Rede AS-I (Actuator Sensor - Interface)

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UNIVERSIDADE TIRADENTES 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rede AS-I (Actuator Sensor - Interface) 
 
 
 
 
 
José Adriano Reis Alécio 
Luiz Antônio de Souza Maia 
 
 
 
 
 
 
 
 
Professor: Weslley Alves Farias 
Disciplina: Redes e Protocolos Industriais 
Turma: N01 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aracaju – SE 
2019 
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Sumário 
 
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 3 
2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 4 
2.1. Gerais........................................................................................................................ 4 
2.2. Específicos ................................................................................................................ 4 
3. DESENVOLVIMENTO ......................................................................................... 5 
3.1. Rede AS-I ................................................................................................................. 5 
3.2. Caracteristicas...........................................................................................................8 
3.3. Conectividade..........................................................................................................11 
3.4. Comunicação...........................................................................................................14 
4. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 16 
REFERÊNCIAS............................................................................................................ 17 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Graças a evolução da eletrônica e da engenharia de software ouve um aumento na 
utilização de sistemas de automação industrial com redes de campo cada vez mais presentes 
nas industrias, tais sisetemas de rede tem uma superação em relação aos sistemas do tipo ponto 
a ponto devido principalmente aos fatores técnicos e econômicos que os tornam uma tecnologia 
extremamente vantajosa e atraente, essa vantegem é dada pelo fato da rede centralizada ou 
ponto a ponto utilizar CLPs, onde faz-se necessario que cada ponto de I/O (entrada e saída) 
deve ser conectado ao CLP, o aumentando do custo financeiro de implementação para grandes 
aplicações industriais é consequencia da grande quantidade de cabos e a dificuldade para 
diagnosticar possíveis alarmes ou defeitos na planta industrial em tempo real. Para a rede 
indistrial é necessario um cabo ligando dodos os dispositivos da rede, facilitando o 
diaguinostico de falhas e reduzindo o custo de instalação. 
Um modelo de rede utilizado atualmente é a rede AS-I (Actuator Sensor Interface ou 
Interface Sensor Atuador), esse modelo foi criado em 1990 na alemanha por um gropo de onze 
empreses do setor de automação através de um consórcio denominado “ASI consortium”. A 
rede AS-I foi concebida para complementar os demais sistemas e tornar mais simples e rápida 
as conexões dos sensores e atuadores com os seus respectivos controladores. 
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2. OBJETIVOS 
 
2.1. Gerais 
Estudar, comprender e caracterizar os tipos de redes e protocolos utilizados na industria 
 
2.2. Específicos 
Identificar e analisar as caracteristicas da rede AS-I (Actuador Sensor – Interface), de 
modo a facilitar acompeenção de seu funcionamento e aplicação. 
 
 
 
 
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3. DESENVOLVIMENTO 
 
3.1. Rede AS-I 
 
Em 1998, a rede AS-i foi padronizada pela norma EN 50295/IEC 62026-2, sendo 
considerada uma solução simples em redes industriais e aplicada ao nível mais baixo de 
automação como mostra a Figura 1. A rede AS-i pertencente à categoria de Sensor, isto é, tem 
como foco os dispositivos discretos, suas interligações e controle. AS-Interface é considerada 
uma rede industrial que se posiciona como uma das mais simples aplicações para máquinas e 
equipamentos de pequeno porte, tem como uma das suas principais características a conexão 
rápida de módulos de rede através de cabo autoregenerativo de duas vias, proporcionando 
agilidade de instalação e flexibilidade de ajustes no posicionamento, fornecendo aos elementos 
periféricos transmissão de dados e diagnostico de todo o sistema. Dispositivos analógicos são 
também suportados, apesar de não ser o foco principal do protocolo AS-i. 
 
Figura 1 - Níveis de redes para automação. 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores. 
 
