常用編碼器協議
SSI通信協議
SSI通訊協議為縮寫,其全稱為同步串行接口( Synchronous Serial interface )。 SSI通訊的幀格式如圖1所示,數據傳輸采用同步方式,在空閑階段不發生數據傳輸的時候時鐘和數據都保持高電位,在第一個脈沖的下降沿觸發編碼器載入發送數據,然后每一個時鐘脈沖的上升沿編碼器送出數據,數據的高位在前,低位在后,當傳送完所有的位數以后時鐘回到高電平,數據也對
應回到高電平.
T為時鐘的脈沖頻率,介為數據傳輸間隔. Tm為單穩觸發時間.N為為傳輸位數.傳輸的位數可以是任意的,但實際使用中單圈編碼器采用13位,多圈采用25位.對于從方編碼器而言是無法事先知道主方發送的時鐘脈沖個數的,因而無法確定幀的起始位和停止位.解決問題的方法是采用高電位保持一段的時間內沒有變化作為幀結束標志.Tm單穩時間就是指這個時間.在實際應用中可以采用一個單穩(軟件或者硬件),把時鐘輸人作為單穩的輸入,通過單穩輸出控制SSI的數據輸出狀態:單穩一旦置位,SSI的輸出狀態就要回到初始狀態,準備開始下一個數據的循環過程。
BISS通信協議
BiSS通信協議是一種全雙工同步串行總線通信協議,專門為滿足實時、雙向、高速的傳感器通信而設計,在硬件上兼容工業標準SSI(同步串行接口協議)總線協議。其典型應用是在運動控制領域實現伺服驅動器與編碼器通信。BiSS由德國IC-HAUS公司開發,現已成為傳感器通信協議的國際化標準。BiSS通信協議目前的版本是BISS-C。
關鍵技術特征:
1、二線串行同步數據總線,采用RS422接口,波特率達到10Mbit/s;采用LVDS接口, 波特率>10Mbit/s,這反映了BiSS有高的響應速度;
2、通信效率高,每10uS傳輸超過64個比特,有效負載率大于80%。這反映出BiSS能承載高分辨率編碼器數據;
3、線路時分復用,包括每個通信周期傳輸一幀的數據通信信道和傳輸一個幀位的寄存器通信信道。其中,寄存器通信和數據通信完全獨立,互不干涉。對于不需要寄存器通信的應用場合,可以使用BiSS-C Unidirectional版本。這個版本的協議沒有寄存器通信。這反映了采用BiSS的控制系統有更好的穩定性和便利性。
4、多種安全機制確保數據可靠,BiSS的延遲補償技術能補償傳輸線帶來的信號延遲,采用兩組CRC生成多項式分別對傳感器數據與寄存器數據進行校驗。BiSS協議幀還包括一位報警位和一位錯誤位,CRC生成多項式可自定義。這反映了BiSS傳輸可靠,采用BiSS的控制系統可靠。
5、數據同步,BiSS利用時鐘信號同步傳感器數據,傳感器在第一個時鐘脈沖到來時進行數 據更新,每一幀到達后續電子設備的數據其傳輸延遲都是相同的,方便后續電子設備進行時延補償,特別適合電機控制等對時間位置關系要求苛刻的應用場合。這反映BiSS對于編碼器精度的影響很小,有助于提高控制系統的高速特性。
6、組網能力,通過BiSS可以構成單總線傳感器環網,一個通信周期采集全部傳感數據,并且信號采集是同步的。這反映BiSS的擴展性和前瞻性。
7、即插即用,BiSS支持從寄存器讀出編碼器參數,來配置數據通信。凡是支持BiSS標準EDS和Profile的編碼器和控制系統都可以直接通信,無需修改任何程序。
組網方式:
圖中是BiSS的基本組網方式,叫point-to-point方式。后續電子設備(圖中為PLC)通過差分信號向傳感器提供時鐘,傳感器同步地通過差分信號向后續電子設備發出傳感數據。在BiSS協議中后續電子設備被稱為Master,傳感器被稱為Slave。在point-to-point方式下,Master可以接收Slave的數據,同時與Slave進行雙向數據通信。
幀結構與數據通信:
描繪了point-to-point組網時的BiSS通信幀。MA由Master發出用于驅動通信,SL是Slave發出的數據信號。完成1個BiSS通信幀表示Master收到1幀數據。
EnDat協議
EnDat接口是HEIDENHAIN專為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行的數據傳輸協議,它不僅能為增量式和絕對式編碼器傳輸位置值,同時也夠傳輸或更新存儲在編碼器中的信息,或保存新的信息。由于使用了串行傳輸方式,所以只需四條信號線,在后續電了設備的時鐘激勵下,數據信息被同步傳輸。數據類型(位置值、參數、診斷信息等)由后續電子設備發送給編碼器的模式指令選擇決定。
特點:
1. 傳輸位置值與附加信息可同時傳輸;附加信息的類型可通過存儲地址選擇碼選擇。
2. 編碼器數據存儲區域包括編碼器制造商參數、OEM廠商參數、運行參數、運行狀態,便于系統實現參數配置。
3. EnDat2.2編碼器實現了全數字傳輸,增量信號的處理在編碼器內部完成(內置14Bit細分),提高了信號傳輸的質量和可靠性,可實現更高的分辨率。
4. 監控和診斷功能,報警條件包括:光源失效、信號幅值不足、位置計算錯誤、運行電壓太低或太高、電流消耗太大等;當編碼器的一些極限值被接近或超過時提供警告信號。
5. 更寬的電壓范圍(3.6-14V)和傳輸速率(16M)
EnDat接口編碼器數據采集原理圖
數據傳輸格式
在每一幀同步數據傳輸時一個數據包被發送,傳輸循環從時鐘的第一個下降沿開始測量值被保存,計算位置值。在兩個時鐘脈沖(2T)后,后續電子設備發送模式指令“編碼器傳輸位置值”(帶或不帶附加信息)。
在計算出了絕對位置值后,從起始位開始編碼器向后續電子設備傳輸數據,后續的錯誤位F1和F2(只存在于EnDat2.2指令中)是為所有的監控功能和故障監控服務的群組信號,他們的生成相互獨立,用來表示可能導致不正確位置信息的編碼器故障導致故障的確切原因保存在“運行狀態”存儲區,可以被后續電了設備查詢。
從最低位開始,絕對位置值被傳輸,數據的長度由使用的編碼器類型決定。傳輸位置值所需的時鐘脈沖數保存在編碼器制造商的參數中。位置值數據的傳輸以循環冗余檢測碼結束。
HIPERFACE是高性能接口(High Performance Interface)的縮寫,是SICK-STEGMANN電機反饋系統的標準接口。該接口專為數字驅動控制而研發,為用戶提供標準化的簡化型機械和電氣接口。