[发明专利]位置传感器接口支持多种传感器通信协议的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及到伺服控制技术领域，尤其涉及一种位置传感器接口支持多种传感器通信协议的实现方法。

背景技术

现代制造业规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，全数字化是伺服驱动技术发展的必然趋势。全数字化包括：伺服驱动内部控制的数字化；伺服驱动到数控系统接口的数字化；测量单元数字化。伺服驱动单元内部位置、速度、电流三环的全数字化、网络控制连接接口、编码器到伺服驱动的数字化连接接口，成为全数字化的重要标志，如图1所示。

高分辨率编码器成为减少伺服驱动系统转矩脉动的技术手段。德国海德汉公司(HEIDENHAIN)对不同分辨率的编码器对转矩脉动的影响进行了研究，并通过提高编码器分辨率，大大减少了伺服驱动的转矩脉动。德国HEIDENHAIN将各种类型的编码器，如绝对、增量式和正余弦编码器的细分功能，都统一到EnDae2.2编码器连接协议中。细分过程在编码器内部完成，通过数字接口和伺服驱动连接起来。

传感器通信电路一般采用并行或串行通信电路，虽然并行通信速度快，但需要的通信线路要很多，特别是通信线路很长的时候更不适合采用并行通信。因此绝大部分传感器通信一般为串行通信电路，串行通信协议一般分为IIC、1-wire、UART、RS232、RS485、BISS、SSI、EnDat总线协议，它们只需要一根或2根通信线路就可以完成通信，在长距离通信时一般它们都采用差分信号传输，这也只需要2根或4根通信线路。

以下为四种常用传感器通讯协议

1、TAMAGAWA接口数据传输协议

多摩川位置传感器接口遵循的是一种半双工的数据传输协议，电路信号遵循RS-485(差分电路信号)标准，目前，多摩川已经推出最高达到36位的绝对式编码器，其中单回转20位，多回转16位。最大响应频率可以达到52MHZ。可以真正实现高速高精度实时控制，多摩川位置传感器接口电路如图2所示。

2、Biss接口数据传输协议

Biss协议是一种新型全数字化双向传感器接口。它定义了工业控制系统中一台主站和若干从站(传感器)之间的通讯。Biss是一种新的技术标准，可以在无需许可的情况下使用。由于其高性能，它成为数据接口和模拟正弦/余弦增量输出的标准组合的一个有效的替代方案。

Biss总共只需要6条线路(4条数据线，2条电源线)，因此控制器不需要处理模拟信号的任何硬件(模拟信号电缆/驱动器内插电子电路)，这样有助于降低系统成本，并且最多8个传感器可以与一个总线主站相连。对于多轴应用来说，连线和控制成本显著降低。

3、SSI接口数据传输协议

SSI接口即同步串行接口具有传输速度快、连线简单、抗干扰能力强等优点，因而在光电编码器得到了广泛的应用；SSI接口光电编码器采用主机读取方法，是以2对符合RS-422电平的信号线进行信号传输，1对数据(data)线，1对同步时钟(cloclk)线，SSI同步时钟频率决定数据传输速率，其范围较宽，为0.1-2MHz，可以根据传输距离远近选择相应的传输速率。

4、EnDat接口数据传输协议

EnDat数据接口是海德汉为位置传感器开发的一种数字式、全双工的数据传输接口，它不仅能为增量式或绝对式编码器传输位置数据，而且能够传输和存储编码1器参数、OEM数据以报警和诊断信息。在西门子、海德汉等数控系统中带有标准的EnDat接口。EnDat数据协议包括EnDat2.2和EnDat2.1，EnDat2.2兼容EnDat2.的指令和时间序列，同时它具有更强的功能在传输位置信息的同时能够传输附加的信息和参数，它继承并扩展了EnDat2.1的指令功能，优化了传输时钟。

EnDat接口提供了传输位置值以及附加信息；编码器数据存储区域包括编码器制造商参数、OEM厂商参数、运行参数、运行状态；编码器重置功能；监控和诊断功能，报警信息。报警条件包括：光源失效、信号幅值不足、位置计算错误、运行电压太低或太高、电流消耗太大等；当编码器的一些极限值被接近或超过时提供警告信号。EnDat接口遵循的是一种全双工的数据传输协议，电路信号遵循RS-485(差分电路信号)标准，在后续电子设备的同步时钟激励下传输串行数据。EnDat接口电路如图3所示。