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SSI

ssi_encoder

SSI ist eine weit verbreitete serielle Schnittstelle mit Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen PLC/Master und Drehgeber, welche auf dem RS422-Standard basiert.

Bei der seriellen Übertragung wird synchron zu einem von der Steuerung vorgegebenen Takt (CLOCK) der Positionswert beginnend mit dem MSB (höchstwertiges Bit) übertragen. Im Ruhezustand liegen sowohl Takt- als auch Datenleitung auf High-Pegel. Sobald das Taktsignal am Anfang einer Taktsequenz zum ersten Mal von High- auf Low-Pegel wechselt, werden die am Parallel-Seriell-Wandler anstehenden bitparallelen Daten durch ein intern erzeugtes Signal (Sload = Shift Load) in einem Input-Latch des Schieberegisters 'eingefroren', d.h. gespeichert. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Daten während der seriellen Übertragung des Wertes nicht mehr ändern. Mit dem folgenden Wechsel des Taktsignals von Low- auf High-Pegel beginnt die Übertragung des Positionswertes mit dem höchstwertigen Bit (MSB). Mit jedem weiteren Wechsel des Taktsignals von Low- auf High-Pegel wird das nächst niederwertige Bit auf die Datenleitung gesetzt. Nachdem das niederwertigste Bit (LSB) ausgegeben wurde, schaltet mit dem letzten Wechsel des Taktsignals von low nach high die Datenleitung auf Low-Pegel (Übertragungsende).

Pausenzeit

Ein retriggerbares Monoflop bestimmt ab der letzten steigenden Flanke des Taktsignals durch seine Zeit tm wie lange es noch dauert, bis der SSI Drehgeber für die nächste Übertragung aufgerufen werden kann. Hierdurch ergibt sich auch die minimale Pausenzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktsequenzen.

Unterbrechung von Übertragungen

Eine Übertragung kann jederzeit unterbrochen werden, indem die Sendung von Taktsignalen an den Drehgeber gestoppt wird. Nach Ablauf der Pausenzeit wird der Datenwert aktualisiert und der SSI Drehgeber ist bereit, die Daten zu senden. Es ist kein weiteres Stoppkommando erforderlich und es ist auch nicht möglich, die Schnittstelle zu beschädigen, indem falsche Kommandos etc. gesendet werden.

SSI Übertragung - binäre Datendarstellung

Die Datendarstellung ist nicht über den Geberhersteller standardisiert. Die häufigste Datendarstellung für Binärcode sind linksbündige Daten, d. h. die Daten beginnen mit dem MSB (das höchste Bit für einen Multiturn-Drehgeber - Bild 2 oben) oder dem höchsten Bit für einen Singleturngeber (Bild 2 unten).

Gray-Code-Datendarstellung

Die Geberdaten werden manchmal in Gray-Code dargestellt. In diesem Code ist eine Darstellung namens “Tannenbaum - Format” immer noch sehr verbreitet. In dieser Darstellung stellen die ersten 12 Bits die Multiturn-Daten (Umdrehungen) dar, die zweiten 13 Bits stellen die Singleturn-Daten dar. Die Daten werden in den 13 clk-Zyklus zentriert, Beispiele hierzu in Bild 3.

Mehrfachübertragung / Ringshift

Um die Unversehrtheit von Daten sicherzustellen, lassen sich identische Daten mehrfach übertragen, die empfangenen Werte werden anschließend verglichen. Dieses Verfahren wird häufig Mehrfachübertragung oder Ringshift genannt. Der Ablauf einer Mehrfachübertragung besteht darin, weiterhin Taktsignale zu senden, nachdem der vollständige Datensatz empfangen wurde (Bild 4 A). Nach einem einzelnen “0” Byte beginnen die Daten wieder mit MSB. Die Mehrfachübertragungen werden auf dieselbe Weise wie eine Einfachübertragung beendet, indem die Sendung der Taktsignale gestoppt wird. Achtung: Nicht alle Gebermodelle unterstützen die Mehrfachübertragungsfunktion.

Physische Geräte und Verkabelung

Die physische Übertragung erfolgt nach dem EIA-422 (RS-422) Standard, der die Verfügbarkeit der Komponenten und eine zuverlässige Übertragung auch in industriellen Umfeldern sicherstellt. Vorteile:

  • Lange Übertragungsentfernungen bis zu 1200m (4000 Fuß)
  • Differentialübertragung erhöht die Geräuschunempfindlichkeit
  • Ein breiter Gleichtaktbereich ermöglicht Differenzen beim Massepotenzial zwischen Master und Slave

Es wird empfohlen, verdrillte Doppelkabel zu verwenden, die dem RS422 Standard entsprechen. Die maximale Baudrate ist von der Kabellänge abhängig, folgende Werte können als Richtwerte verwendet werden:

Kabellänge in m (ft) 13 (42) 44 (144) 85 (278) 300 (984) 750 (2460)
Maximale Baut Rate 2 MHz 1 MHz 600 kHz 200 kHz 80 kHz

Tipps und Hinweise

  • Wie werden SSI Drehgeber mit einer Einzeldrehungsauflösung von über 13 Bits verbunden?

Steuergeräte sind häufig auf eine Einzeldrehungsauflösung von 13 Bit beschränkt. Will man einen SSI Drehgeber mit einer höheren Einzeldrehungsauflösung verbinden (d. h. 16 Bit), kann man versuchen, das Steuergerät im 25 Bit Multiturn-Modus und die Skalierungsfunktion des Steuergeräts zu verwenden.