运动控制器在网络技术方面的应用

[导读] 日趋激烈的国际竞争，要求设备或机器制造商交付仪器时要拥有更大的吞吐率，同时要有更小的运行成本。不断增加的成本和环境意识的增强，也要求工程师的设计具有更小的能源消耗。正因为如此，设备制造商不再设计

日趋激烈的国际竞争，要求设备或机器制造商交付仪器时要拥有更大的吞吐率，同时要有更小的运行成本。不断增加的成本和环境意识的增强，也要求工程师的设计具有更小的能源消耗。正因为如此，设备制造商不再设计仅仅针对单一目标的设备，而是通过采用现代控制系统和逻辑算法，在机械结构中融入高端电子和通信技术，着力创造更灵活有效的多用途设备。

图1. 使用机械零件的传统应用

图2. 如今的方法使用多个同步轴

在一个典型系统中，运动控制器负担着日益复杂的要求。通过处理多轴同步，这些控制器可以提供齿轮和凸轮功能，以及诸如限位开关、驱动器使能和急停等安全功能。除此之外，该运动控制器还需要提供传统的功能并以最佳的性能和效率运行控制算法。

1. 运动控制技术趋势

传统的运动控制应用使用一个专门的独立运动控制器来处理更大的控制复杂性。当代自动控制器性能的提升，如可编程的自动化控制器或可编程的逻辑控制器，推动了将运动控制器的功能直接整合到自动化控制器这样一种趋势，并将其视作一个优先级高于其它自动化任务的方式来运行。

20世纪80年代初以来，自动化系统是基于数字总线来执行诸如传输过程数据和执行工业通信任务的。相对于模拟总线，它们更可靠，功能更强大，特别是对于远距离通信来说更是如此。此外，数字网络简化了布线，因为它们允许以串行方式连接多个单元，而不是单独连接每个元素。这样的系统在布线方面更加便宜，更容易维护。

出于对性能的需要，许多年来运动控制行业都采用另一个方法，即通过模拟总线或专用运动控制总线来连接驱动器。这个额外的通信策略提高了整个系统的复杂性。随着数字驱动器的趋势日趋明显和高性能数字总线的出现，现在可以在运动控制和数据处理当中使用同一个总线，来简化系统架构。同时，通过EtherCAT, CANopen, PROFIBUS, Ethernet POWERLINK, 或 SERCOS等数字总线，可以获得显著的性能提升。

特别是在执行分布式多轴运动控制的应用中，数字总线有很大的优势。它们可以提供更高的灵活性，并允许使用分布到驱动器层次的处理能力和决策能力来开发系统。使用同一个标准，用户就可以简单地将不同的供应商的系统整合起来，为他们的特定应用选择最佳的方案。

通过使用经由数字总线进行通信的数字驱动器，供应商和制造商不仅可以使用交换控制相关的数据，而且可以传输状态信息或安装参数来创建驱动器。自动化用户所关心的一个主要问题就是，对于通用的自动化应用和特定的运动控制应用来说，哪个才是正确的协议。

最常见的基于以太网的协议：

EtherCAT

SERCOS II/III

CANopen

Modbus IDA

PROFINET

PROFIBUS

EtherNet/IP

Ethernet POWERLINK

由于存在很多不同的总线标准和协议，客户需要确保他们想使用的零部件可以提供正确的接口。这意味着制造商常常不得不为自己的零部件开发几个不同的版本。这增加了开发成本，而且要同时满足多个标准化组织的要求。NaTIonal Instruments等公司努力提供开放式的系统，与各种总线标准和协议进行交互。