iC-Haus Japan

Introduction

BiSSは、センサーおよびアクチュエータ用のオープンソースのデジタルインターフェースです。このインターフェースは高速双方向通信を特徴とし、シンプルなハードウェア（業界標準のSSI互換）上に実装されています。リアルタイムデータ取得に適しており、CRC保護された伝送などの安全機能も備えています。

歴史

長年にわたり、位置エンコーダメーカーは位置情報を提供するために、アナログ信号伝送またはシンプルなデジタルインクリメンタル信号伝送のみに依存してきました。エンコーダ技術の進化に伴い、新しい技術と高度な統合が可能になり、エンコーダはコマンドやレジスタ通信などの追加機能を備えた高解像度の絶対位置データを生成できるようになりました。そのため、これらのハイエンドデバイスに適した特性を持つ新しいインターフェースを実装する必要がありました。SSIは時代遅れの業界標準であり、メーカーが求める速度や追加機能を提供していません。一部のメーカーは独自のインターフェースをリリースしていましたが、これは自社製品専用であり、相互に互換性がありませんでした。BiSSインターフェースは、2002年にiC-Hausによってオープンソースインターフェースとして導入されました。iC-Hausは、既存のSSI（同期シリアルインターフェース）規格との互換性を維持しながら、高速な双方向センサー/アクチュエータ通信規格の実現を目指しました。20年以上にわたり、BiSSの採用は着実に増加しており、現在ではBalluff、Baumer、Danaher Motion、Kübler、Hengstler、Hohner、Pepperl+Fuchs、Renishaw、Schneider Electric、Yaskawa、Yuheng Opticsといった業界リーダーを含む600社を超えるデバイスメーカーがライセンスを取得しています。

特徴と利点

BiSSインターフェースは、汎用フィールドバスとは異なり、専用のリアルタイムセンサー/アクチュエータインターフェースです。BiSSインターフェースの主な機能は以下の通りです。

オープンソース

市場に出回っている多くの独自インターフェースとは異なり、BiSSは完全にオープンソースです。これにより、異なるメーカーが同じインターフェースを持つ製品を開発できるようになり、異なるベンダー間の互換性が向上します。これは、フル機能で高品質なインターフェースに直接アクセスできるメーカーにとってだけでなく、製品や価格を特定のメーカーに独占されることなく、消費者にとってもメリットとなります。

2つの単方向信号を使用した高速シリアル同期通信

BiSS は、標準の RS422 トランシーバーを使用した長距離回線で通常最大 10 MHz、または LVDS 接続を使用した短距離で最大 100 MHz の高速伝送を実現するシリアルインターフェイスです。

双方向

BiSS は永続的な双方向モード (連続動作、モード変更は不要) を提供し、BiSS-C では 2 つの追加ラインのみを使用して同じチャネル上でセンサーとアクチュエータの両方の通信も可能になります。

回線遅延補償

産業用アプリケーションでは、ノイズの多い環境下でも長距離ケーブルを介して確実に通信を行うことが求められます。BiSSインターフェースはこのようなアプリケーションに最適で、回線遅延を補正することで長距離でも高速通信を実現します。

Safety機能

BiSS インターフェースは、安全アプリケーションの要求を満たし、センサーからコントローラーへの追加のエラーおよび警告メッセージと、送信されたデータに対する最大 16 ビットの CRC 保護を提供します。

バス機能

アプリケーションによっては、複数のセンサーからの同期データ取得が必要となる場合があります。例えば、多軸モーション制御などです。BiSSインターフェースはバス機能を備えており、すべてのセンサーをチェーン状に接続し、コントローラーの1つのデータチャネルにリンクすることで、コントローラーの複雑さを大幅に軽減します。

デバイスの説明

BiSSインターフェースはデバイスの電子識別を提供し、簡単なプラグアンドプレイ接続を可能にします。EDS（電子データシート、デバイスのメモリ内に書き込まれた情報）内の標準化された記述、XMLファイル、または標準BiSSプロファイルを使用することで、デバイスのすべてのパラメータをコントローラーから直接読み込み、接続されたデバイスに合わせて独自の設定を調整できます。BiSSライセンスを取得したメーカーには、市場で自社製品を識別できる固有のメーカーIDが付与されます。BiSS プロトコルフレームは次の図で表されます。BiSS 通信では、データを要求する（操作を制御する）コントローラーは BiSS マスターと呼ばれ、取得したデータを提供するセンサーは BiSS スレーブと呼ばれます（アクチュエーターも BiSS マスターからデータを受信するスレーブと見なされます）。