Um sistema industrial formado por redes AS-i é considerado como o mais econômico e 
ideal para comunicação entre atuadores e sensores, os benefícios da utilização de uma rede AS-
I vão desde economias de hardware até o comissionamento de uma rede AS-i propriamente 
dita. Alguns fatores que devem ser considerados na escolha de uma rede industrial e os 
benefícios a cada um deles quando se utiliza redes AS-i podem ser vistos na Figura 2. 
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Figura 2 - Análise na escolha da rede industrial. 
 
Fonte: http://www.smar.com/brasil/asi. 
 
A rede AS-I é do tipo mestre-escravo, com polling cíclico, ou seja, ela apresenta um 
dispositivo mestre, capaz de controlar toda a rede, realizando um polling cíclico em todos os 
outros dispositivos presentes na rede, denominados de escravos. O mestre AS-i realiza várias 
tarefas, como inicialização da rede, identificação dos escravos, diagnóstico dos escravos e de 
dados transferidos. Além disso, geralmente se comunica a um controlador (PLC ou PC) para 
receber a configuração de controle da rede AS-i, reportar erros, endereçar escravos substituídos, 
entre outras tarefas. A rede AS-I possuui um ciclo de 5ms com 31 dispositivos conectados a 
rede possibilitando uma integração eficiente entre botoeiras e acionadores, além de lógicas de 
intertravamento. Os escravos são dispositivos passivos, isto é, só podem ter acesso a rede 
quando o mestre faz uma requisição para ele e a transferência de dados de escravo para escravo 
só é possível via mestre, os escravos podem ser conectados a no maximo quatro sensores e 
quatro atuadores, que terão os seus valores lidos/escritos ciclicamente pelo mestre, existem 
modulos escravos que trabalham com valores analógicos, mas estes precisam de quatro ciclos 
de rede para que uma leitura/escrita se complete. 
Protocolo AS-I existe nas versoes 2.0 de 1994, onde os módulos (escravos) de 
interligação dos elementos finais permitiam a conexão de quatro entradas digitais e quatro 
saídas digitais, resultando no total de 124 entradas e 124 saídas em uma única rede. Porém, 
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nessa arquitetura, o número máximo de escravos é limitado a 31. Na versão 2.1 optimisada em 
1998, há uma ampliação do número de escravos de 31 para 62; A capacidade máxima do 
barramento foi ampliada para 248 + 186 E/S, mas o tempo de ciclo passou para 10ms; um bit 
adicional no registro de status é utilizado para sinalizar erros de periféricos. A indicação de 
status de funcionamento dos escravos foi padronizada e ampliada; o número de profiles de 
escravos foi ampliado de 15 para 225 com a adição de novos ID codes; melhor tratamento de 
sinais analógicos, ampliando o espectro de atuação das redes AS-I. Os chips para a versão 2.1 
da rede AS-I são produzidos por dois consórcios distintos: Siemens e Festo desenvolveram em 
conjunto o chip SAP4.1, pino a pino compatível com o chip SAP4, e o consórcio de oito outros 
membros (Bosch, Hirschmann, ifm electronic, Leuze, Lumberg, Klockner Moeller, 
Pepperl+Fuchs and Schneider Electric) desenvolveuo chip A2SI. Ambos os chips 
proporcionam todas as funcionalidade da versão 2.1. [1]. 
Até o ano de 2005 a rede AS-I teve aproximadamente 10 milhões de nós em operação, 
promoveu a introdução de novos requisitos para a rede, com o crescente uso da Ethernet em 
protocolos industriais demandou soluções de baixo nível que superassem as inerentes falhas de 
topologia limitada, grandes pacotes de dados, alto custo no uso de roteadores, entre outros. Essa 
especificação atende aos usuários de forma a definir novos profiles para dados discretos e 
analógicos além da introdução de um profile de transmissão de dados serial ocasionando no 
surgimento da rede AS-I 3, com o modleo 3.0 foram adicionados nós de entradas e saídas 
discretas suportando endereçamento estendido (A/B) com 4 ou 8 entradas e 4 ou 8 saídas, canal 
analógico configurável (8, 12 ou 16 bits) e canal de dados discreto com comunicação serial full-
duplex. Tais caracteristicas tornaram a rede AS-I uma parceira ideal para quaisquer outros 
protocolos industriais baseados na comunicação Ethernet. Gateways para EtherNet/IPTM, 
PROFINET, Modbus/TCP e outros estão disponÍveis. Alguns especialistas da área de controle 
dizem que nos próximos 10 anos não haverá mais soluções intermediárias entre a rede AS-I e 
a Ethernet para novas instalações. 
 
