现场总线技术作为当今自动化领域技术发展的热点之一——被称为自动化领域的计算机局域网。ASI（Actuator-Sensor-Interface）处于现场总线系统结构最底层的监控网络系统，是一种用在控制器（主站）和传感器/执行器（从站）之间双向交换信息的总线网络。本文通过详细介绍ASI总线技术在超大型乳品加工厂的成功应用，充分展示该总线技术简单、灵活、兼容、可靠的优异特性。
可以在任意地方连接
目前，在大规模的酸奶生产中，自动化水平通常是很高的。从生奶验收到最后的灌装都实现了无人化操作，不仅提高劳动效率，而且也保证了产品的质量和批量稳定性，自动化水平的不断提升也有效保证了食品安全。可编程逻辑控制器（PLC）在乳制品加工厂里已经广泛应用，这里就不多阐述。
现场总线技术作为当今自动化领域技术发展的热点之一，被称为自动化领域的计算机局域网。ASI（Actuator-Sensor-Interface）处于现场总线系统结构最底层的监控网络系统，是一种用在控制器（主站）和传感器/执行器（从站）之间双向交换信息的总线网络。一个ASI总线系统通过它主站中的网关可以和多种现场总线（如Profibus、Canbus）相连接。ASI主站可以作为上层现场总线的一个节点服务器，在它下面又可以挂接一批ASI从站。
ASI总线主要运用于具有开关量特征的传感器和执行器系统，传感器可以是各种原理的位置接近开关及温度、压力、流量、液位开关等。执行器可以是各种开关阀门，电/气转换器以及声、光报警器，也可以是继电器、接触器、按钮等低压开关电器，也可以连接模拟量设备，但模拟信号的传输要占据多个传输周期。
ASI系统采用穿刺式连接，安装简单可靠，对上层系统和总线开放，不需要编程。它取代了传统自动化系统中繁琐的底层连线，节约安装、调试和维护成本。本文详细介绍了ASI总线技术在超大型乳品加工厂的成功应用，充分体现了该总线技术简单、灵活、兼容、可靠的优异特性。
方案与设备
方案设备比较
因原乳品工厂产能不足所以考虑迁建、扩建新工厂项目。原乳品工厂也已实现了从收奶到灌装的全自动生产工艺，图2为原乳品工厂的网络架构图。
图2 原乳品工厂网络架构图
原乳品工厂是建立在以AB的ControlLogix5000系列基础上，配置了4块1756-L63CPU，每块CPU都配置独立的Ethernet适配卡和ControlNet适配卡，CPU之间采用以太网通讯，现场本地IO采用了传统布线方式，并通过同轴电缆实现各FlexIO本地柜及与对应PLC模块的通讯。这种传统布线方式，接线费用高，安装调试时间长，因其PLC及PC的输入输出端口布局的限制，需要较大的机柜、多极插头，同时需要大量的电缆通道、桁架、接线盒、滑环进行配套安装，同时还需要考虑布局尾随电缆的布线问题（见图3）。考虑到上述各种弊端，新工厂设计时，在乳制品工业加工领域中，第一次在整厂项目中大规模使用基于ASI总线技术的网络架构。
图3 电缆布线
相比原乳品工厂的架构，新工厂的设计架构（见图4）为了达到扩大产能的目标，从原有4块L63CPU增加到7块，同时CPU型号从L63升级到L74，每块CPU卡槽只配备了Ethernet适配卡，通过以太网实现CPU之间的通讯，同时配置BIHL+WIEDEMANN本地带Ethernet网口的ASI适配卡BW1611。
图4 新工厂网络架构图
通过工业级N-TRON交换机实现与相应CPU的数据通讯。同时，通过黄色扁平电缆,非屏蔽双芯电缆线，实现本地IO数据通讯，包括现场实现自动化的位置接近开关、温度、压力、流量、液位开关等开关量输入IO；也包括开关阀门的执行器、电/气转换器以及声、光报警器，或是继电器、接触器、按钮等低压开关电器等开关量输出IO（见图5）。从站模块取代了I/O卡槽和现场接线柜，节省项目现场安装时间，节省了大量的电缆材料成本，同时为日后项目投产运行节省了大量的维护工作，也减少因电缆故障而产生的停机时间，在工厂OEE提升上作出了较大贡献。
图5 ASI接线实物图
设备安装
ASI可以在简单应用中自成系统，也可以通过自带的通讯接口与上层的现场总线连接。本项目中，合计使用63块BIHL+WIEDEMANN的ASI通信模块BW1611，同时配置了SIEMENS的稳压电源模块3RX9 503-0BA00，IFM的扁平电缆AC4000，PA材质的M12电缆分配器AC5005，IFM的扁平电缆终端电阻AC1147，用于ASI总线的网络扩展，可将总线长度扩展到200?m，以及终端电阻安装底座E70354等配套材料。主站通过以太网连接至工业级N-TRON交换机，通过工业级N-TRON交换机与AB的1756 ControlLogix CPU，构建成现场总线层。在安装过程中，虽然一个ASI网段最大理论上可以连接62个设备，实际使用中原则上都不超过40个设备。
结果与分析
新乳品工厂完成整厂竣工验收,在前期安装调试过程中都比较顺利，当整厂产能负荷达到50%时，ASI系统产生反馈包丢失、终端设备执行和反馈时有丢失，尤其反馈不及时，出现不同位置的误报警。通过排查，主要原因在于交换机，后更换为N-TRON交换机，故障才得以排除，工业级交换机的正确选型在总线层应用领域较为关键。
自动控制
生产过程实现了全程控制、记录、可追溯，可供生产分析需要时调阅、下载。生产过程的各关键工艺参数控制均由系统自动控制、纠偏，保证了收奶、配料、杀菌、发酵各生产工艺段的无偏差运行。设备清洗控制精准，流量、浓度、温度、压力等控制单元均确保了设备清洗所需具备的机械力、化学、物理等条件。全自动化的清洗装置也避免了系统可能产生的泄漏、外溢等给予操作人员所带来的人身伤害。工程主体设备，如泵、自动组合阀阵、杀菌片式、冷排、缸、离心机、除菌机等运行准确、到位，量化控制完整、无盲点，对各异常情况能做到预防和偏离。基于ASI总线技术的中央集散控制系统能完成生产工艺所要求的所有动作和反馈，并记录所有信息。各工段的转序控制均由质量控制点检测合格并无偏差后才有序地转入下一生产工段，保证了产品的各项理化指标要求。自动化全封闭的流程管理同时也保障了生产链的标准性、安全性和可追溯性。自动化控制系统配套的蒸汽、压缩空气、电力、制冷等动力设备也足量地保证了系统所需的能源供应，并符合系统所需的动力源的指标参数。
小结
本文通过对新老乳品工厂网络架构的对比，以及新乳品工厂的实际安装调试使用，最终完成整厂竣工验收，目前新工厂已投产运行两年，项目达到了既定的所有技术指标，设备运行稳定，符合所有的设计要求。ASI总线技术在超大规模乳品加工厂的应用是切实可行的，而且其简单、灵活、兼容、可靠的优异特性也得到了充分发挥。
