） K45（3RK1405-1BG00-0AA2）
同样注意SIL2和SIL4的接线方式：
图16 SIL2的接线方式 图17 SIL3的接线方式
3．2 调试过程
3．2．1 Step7的组态
（1）新建一个S7 300站，添加CPU 317F-2 PN/DP做为F主机，新建Profibus 网络，在网络中添加DP/ASI F LINK 以及 SINAMICS CU240DP F做为从站，站号分别为3和4（图18）。
西门子6SE64302UD413FB0
图18 新建S7 300站
（2）双击CPU，设置CPU的参数。
选择F 参数，为故障安全程序设置密码（图19），防止有未经授权的人修改F程序。
图19 设置F程序的密码
选择“Protection”，设定CPU程序的访问保护密码，同时将“CPU contains safety program”激活（图20）。
图20 选择密码保护选项
（3）双击DP/ASi F link，在其属性中选择“Upload to PG”（图21），将其所连接的ASi从站读入到Step7的项目中（图22）。
图21 DP/ASi F link 的属性
称重变送器和称重仪表不同，SIWAREX系列称重模块可以直接接收称重传感器输出的mV信号，并与西门子控制系统（包括S7 200/300/1200/ET200M/ ET200S）无缝集成，具有扩展灵活、精度高、响应速度快等优点。SIWAREX系列称重模块其设计用于各种工业环境，具备很高的抗干扰能力，但是为了保证模块运行可靠，在安装接线等方面必须要规范操作。
图1 SIWAREX集成化解决方案替代称重变送器/仪表
EMC即电磁兼容性，描述了电气设备在特定的电磁环境下，既不受到电磁环境的影响，也不会对周围环境产生影响的能力。在系统安装之前，一定要执行EMC设计规范，分析各种可能存在的干扰源。
电磁干扰可以通过以下几种方式干扰到控制系统和称重模块的正常工作：
（1） 电磁场直接作用于控制系统；
（2） 通过现场总线引入干扰，如PROFIBUS DP；
（3） 通过过程信号电缆引入干扰；
（4） 通过电源或者保护地引入干扰；
根据传输介质（导电还是非导电）以及干扰源与设备之间的距离，干扰信号可以通过四种耦合方式进入到控制系统：
（1） 电导耦合
（2） 电容耦合
（3） 电感耦合
（4） 辐射耦合
安装接线注意事项
原则1：接地面积要大
安装自动化设备时，不可动的金属部件要接地，接地面积要大，接地电阻要小，比如通过扁钢、铜排、截面积比较大的电缆等。喷漆或者阳极化处理的金属部件，通过螺丝接地时，需要通过专门的接地片或者去掉接触面的防腐层。因为铝很容易氧化，不适宜作为接地材料。
图2 接地铜排及电缆
原则2：电缆敷设要分类
在敷设电缆时，将其按照主电源线、电源线、信号线、现场总线等进行分类，电源线与信号线一定要走不同的穿线管或者走线槽，信号线尽可能贴着支撑梁、金属导轨、机柜背板等走线。
原则3：等电势体
创建等电势体，并将系统内的所有电气设备都通过等电势体连接到大地。对于防爆应用场合，必须建立等电势体。
原则4：电缆屏蔽层要连接
称重模块与传感器之间推荐使用西门子提供的**电缆，如图3所示。
电缆型号：Li2Y 1 x 2 x 0.75 ST + 2 x (2 x 0.34 ST) – CY
订货号： 非防爆 7MH4702-8AG 防爆 7MH4702-8AF
注意：如果使用第三方电缆，请使用两两双绞屏蔽，外面还要有一层总屏蔽的双屏蔽电缆：
图3 称重模块与传感器之间连接电缆
当传感器与称重模块之间距离很远时，在有等电势体的前提下，建议屏蔽层在接线盒和模块处均大面积接地，如下图所示：
