10 Jahre BiSS-Interface

Vor 10 Jahren hat der ASiC-Hersteller iC-Haus GmbH das BiSS-Protokoll als Open-Source-Schnittstelle in der Automatisierungstechnik vorgestellt. Ziel war eine schnelle bidirektionale Sensor-Aktor-Kommunikation, kompatibel zur etablierten SSI-Schnittstelle (synchron, seriell). Neben seinen technischen Vorzügen haben zwei Voraussetzungen den heutigen weltweiten Standard begründet: die kostenlose BiSS-Lizenz für App­likationen und die Stabilität und Kontinuität des Protokolls seit seiner Einführung. Der jetzt erreichte 10-Jahres Meilenstein gibt Gelegenheit zu einer Rück-, aber auch Vorschau.

Autor: Dr. Barbara Stumpp, freie Journalistin


Die BiSS-Schnittstelle ist busfähig und lässt sich als Sensor-Aktor-Schnittstelle leicht abgrenzen gegenüber Feldbussen. In der Positionssensorik traf BiSS im Jahr 2002 auf bidirektionale Schnittstellen mit analoger Übertragung und auf proprietäre Ansätze einzelner Encoder-Hersteller. "Als IC-Hersteller wollten wir einen breiten Markt ohne Sonderlösungen bedienen. Daher gab es für uns nur einen Weg zur Umsetzung einer technisch überzeugenden Entwicklung: die Schnittstelle freizugeben, um einen offenen Standard zu etablieren", stellt Dr. Heiner Flocke, Geschäftsführer von iC-Haus fest. Im Vergleich zu anderen Interfaces hat BiSS einen geringen Hardware-Aufwand sowohl zum Treiben der Leitungen über ausschließlich unidirektionale Ansteuerungen als auch zur Realisierung der BiSS-Funktion im Slave bzw. Sensor. "BiSS kommt mit nur ca. 1.000 Gatteräquivalenten im Slave aus und kann als Zusatzfunktion ohne großen Flächenaufwand und Kostenbelastung auf unseren Sensor-iCs integriert werden", sagt Dr. Flocke. Der digitale Datentransfer läuft mit hoher Störsicherheit über eine einfache Zweidrahtleitung. Die Übertragungsraten werden von der Treiberelektronik bestimmt und ermöglichen kurze Zykluszeiten, z.B. von wenigen Mikrosekunden für 32Bit. "BiSS kann die Daten von mehreren Sensoren mit nur einem Master erfassen und vereinfacht die Positionserkennung in Mehrachsensystemen", bemerkt er. "Weiter können über das elektronische Typenschild Sensoren auch verschiedener Hersteller in Steuerungssystemen eingesetzt oder getauscht werden. Die Bindung an bestimmte Komponentenhersteller ist mit einer freien Standard Schnittstelle aufgehoben."

Bidirektionaler Austausch


Als Variante hat sich inzwischen BiSS im Continuous Mode (BiSS-C) durchgesetzt und vermeidet eine Modus-Umschaltung, sodass Befehle vom Master an den Slave gesendet werden können, ohne den Sensordatenfluss, z.B. in einer Antriebsregelung zu unterbrechen. Damit können im zyklischen Betrieb bidirektional Parameter ausgetauscht oder Befehle vom Master an die Slaves gesendet werden; ebenfalls ist die Ansteuerung von Aktoren im Bussystem in Echtzeit möglich. "Normalerweise muss für eine Modusumschaltung in bidirektionalen Schnittstellen der Sensordatenstrom unterbrochen werden. Das wirkt sich vor allem bei schnellen digitalen Regelungen, wie Motor-Feedback-Systemen, nachteilig aus", erklärt Marko Hepp, Sales & Applications Ingenieur bei iC-Haus GmbH. "BiSS verwendet im C-Mode ein Inband-Protokoll und leitet mit jedem ­Zyk­lus auf der Taktleitung Bruchteile eines Datenworts an die angeschlossenen Slaves weiter", stellt Marko Hepp heraus: "Das Verfahren und die Ausführungen mit BiSS im C-Mode sind für iC-Haus GmbH patentiert und Bestandteil einer kostenlosen BiSS-Lizenz für BiSS-Device-Manufacturers". Mit BiSS-C hat sich die BiSS Schnittstelle auch international stark verbreitet. "BiSS hat durchaus das Potenzial, das in der Automatisierungstechnik etablierte Synchron-Serielle Interface (SSI) abzulösen als kompatibler und zusätzlich bidirektionaler Schnittstellen-Standard", ist Marko Hepp überzeugt. "Bis heute haben wir weltweit mehr als 250 Lizenzen an Gerätehersteller vergeben, u.a. an namhafte Encoder- und Steuerungs-Hersteller", berichtet er. Die kostenfreie Lizenz beinhaltet die Nutzung der Marke BiSS sowie der IPs als auch Quellcode. "Neben dem iC-Haus bieten inzwischen auch unabhängige Dienstleister in Deutschland, USA, China und Japan Services rund um die BiSS-Schnittstelle an, z.B. bei der Implementierung", sagt Marko Hepp. "Große Potenziale für BiSS als weltweiter Industrie-Standard sehen wir durch die Implementierung bei den Global-Players der Antriebstechnik, die ihre Applikationen u.a. auf der SPS-Drives Messe vorstellen."

