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介绍
BiSS 是一个给传感器和执行器的开放数字接口。
该接口提供双向快速通信, 使用简单硬件实现 (跟工业标准SSI接口兼容)。BiSS 适合实时数据采集, 而且带安全功能例如CRC校验保护数据传送。
历史
长期以来, 编码器制造商靠模拟信号或简单数字增量信号接口传送位置信息。随着时间的流逝和编码器技术的发展, 带新处理方法和高集成度, 让编码器生成高分辨率位置数据, 而且增加了先进的功能例如命令, 寄存器通信等等。因此需要实现一个新的接口, 带能适合此高端设备的特性。SSI 是一个过时的工业标准, 无法满足制造商的速度和功能要求。少数制造商推出了自己的协议, 但是封闭性很强, 不同牌子产品存在不兼容性。
2002年 iC-Haus 推出 BiSS 开放接口。BiSS 目的是提供给传感器和执行器的双向快速通信标准, 而且保留与 SSI (Synchronous Serial Interface) 标准接口硬件兼容。在接近20年的时间里 BiSS 使用不断的发展, 目前将近600家授权设备制造商, 包括工业领先如 巴鲁夫 (Balluff), 堡盟 (Baumer), 丹纳赫 (Danaher Motion), 库伯勒 (Kübler), 亨士乐 (Hengstler), Höhner, 倍加福 (Pepperl+Fuchs), 雷尼绍 (Renishaw), 施耐德电气 (Schneider Electric), 安川电机 (Yaskawa), 禹衡光学 (Yuheng Optics) 和其它在使用 BiSS 接口。
BiSS 特性和优点
BiSS 接口是专用实时传感器和执行器接口, 和通用现场总线不同。BiSS 接口主要特性如下：
- 开放 (Open source)
与市场上的私有的接口不同, BiSS 是完全开放。不同制造商能开发同样接口产品, 提高不同牌子的兼容性。此优点不仅造福了能直接使用高性能多功能接口的制造商, 而且也造福了用户有多产品选择和不靠一个制造商的价格垄断。 - 使用两个单向信号提供快速串行同步通信
BiSS 是能达到高速度传送的串行接口, 长距离用标准 RS422 收发器速度一般高于 10 MHz, 短距离用 LVDS 连接一般高于 100 MHz。 - 双向
BiSS 提供永久双向模式 (连续工作, 无需模式转换) 用 BiSS-C 加两条线实现单通道传感器和执行器通信。 - 线延迟补偿
工业应用要求通过长线在多噪音环境的可靠通信。BiSS 接口带线延迟补偿, 经过长距离后还能达到高速度, 因此适合此应用。 - 安全功能
BiSS 接口满足安全应用要求，带安全功能, 如: 从传感器到控制器的错误和报警信息和传送数据的16位CRC校验。 - 组网功能
部分应用需要多传感器数据同步采集, 例如多轴运动控制。BiSS 接口提供组网功能, 将所有传感器串联到控制器的一个数据通道, 方便控制器采集全部数据。 - 设备描述
BiSS 接口带设备电子识别, 连接传感器到控制器后, 控制器就自动鉴定连接的传感器参数 (Plug-and-Play)。通过 EDS (Electronic DataSheet, 信息存在传感器内存), XML文件或 BiSS Profile 里存的标准描述数据, 设备的所有参数能直接传送到控制器, 控制器读取设备描述后能自动修改其自身参数以配合该设备。BiSS 授权设备制造商接收独特的身份识别 (Manufacturer ID), 以便任何控制器可识别此产品制造商。
BiSS 协议帧结构如下：
在 BiSS 通信下, 采集数据的控制器 (控制操作) 叫 BiSS Master (主机), 提供数据的传感器叫 BiSS Slave (从机)。执行器也算是 BiSS Slave, 但是接收 BiSS Master 传送的数据。
BiSS 实现
实现 BiSS 通信很简单, 硬件要求低。
因为 BiSS Slave 资源数需很小, 所有逻辑电路都集成在传感器芯片里。BiSS Slave 逻辑使用大约 1,000 逻辑门, 方便集成在传感器集成电路里, 也不需要多加一个专门处理接口协议器件占电路板位置 (相对于现场总线)。
BiSS Master 能按照公司的要求和技术水平用不同方法实现：
- BiSS Master 芯片
iC-Haus 提供 iC-MB3 和 iC-MB4 集成电路, 包含所有 BiSS 协议功能。此芯片通过单片机的串行或并行接口控制。 - 基于 FPGA 的 BiSS Master
iC-Haus 也提供 VHDL IP核, 包含 BiSS 协议功能，简单集成在制造商的 FPGA 或 CPLD 硬件。 - 基于单片机的 BiSS Master
BiSS Master 也能用 CPU/DSP/单片机实现。
为了方便实现和测试 BiSS 接口, 许多工具可用, 例如BiSS到USB适配器 (带读取 BiSS 数据软件), 带BiSS协议的逻辑分析器, VHDL 仿真模块等等。
BiSS Safety
BiSS Safety 遵循全数字通信和功能安全功能的行业趋势。 针对 SIL3 的安全关键应用现在可以使用 BiSS Safety 和 BiSS 接口。 BiSS Safety 使用 BiSS 组网结构的 BiSS 协议特定的功能和 CRC 校验实现安全的 "黑通道" 传输。
安全通信级别 "BiSS Safety" 由德国 TÜV 认证，并遵循 DIN EN 61784-3：2011 中规定的要求, 可根据 IEC61508：2010 用于 SIL3 安全应用。
BiSS Safety 标准 100％ 兼容 BiSS-C: 物理层, 传输介质和通信协议无需在现有的 BiSS-C 系统中修改。 从机 (编码器) 必须生成并传送两个位置值 (CPW: 控制位置值和 SPW: 安全位置值), 并且主机必须相互检查以证明数据有效性。 此外, 必须发送更长的 CRC 数据和生命迹象计数器值, 以增加错误检测能力, 从而为安全符合系统实现必要的错误检测级别。
BiSS Line
BiSS Line 遵循全数字通信, 功能安全功能和单电缆电机电源的工业趋势。 然而, BiSS Line 提供了 BiSS-C 的所有特定功能。 数据传输基于工业标准 RS-485, 并通过前向纠错 (FEC) 与电机线耦合到数据线的干扰进行保护。
市场上已经有单电缆解决方案, 但都是专有的, 因此不能被相关方采纳。 BiSS Line 是一种开放标准, 可以通过2线结构 (数据传输组合能量传输) 或4线结构 (单独的能量传输) 实现。连接技术以及适用的电缆已经可用。
申请 BiSS 协会会员
德国 iC-Haus 开发 BiSS 接口也持有该专利。BiSS 通信设计和过程是 iC-Haus 专利, 但是允许给所有授权设备制造商使用。BiSS 协会会员还可以申请获得免费的IP核源代码和相关技术支持, 维持BiSS协会会员资格无需缴纳任何费用, 申请入会也是免费的。
请参考以下链接了解关于 BiSS 协议授权模型的详细信息。
认证
随着 BiSS 全球分布，确保不同 BiSS 设备之间兼容性的需求不断增长。有一组特性和功能是成功认证所必需的。我们可以通过我们的一位会员提供认证服务。
成功测试后，设备被授予 BiSS certified。包含测量详细信息和图表的报告文件以保密方式提供给设备制造商，以记录认证程序、指出差异并支持改进。该证书列出了所有特性和功能，包括在认证期间已验证和批准的数据通道和时序参数。它总结了 BiSS 主机为实现正确通信所需的所有相关 BiSS 参数。
关于 BiSS 链接
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