 
 
 
 
 
 
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3.2. Caracteristicas 
 
A rede AS-I é considerada uma solução simples e elegante para a integração de sensores 
e atuadores discretos em sistema de controle de processos, esta rede possui uma série de 
características apresentadas na Tabela 1. 
 
Tabela 1 – Caracteristicas da rede AS-I. 
Compatibilidade 
sensores e atuadores de diferentes fabricantes 
podem ser conectados a uma interface digital 
serial padronizada. 
Controle de acesso ao meio 
sistema com um único mestre e varredura 
cíclica. 
Endereçamento 
escravos recebem um endereço permanente 
do mestre ou via hand-held. 
Estrutura da rede 
sem restrições (linear, anel, estrela ou 
árvore). 
Meio de transferência 
dois cabos não-trançados e sem blindagem 
para dados e energia (24 VDC), tipicamente 
até 200 mA por escravo, até 8A por 
barramento. 
Rápida instalação por meio de conectores auto-perfurantes 
Tamanho de cabo 
máximo de 100 m ou até 300 m com o uso de 
repetidores. 
Sinais e alimentação 
estão presentes em um mesmo barramento 
(24VDC). 
Número de escravos até 62 escravos por rede (versão 2.1). 
Telegramas 
telegrama do mestre contendo o endereço, 
resposta direta do escravo. 
Dados 
4 entradas e 4 saídas para cada escravo e no 
caso de mais de 31 escravos têm, então, 
apenas 3 saídas; (máximo de 248 
participantes binários por rede). 
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Carga útil 
Transmite 4bits/escravo/mensagem. Todos 
os escravos são chamados seqüencialmente 
pelo mestre e recebem 4 bits de dados. Cada 
escravo responde imediatamente com 4 bits 
de dados. 
Tempo de ciclo 10 ms para a versão 2.1. 
Detecção de erros 
detecção eficiente e retransmissão de 
telegramas incorretos. 
Chip AS-Interface 
4 E/S configuráveis para dados, 4 parâmetros 
de saídas e 2 saídas de controle. 
Funções do mestre 
varredura cíclica em todos os escravos, 
transmissão de dados para escravos e para a 
unidade de controle (CLP ou PC). 
Inicialização da rede, identificação dos 
escravos, diagnóstico dos escravos e de 
dados transferidos. Além disso, reporta erros 
ao controlador e endereça escravos 
substituídos. 
Válvulas 
são instaladas diretamente no local da 
aplicação, diminuindo a tubulação e 
aumentando a velocidade de resposta dos 
atuadores. 
Baixo custo 
de conexão por escravo e elimina módulos de 
entradas e saídas no CLP. 
Confiabilidade 
alto nível de confiabilidade operacional em 
ambientes industriais agressivos 
Padrão aberto 
elaborado por renomados fabricantes, 
filiados à Associação Internacional AS-i, 
cujo protocolo de transmissão é normalizado 
Opcional 
cabo de alimentação para saídas e controle de 
parada. 
Fonte: http://www.smar.com/brasil/asi#section6 
 