実装

BiSS 通信システムの実装はシンプルで、最小限のハードウェア要件で実現できます。

BiSSスレーブはリソース要件が低いため、通常はセンサーIC内に直接実装されます。BiSSスレーブの実装には約1,000ゲートが使用されるため、センサーIC内に統合することが現実的であり、汎用フィールドバスインターフェースで一般的に必要となるプロトコルデータ処理用のPCB上に追加のスペースを設ける必要がありません。

BiSS マスターは、メーカーの要件と専門知識に応じて、さまざまなソリューションを通じて実装できます。

BiSSマスターiC

iC-Hausは、BiSSプロトコルの全機能を搭載したiC-MB4集積回路を提供しています。iCは、マイクロコントローラのパラレルまたはシリアルインターフェースを使用して制御できます。

FPGAベースのBiSSマスター

BiSS マスター機能を含むさまざまな VHDL IP コアが用意されており、メーカーの FPGA または CPLD ハードウェアに組み込むことができます。

マイクロプロセッサベースのBiSSマスター

BiSSマスターは、DSP/MCU/CPUユニットを使用して実装できます。BiSSインターフェースの実装とテストを容易にするために、BiSS-USBアダプタ（BiSSリーダーソフトウェア付き）、BiSSプロトコル解釈機能付きロジックアナライザ、VHDLシミュレーションブロックなど、多くのツールが利用可能です。

BiSS Safety

BiSS Safetyは、完全デジタル通信と機能安全という業界のトレンドに追随します。SIL3までを目標とするセーフティクリティカルなアプリケーションは、BiSS SafetyとBiSSインターフェースによって完全にカバーされます。BiSS Safetyは、BiSSバス構造のBiSSプロトコル固有の機能とCRC巡回冗長検査（CRC）を使用することで、安全な「ブラックチャネル」伝送を実現します。

安全通信レベル「BiSS Safety」は TÜV Rheinland によって認定されており、DIN EN 61784-3:2011 に記載されている要件を抜粋して遵守しており、IEC61508:2010 に準拠した SIL3 までの安全アプリケーションで使用できます。

BiSS安全規格はBiSS-Cと100%互換性があります。物理層、伝送媒体、通信プロトコルは既存のBiSS-Cシステムから変更されていません。スレーブ（エンコーダ）は2つの位置値（CPW：制御位置ワード、SPW：安全位置ワード）を生成・送信し、マスターはそれらを相互に照合してデータの有効性を確認する必要があります。さらに、エラー検出能力を高めるために、より長いCRCデータとサインオブライフカウンタ値を送信する必要があります。これにより、安全規格に準拠したシステムに必要なエラー検出レベルを達成できます。

BiSSライン

BiSSラインは、完全デジタル通信、機能安全機能、そしてモーター電源を単一ケーブルで実現するという業界のトレンドに沿っています。BiSSラインはBiSS-Cの固有の機能をすべて備えています。データ伝送は業界標準のRS-485に準拠し、モーターラインからデータラインに混入する干渉に対して、前方誤り訂正（FEC）によって保護されています。

市場には既にワンケーブルソリューションが存在しますが、いずれも独自仕様であるため、関心のある企業が採用することはできません。BiSS Lineはオープンスタンダードであり、2線構成（データ伝送と電力伝送を組み合わせたもの）または4線構成（電力伝送を別々にしたもの）で実装できます。接続技術と適切なケーブルは既に利用可能です。

ライセンス

BiSSインターフェースは、このプロトコルの特許を保有するiC-Haus GmbHによって開発されています。BiSS Cのプロセスと設計はiC-Haus GmbHによって特許取得済みですが、これらは無料のBiSSライセンスの一部であり、すべてのBiSSデバイスメーカーが利用可能です。ご興味のあるメーカーは、無料ライセンスを申請することで、IPコアのソースコードへのアクセス、およびBiSSロゴと商標の無償使用が可能になります。

認証

世界的な普及に伴い、異なるBiSSデバイス間の互換性確保に対する需要が高まっています。認証取得には必須の機能と特性があります。弊社は、加盟企業を通じて認証サービスを提供いたします。

現在、検証オフィスはドイツに 1 つ、日本に 1 つ、合計 2 つあります。

テストに合格すると、デバイスはBiSS認証を取得できます。測定の詳細と図表を含むレポートファイルは、認証手順の文書化、差異の指摘、改善支援のために、デバイスメーカーに機密扱いで提供されます。証明書には、認証時に検証および承認されたデータチャネルとタイミングパラメータを含むすべての機能が記載されています。また、BiSSマスターが適切な通信を行うために必要なすべての関連BiSSパラメータも要約されています。