在模块侧电缆的屏蔽层压直接压在屏蔽安装单元上，如下图所示：
图4 电缆屏蔽层的连接
原则5 各种屏蔽连接单元的使用
在称重模块侧，称重传感器电缆的屏蔽层通过各种屏蔽连接元件与安装背板或者导轨进行大面积连接。
对于S7 200中使用的SIWAREX MS模块其屏蔽连接端子如下图所示，订货号：6ES5728-8MA11，每包10个。
图5 SIWAREX MS屏蔽连接端子
对于SIWAREX U、SIWAREX FTC和SIWAREX FTA模块，屏蔽连接元件和屏蔽连接端子需要配合使用，其中：
屏蔽连接单元，订货号：6ES7390-5AA00-0AA0，可供两个SIWAREX U 使用，（对于SIWAREX FTC和SIWAREX FTA模块一个连接单元只能连接一个模块。）
屏蔽连接端子，订货号：6ES7390-5CA00-0AA0，每包两个，适合线径为4 到13mm 的传感器电缆。
图6 SIWAREX U/FTA/FTC屏蔽连接单元及端子
对于SIWAREX CS模块
屏蔽连接元件，订货号：6ES7193-4GA00-0AA0，每包5个；
屏蔽连接端子，订货号：6ES7193-4GB00-0AA0，每包5 个；
图7 SIWAREX CS屏蔽连接单元及端子
屏蔽连接端子和单元组装后，如下图所示：
图8 SIWAREX CS屏蔽连接单元及端子装配图
原则6：接线盒的选择
当一台秤使用多个称重传感器时，传感器电缆必须通过接线盒将电缆进行并联。西门子提供**的接线盒，有不锈钢和铝两种材质，外壳喷漆处理，如下图所示。盒子上面有4个进线空，下面有一个出线孔，即较多允许四个传感器并联。
订货号： 不锈钢材质 7MH4710-1EA 铝材质 7MH4710-1BA
图9 西门子称重传感器接线盒
接线盒的电缆密封格兰头内有4个金属片，当电缆从该格兰头穿过时，电缆的屏蔽层通过四个金属片压紧，并与金属格兰头大面积接触，而金属格兰头与接线盒壳体是导通的，这样连到接线盒上的所有传感器的屏蔽层通过金属壳体导通，而且导通电阻非常小。
图10 接线盒电缆密封格兰头
图11 电缆屏蔽层通过电缆密封格兰头内金属片压紧图
在有等电势体的情况下，接线盒可以通过其接地端子进行接地。该接地端子与电缆密封格兰及壳体都是连通的。
图12 接线盒接地端子
注意：如果需用第三方接线盒，要求接线盒的壳体及其电缆密封格兰都必须是金属的。
EMC问题通常会引起称重模块的SF指示灯亮或者重量显示错误，通常可以检查下列几点：
（1） 在称重模块侧，电缆屏蔽层是否通过各种屏蔽连接元件接地；
（2） 在接线盒处，电缆屏蔽层是否通过接线盒的金属密封格兰与接线盒连接，而不是将屏蔽层连接到内部端子上；
（3） 称重传感器接地电缆，截面积大于16mm2，这样可以一定程度上防止现场电焊等操作造成传感器过电流损坏。如果从西门子采购，该电缆订货号为7MH3701-1 AA1
图13 称重传感器接地电缆
（4） 电缆屏蔽层接地点是否等电势，等电势体的截面积是否足够大。
（5） 称重模块与传感器之间的连接电缆与电源或者电机（尤其变频器控制的电机）的动力电缆距离是否太近了。
（6） 检查控制柜中称重模块与变频器或者它的的电缆太近了。
（7） 继电器、开关或者电磁阀门是否有保护电路，或者保护电路是否工作正常。
（8） 24V供电电源也可能引起模块故障。在这种情况下，24V电源可以并联稳压二极管，1N6285的效果就很好，击穿电压不**34V。
（9） 在某些特殊场合还可能用到滤波器。经过测试EPCOS的SIFI-B或D型滤波器效果很好。如果故障来源于传感器电缆，那么EXC、SENSE和SIG各需要一个滤波器。