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AS-I é considerada uma rede sismples, pois utiliza apenas um cabo para conectar os 
dispositivos de entrada e saida de quaisquer fabricantes, alem disso não é necessario que o 
usuario tenha um profundo conhecimento em sistema industriais ou protocolos de comunicação 
e a rede não precisa de terminadores e de arquivos de descrição de equipamentos o que o difere 
de outras redes digitais. Esta rede é eficaz e possui uma alta velocidade de transmição, tornando 
uam exelente subistituição para grandes sistemas com altos custos, mestres AS-I foram 
especialmente desenvolvidos para se comunicarem com sistemas legados de controle e 
promoverem uma suave integração entre as tecnologias existente. Possuindo uma facil 
expancibilidade, a rede AS-I pode suoportar qualquer topologia de cabeamento com até 100 
metros de cabo sendo possivel expandir para 300 metros com o uso de repetidores, seu custo 
de cabeamento e instalação é reduzido em 50% comparando a redes tradicionais, uma compara 
ção entre a rede tradicional e a rede AS-I pode ser vista na Figura 3, na Figura 4 é possivel 
observar a economia de custo com relação ao hardware que torna a viabilização da rede AS-I 
para determinadas. 
 
Figura 3 - a) Sistemas convencionais; b) Rede AS-i.
 
Fonte: http://www.smar.com/brasil/asi#section3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 4 - Viabilidade econômica do sistema AS-I. 
 
Fonte: http://www.smar.com/brasil/asi#section3 
 
 
 
3.3. Conectividade 
 
A rede AS-I utiliza um cabo especial não blindado e perfiladoeste tipo de cabo ajuda a 
evitar a inversão de polaridade, o cabo é composto de dois fios e transporta simultaneamente 
dados e alimentação para os elementos da rede, este cabo é comumente conhecido como 
“yellow flat cable”. Caso seja necessario uma potência maior, existem versões especiais 
indicadas por cores, como o cabo preto ou “black flat cable” que fornecendo até 30V e o 
vermelho “red flat cable”, fornecendo até 230V AC. Na Figura 5 é possivel ver um exemplo de 
formatos de AS-I. 
 
Figura 5 - Formatos de cabos AS-i e sua conexão rápida. 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores 
 
A conexão do cabo AS-i é feita através de conectores “vampiros” que perfuram o 
isolante do cabo e estabelecem o contato com os fios internos, este detalhe pode ser visto no 
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corte de perfil presente na Figura 3. Em caso de modificação da fiação, o cabo retorna ao seu 
aspecto original, pois o seu isolante é “auto-regenerativo”, as conexçõs podem ser vistas na 
Figura 6. 
 
Figura 6 - Conexões do cabo AS-I. 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores 
 
A troca de dados na rede AS-I consiste de um chamado do mestre, seguido por uma 
pausa e uma posterior resposta do escravo também seguida de uma pausa, a pausa do mestre 
tem é mantida e checada pelo escravo depois de receber um chamado do mestre e apresenta 
duração de 3 a 10 bits, de 18 a 60 micro segundos, posteriormente, a pausa entre a resposta do 
escravo e o próximo chamado do mestre é a duração de tempo em que a rede estará ociosa após 
o fim de uma resposta do escravo. A especificação do mestre determina que a duração máxima 
desta pausa seja de 2 bits, cerca de 12 micro segundos em operação normal, assegurando que o 
tempo de ciclo será mantido. Levando-se em consideração a taxa de comunicação do AS-I 
(167kbit/s) e incluindo todas as pausas necessárias,chega-se a uma taxa liquida de 53.3kbit/s, 
gerando uma eficiência na transferência de 32%. A duração desta pausa pode ser alongada até 
500 μs desde de que o tempo de ciclo não exceda os 5 ms, o aumento do tempo de ciclo pode 
ser feito em sistemas com menos de 31 escravos, de forma que o mestre o utilize no 
processamento interno das funções de controle. Os frames enviados por mestres e escravos 
apresentam tamanhos diferentes, sendo que o frame do mestre contém 14 bits e o do escravo 7 
bits como mostra a Figura 7, as descrições dos campos do frame de requisição do mestre e 
escravos podem ser vistas nas Figuras 8 e 9 respectivamente. 
 
