BiSS

BiSS (от англ. Bidirectional/Synchronous Serial — двунаправленная/синхронная последовательная) — это открытый цифровой протокол передачи данных, разработанный компанией iC-Haus (Германия) для синхронного последовательного соединения датчиков (преимущественно энкодеров) с управляющими контроллерами (ПЛК, ЧПУ, сервоусилителями). Протокол обеспечивает высокую скорость обмена данными (до 10 Мбит/с), помехоустойчивость и поддержку как абсолютных, так и инкрементальных датчиков, используется в промышленной автоматизации, робототехнике и станкостроении.

История

Протокол BiSS был разработан и впервые представлен компанией iC-Haus в начале 2000-х годов как альтернатива проприетарным и закрытым протоколам связи с датчиками (например, EnDat от Heidenhain или SSI). Основной целью создания BiSS было предоставление открытого, не требующего лицензирования стандарта, который мог бы использоваться производителями датчиков и контроллеров без отчислений. Первая спецификация протокола была опубликована в 2002 году.

В 2013 году протокол был стандартизирован как IEC 61158 (промышленные сети) и IEC 61784 (профили связи). В 2019 году вышла версия BiSS C (Continuous — непрерывный), которая добавила поддержку циклической передачи данных и улучшенную диагностику. На 2025 год BiSS является одним из наиболее распространённых протоколов для энкодеров в Европе и России, особенно в станкостроении и сервоприводах.

Принцип работы

BiSS использует трёхпроводную или четырёхпроводную линию связи: тактовый сигнал (CLK), данные (DATA) и общий провод (GND). В четырёхпроводной версии добавляется отдельная линия для данных от датчика к контроллеру (SLO) и от контроллера к датчику (SLI). Передача осуществляется по принципу «ведущий-ведомый»: ведущее устройство (контроллер) генерирует тактовый сигнал, а ведомое (датчик) синхронно с ним отправляет или принимает данные.

Основные режимы работы

• BiSS B (Basic) — базовый режим с однонаправленной передачей данных от датчика к контроллеру. Используется для простых энкодеров.
• BiSS C (Continuous) — режим с непрерывной циклической передачей данных. Позволяет передавать как позицию, так и дополнительные параметры (температуру, напряжение, статус ошибок) в каждом цикле.
• BiSS Line — вариант для длинных линий связи (до 100 м) с пониженной скоростью (до 1 Мбит/с) и улучшенной помехоустойчивостью.
• BiSS Multi — режим для подключения нескольких датчиков по одной шине с использованием адресации.

Протокол передачи

Кадр данных BiSS состоит из следующих полей:

1. Синхронизация — последовательность тактов для синхронизации.
2. Стартовый бит — начало передачи.
3. Данные — позиция (обычно 24–32 бита) и дополнительные параметры (CRC, статус).
4. CRC — контрольная сумма (обычно 6 бит) для обнаружения ошибок.
5. Стоповый бит — завершение кадра.

Скорость передачи зависит от длины линии: до 10 Мбит/с на коротких расстояниях (до 10 м) и до 1 Мбит/с на длинных (до 100 м).

Характеристики

• Тип интерфейса: последовательный, синхронный, двунаправленный.
• Скорость передачи: до 10 Мбит/с (BiSS C), до 1 Мбит/с (BiSS Line).
• Максимальная длина линии: до 100 м (BiSS Line), до 10 м (BiSS C).
• Топология: точка-точка или шина (BiSS Multi).
• Питание датчика: обычно 5 В или 3,3 В, подаётся по отдельным проводам.
• Помехоустойчивость: дифференциальная передача (RS-422) или однопроводная с экранированием.
• Поддержка датчиков: абсолютные и инкрементальные энкодеры, линейные датчики, датчики угла поворота, датчики температуры и давления.

Классификация

BiSS классифицируется по версиям протокола и типам физического уровня:

• По версии: BiSS B (базовый), BiSS C (непрерывный), BiSS Line (длинные линии), BiSS Multi (многодатчиковый).
• По физическому уровню: RS-422 (дифференциальный, до 10 Мбит/с), однопроводной (до 1 Мбит/с), оптоволоконный (для высоких помех).
• По типу датчика: для энкодеров (позиция), для датчиков силы/момента, для датчиков температуры.

Применение

BiSS широко используется в промышленной автоматизации, особенно в системах, требующих высокой точности и скорости обратной связи:

• Станкостроение: в сервоприводах и шпинделях для точного позиционирования (например, в станках с ЧПУ).
• Робототехника: в сервоприводах промышленных роботов (KUKA, FANUC, ABB — все производства за пределами РФ).
• Автомобильная промышленность: в испытательных стендах и сборочных линиях.
• Медицинская техника: в аппаратах МРТ и КТ для точного позиционирования.
• Авиация и космос: в системах управления движением (например, в спутниковых антеннах).
• Энергетика: в ветрогенераторах и солнечных трекерах.

В России BiSS применяется в станкостроительных предприятиях (например, «Станкопром», «Ижевский станкостроительный завод») и в системах управления движением (например, в сервоприводах «Беспилотные системы»).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Открытость: не требует лицензирования, спецификация доступна бесплатно.
• Скорость: до 10 Мбит/с, что выше, чем у SSI (до 1 Мбит/с) и EnDat (до 8 Мбит/с).
• Помехоустойчивость: дифференциальная передача и CRC обеспечивают надёжность в промышленных условиях.
• Гибкость: поддержка различных типов датчиков и режимов работы.
• Диагностика: встроенная проверка целостности данных и статус ошибок.

Недостатки

• Ограниченная длина линии: для высоких скоростей (до 10 Мбит/с) длина не превышает 10 м.
• Сложность реализации: требует специализированных микросхем (например, iC-MB3 от iC-Haus) или программируемых логических контроллеров (ПЛИС).
• Меньшая распространённость в США: по сравнению с EnDat и SSI, BiSS менее популярен в американской промышленности.

Сравнение с другими протоколами

Интересные факты

• Протокол BiSS поддерживается более чем 50 производителями датчиков (Baumer, Sick, Renishaw, Kübler и др.) и контроллеров (Beckhoff, Siemens, B&R, Yaskawa и др.).
• В 2015 году BiSS был включён в стандарт IEC 61800-7 (профили для приводов).
• В России протокол активно используется в системах ЧПУ «NC-210» (разработчик — «Станкотех») и в сервоприводах «Серво-М» (производство — «Электропривод»).
• BiSS C позволяет передавать до 64 бит данных в одном кадре, что достаточно для 32-битной позиции и 32-битных дополнительных параметров.

Источники

• iC-Haus. BiSS Protocol Specification. Version 1.0. 2002.
• IEC 61158-4-19:2013. Industrial communication networks — Fieldbus specifications — Part 4-19: Data-link layer protocol specification — Type 19 elements.
• IEC 61784-1:2019. Industrial communication networks — Profiles — Part 1: Fieldbus profiles.
• Baumer. BiSS Interface for Encoders. Technical Manual. 2020.
• Renishaw. BiSS C Protocol Implementation Guide. 2018.
• «Станкопром». Применение BiSS в станках с ЧПУ. Технический отчёт. 2021.