BiSS schnell implementieren


Als unabhängiges BiSS-Support Center agiert Bruce Pride mit seiner Firma iC-Embedded in den USA. Von Portland (MN) aus unterstützt er US-Kunden bei der Implementierung von BiSS und berichtet: "Basierend auf Datenblättern und Quellcode-Dateien von iC-Haus können wir BiSS einschließlich der FPGA- und µC-Programmierung auf der Master-Seite für Industrie- und Robotik-Anwendungen innerhalb vier bis fünf Wochen implementieren." Zu den BiSS-Nutzern in ihren Applikationen gehören u.a. Danaher Motion, B&R, KEB, Hengstler, Baumer, Kübler, Balluff, TWK, AMO, Changchun Yuheng Optics, Lenord+Bauer, Elmo Motion Control, Murr Elektronik.

BiSS in der Anwendung


Ein Nutzer mit weltweiten Applikationen seiner Längen- und Winkelmesssysteme ist Renishaw. "Als wir unsere Absolutwertgeber Resolute entwickelt haben, war es immer ein Teil der Spezifikation, ihn kompatibel mit dem BiSS-Protokoll zu konstruieren. Wir haben nach einer modernen, offenen, seriellen Schnittstelle gesucht, das die Performance-Anforderungen erfüllt und es unseren Anwendern gleichzeitig ermöglicht, eine breite Palette von Motion Controllern zu verwenden", erklärt Steve Oakes, Commercial Manager Encoder Products Division bei Renishaw. Die Entscheidung fiel schließlich für die BiSS-Schnittstelle. Beim Encoder-Hersteller Kübler arbeitet man seit Beginn intensiv mit BiSS. Auf Basis einer Chip-Entwicklung mit eingebetteter BiSS-Schnittstelle entstand ein kompaktes, EMV-robustes Sensorsystem, das zusätzliche Analogleitungen erübrigt und somit auch Kosten spart. Viktor Steiner, bei Kübler verantwortlich für Technologieentwicklung: "Die Anwender wollten von den konventionellen Interfaces weg, um unabhängiger zu sein und flexibler auf den Markt reagieren zu können." Steiner ist bewusst, dass es schwer ist, einen neuen Standard zu setzen, aber "BiSS kommt jetzt richtig in Fahrt", freut er sich. Hengstler ist seit der ersten Stunde dabei und optimistisch, dass sich BiSS in der Zukunft noch weiter im Markt durchsetzt. BiSS ist bei Hengstler die Basis aller Absolutgeber und wird vorzugswiese in Motorfeedback Anwendungen eingesetzt. "Die Anwender schätzen die Vorteile von BiSS wie die sichere bidirektionale rein digitale Kommunikation, dynamische Leitungslängenkompensation und die Möglichkeit Motordaten im Drehgeber zu lesen und zu speichern", weiß Alexander Hess, Senior Produktmanager bei Hengstler.

BiSS auf der SPS IPC Drives 2012


10 Jahre BiSS ist das gleichlautende Thema auf mehreren Veranstaltungen im November 2012, z.B. auf der SPS IPC Drives als Schwerpunkt von Vorträgen bzw. auf den jeweiligen Ausstellungsständen von iC-Haus und BiSS nutzenden Unternehmen.

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