 
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Figura 7 - Estrutura de um frame AS-I 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores 
 
Figura 8 - Campos do frame de requisição do mestre. 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores 
 
Figura 9 - Campos do frame de requisição do escravo. 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores 
 
 
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3.4. Comunicação 
 
A aplicação do AS-I é um processo envolvendo controles de posicionamento de válvulas através de 
botoeiras, além de sensores eletromagnéticos e sinalizadores luminosos. O mestre tem a função de 
gateway, transmitindo e recebendo informações da redes de nível superior, tal como Foundation 
Fieldbus, Profibus, DeviceNet e outros. Uma fonte de alimentação auxiliar pode ser utilizado de acordo 
com necessidades de alimentação extra para módulos de I/O ou devices específicos. 
 
Figura 10: Aplicação de posicionamento de válvulas atrávez de botoeiras 
 
Fonte: http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-sensores-e-
atuadores 
 
Sua impedância varia entre 80 e 120 , taxa de transmissão é de 167Kbps e tempo de 
resposta de 5ms. O comprimento máximo é de 100m. 
 
 Segmentos de100 metros (sem repetição) 
 É possível extender a rede até 300 metros (3 segmentos) usando extensor e/ou 
repetidor 
 Extensores: uma distância superior a 100m, entre o 1º escravo e o painel de 
comando, tem que ser superada sem que haja necessidade de escravos neste 
segmento. 
 
 
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Figura 11: Endereçamento 
 
Fonte:http://alvarestech.com/temp/smar/www.delt.ufmg.br/seixas/PaginaSDA/Download/Downloa
dFiles/Asi-port.PDF 
 
Na figura acima na primeiro exemplo tem o endereçamento individual de cada unidade 
utilizando uma unidade de endereçamento. Já na figura abaixo encontramos o endereçamento 
automático pelo mestre (um por um!). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. CONCLUSÕES 
 
O modelo de rede AS-I é uma escolha bastante versátil e econômica para se aplicar em 
uma rede industrial, seu custo baixo se comparado as demais redes existentes, sua fácil 
aplicação não exigindo grande conhecimento na área e sua compatibilidade com módulos de 
diferentes fabricantes o tornam uma excelente escolha para montar uma nova rede ou substituir 
uma rede distinta existente, principalmente para empreses de pequeno porte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
PIBrasil. Protocolo AS-I: Agregando Inteligência a Sensores e Atuadores. Disponivel em: 
<http://www.profibus.org.br/artigos_tecnicos/protocolo-as-i-agregando-inteligencia-a-
sensores-e-atuadores> Acesso em: 17 abr. 2019. 
SMAR. Tutorial sobre a Tecnologia AS-i. disponivel em: <http://www.smar.com/brasil/asi> 
Acesso em: 17 abr. 2019. [1] 
Murrelektronik. Conheça sobre AS-Interface – A Rede Industrial mais simples, prática e 
eficiente disponível no mercado. Disponivel em: 
<http://blog.murrelektronik.com.br/protocolos-de-rede-as-interface/> Acesso em: 17 abr. 
2019. 
Siemens. AS-Interface. Disponivel em: 
<https://w3.siemens.com.br/automation/br/pt/comunicacao-industrial/as-
interface/Documents/Catalogo%20AS-Interface_MAR16.pdf> Acesso em: 17 abr. 2019. 
Sense. Rede AS-Interface. Disponivel em: 
<https://www.sense.com.br/arquivos/produtos/arq0/3000000093A.pdf> Acesso em: 19 abr. 
2019. 
Lugli, Alexandre Baratella; Santos, Max Mauro Dias. Sistemas Fieldbus para automação 
industrial: DeviceNet, CANopen, SDS e Ethernet: 1. ed. São Paulo: Editora Érica, 2009.