Интерфейс SSI для энкодеров
Многие энкодеры используют форму передачи сигналов, называемую SSI (синхронный последовательный интерфейс). Хотя в названии содержится термин «последовательный», как и в общепринятых промышленных протоколах последовательного интерфейса типа RS-232, это простой способ передачи информации. Эта форма передачи данных является наиболее частым явлением для абсолютных и инкрементальных энкодеров, передающих данные обратно в ПЛК или драйвер.
Одним из распространенных типов выходного потока данных от поворотных абсолютных энкодеров является SSI. Его относительно просто понять по сравнению с другими протоколами связи, но он имеет одно важное преимущество: процессор контролирует синхронизацию данных. Чтобы понять, почему этот интерфейс обычно используется для абсолютных, а не для инкрементальных энкодеров, мы должны рассмотреть каждый тип, чтобы сопоставить потоки сигналов.
Интерфейс SSI для энкодеров
Инкрементальный энкодер используется для регистрации высокоскоростного непрерывного вращения, когда необходимо знать как скорость, так и положение. Они состоят из простого набора светлых (вырезов) и темных (светонепропускающего материала) линий на лицевой стороне диска, при этом свет либо блокируется, либо проходит/отражается в зависимости от оптического типа.
Выходные данные этих инкрементальных энкодеров обычно представляют собой два дискретных сигнала – высокий или низкий. Благодаря этому можно определять вращение по часовой или против часовой стрелки. Часто есть третий сигнал, который создает импульс один раз за оборот.
В случае с инкрементальными энкодерами мы имеем относительно мало сигналов на выходе, но они должны контролироваться на очень высокой скорости (например, модуль высокоскоростного счетчика). Хотя ваше точное угловое положение можно отследить после запуска системы, невозможно узнать, где вы находитесь при запуске, если пропало питание.
Абсолютные энкодеры
Абсолютные энкодеры решают проблему, возникающую из-за прерывистой потери питания, путем создания уникальной серии паттернов (шаблонов) вокруг диска. В любое время считывание этого шаблона может показать точное положение энкодера. Такие устройства полезны для серводвигателей, которые обычно останавливаются, реверсируют и следуют согласно сложным траекториям движения, а не предназначены для длительных движений с постоянной скоростью.
Если бы тот же самый принцип связи был применен к инкрементальному энкодеру, для каждой части шаблона диска потребовался бы свой собственный провод датчика. Но вместо этого данные отправляются через последовательный интерфейс для сохранения целостности сигналов и уменьшения количества требуемых проводов – в этом и заключается смысл использования SSI.
Альтернативами SSI в современных энкодерах могут также быть расширенные протоколы, такие как Ethernet, DeviceNet, Profinet и другие.
Сигналы, используемые для SSI
Для потока информации между хостом и клиентским устройством требуется только два сигнала. Этот тип структуры означает, что каждый энкодер должен иметь один канал SSI, выделенный только самому себе. Если у вас два или более энкодера, вам потребуются дополнительные выделенные каналы SSI с разъемами. Это означает, что адресов, требующих настройки, в данном случае нет.
Хост-устройство – это процессор (ПЛК, сервопривод и т. д.). Он отправляет повторяющийся высокоскоростной тактовый импульс клиенту (энкодеру). У этого клиента нет и не нужна собственная система тактирования и синхронизации. Следовательно, нет необходимости устанавливать параметры скорости передачи для энкодера, поэтому его схемотехника может быть упрощена. Энкодеры вращаются очень быстро, и поток данных может составлять до 14 бит для каждого считывания, поэтому эти хост-устройства должны генерировать высокоскоростной тактовый импульс. Каждый раз, когда задействован энкодер, ожидайте, что скорость передачи данных будет очень высокой.
Клиент в виде энкодера генерирует второй сигнал. Каждый раз, когда принимается тактовый импульс, на выходном контакте сдвигового регистра помещается новый бит данных. Поток данных отражает узор всего диска с прорезями и затемнениями, поэтому на выходе будет 12–14 последовательных битов, а затем пойдет повторение шаблона. Тактовая частота должна быть достаточно высокой, чтобы считывание шаблона было выполнено до того, как будут выполнены несколько переходов шаблона. Скорость часто зависит от длины кабеля (т. е. более длинные кабели снижают скорость). Низкая скорость передачи может составлять около 100 кГц или несколько бит в секунду.
Для 12-битного энкодера это даст общее время 0,12 миллисекунды для отправки информации об одном полном шаблоне. В этом 12-битном примере около 4100 шаблонов по радиусу. Чтобы обеспечить считывание каждого шаблона, 0,12 мс x 4100 = 0,5 секунды на полный оборот. Это соответствует 120 об/мин для двигателя. Если взять скорость быстрее, поток данных не успеет за скоростью вращения. Помните об этом при проектировании системы: максимально уменьшите длину кабелей, иначе точность может быть снижена. Более типичная частота может быть выше 2 МГц, что дает максимальную скорость более 2400 об/мин, что гораздо более разумно для высокоскоростного приложения.
Электропроводка для энкодеров с интерфейсом SSI
В стандартном устройстве с интерфейсом SSI имеется шесть проводов:
- Первые два обеспечивают +V и Gnd для питания интегральных схем в датчике-преобразователе
- Каждый из двух других сигналов, Clock и Data, состоит из витых пар, обозначаемых C+ (или CLK, или Clock и т. д.) и C-, а также имеются линии данных D + (или Data и т. д.) и D-
Для большинства приложений соответствующий энкодер и контроллер будут иметь разъем с выбоиной, что исключает риск неправильного подключения.
Интерфейс SSI представляет собой простую передачу данных от энкодера обратно на хост-устройство. При выборе между инкрементным или абсолютным энкодером лучше будет абсолютный вариант из-за его уникальных шаблонов на диске. Имейте в виду, что скорость передачи данных при использовании энкодера очень высока, поэтому максимально уменьшите длину кабеля.
© digitrode.ru