采用以太網(wǎng)、安全功能以及更多成熟方案的分布式作業(yè)方式正不斷撬動著高速運動控制網(wǎng)絡(luò)的帶寬，這已成為自動化及運動控制網(wǎng)絡(luò)的最主要的發(fā)展趨勢。




通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)運動軸之間的分布式控制和精確同步，可以為多軸協(xié)調(diào)運動領(lǐng)域提供強有力的保障能力。動領(lǐng)域提供強有力的保障能力。

得益于SERCOS技術(shù)二十年來的不懈推廣，網(wǎng)絡(luò)化已然成為運動控制領(lǐng)域的重要因素之一。不過，如今隨著SERCOS III和PROFINet IRT（等時同步實時）等主要技術(shù)角色日益獲得更為廣泛的認(rèn)可，似乎也就不存在更多的選擇或更有效的其他可用解決方案了。
　　
自動化網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向工業(yè)以太網(wǎng)
　　
“運動控制網(wǎng)絡(luò)不是什么新鮮玩意兒，真正時興的是由運動控制專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向?qū)崟r網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移，那才是針對機器控制目標(biāo)的方方面面所做的完整設(shè)計，其中也包括運動控制。”Baldor公司以太網(wǎng)運動控制產(chǎn)品部門的產(chǎn)品經(jīng)理David Greensmith認(rèn)為，“由于是針對運動控制目標(biāo)來構(gòu)思這些網(wǎng)絡(luò)，因而對于現(xiàn)場總線應(yīng)用、分布式控制和輸入/輸出設(shè)備而言，就未必都能適合。”
　　
Greensmith認(rèn)為工業(yè)以太網(wǎng)的高帶寬
　　
足以集現(xiàn)場總線和運動控制總線于一身，構(gòu)建一個統(tǒng)一的完整體系，進(jìn)而誕生一個超乎完整的通訊系統(tǒng)，可以將諸如固件更新、配置和診斷等功能都由同一個網(wǎng)絡(luò)完成。他說這將創(chuàng)造出“全網(wǎng)透明”，并具備通過單一通訊訪問節(jié)點進(jìn)行配置、操作以及維護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的能力。
　　
Rockwell Automation的項目經(jīng)理Jeff Faris同意上述說法，并認(rèn)為：“運動控制網(wǎng)絡(luò)不會獨立存在”?？蛻魬?yīng)用正在不斷演進(jìn)，所包含的技術(shù)層面也已超出運動控制，而且機器正變得越來越模塊化，還必須響應(yīng)客戶需求的可伸縮性，這一點在印刷和包裝行業(yè)尤為突出。
　　
Faris認(rèn)為諸如機器安全、智能感知、機器視覺和信息跟蹤等功能也是這類自動化系統(tǒng)的重要組成部分，不過客戶對于機器能夠采用單一網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期增長迅速。“這些都源自對某種自動化網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期，然而共認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)將是以太網(wǎng)。”他這樣認(rèn)為。
　　
更強大的聯(lián)網(wǎng)特性
　　
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個關(guān)鍵因素就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身所包含的日益成熟的控制功能。
　　
IEEE-1588是一項曾經(jīng)被用作廣域透明時鐘的技術(shù)，最近已成為Ethernet IP標(biāo)準(zhǔn)所引用的重要技術(shù)之一。該技術(shù)有能力通過高速網(wǎng)絡(luò)，使不同的分布式設(shè)備擁有精確同步的時間基準(zhǔn)。Faris認(rèn)為采用該技術(shù)的突破點在于定義了一種機制，并驗證了在同一網(wǎng)絡(luò)上的多個不同節(jié)點間建立高水平同步時鐘的可能性。
　　
Aerotech公司產(chǎn)品經(jīng)營主管Joseph A. Profeta III博士認(rèn)為，一個明顯的趨勢就是技術(shù)正在轉(zhuǎn)向分散化體系結(jié)構(gòu)和分布式智能控制，這使得構(gòu)建更加先進(jìn)的復(fù)雜解決方案成為可能。“許多公司正在轉(zhuǎn)向這種體系結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)中的智能環(huán)節(jié)逐步外推至終端。”他說，“為此則要求更快的網(wǎng)絡(luò)和更加智能化的節(jié)點。”
　　
Profeta認(rèn)為伴隨著網(wǎng)絡(luò)為智能驅(qū)動器提供高效通訊能力的技術(shù)進(jìn)步，分布式運動同步也可以獲得原本由集中式控制所能達(dá)到的水平。至于I/O設(shè)備，也會變得更加智能，而且能夠通過網(wǎng)絡(luò)傳遞更多的狀態(tài)信息。
　　
“我們正在軟件方面付出著比以往任何時候都更多的努力，”他說，“低成本FPGA和DSP技術(shù)允許我們編寫的軟件提供更高的柔性、智能以及更多的可配置選項。”
　　
機器安全是下一個新領(lǐng)域
　　
許多供應(yīng)商都提及并認(rèn)為機器安全功能將是運動控制網(wǎng)絡(luò)的又一個重要附加功能。
　　
“我們發(fā)覺，可以為目前已經(jīng)制定完成的網(wǎng)絡(luò)解決方案添加機器安全功能，這是一個強有力的發(fā)展趨勢，”B&R自動化公司的Helmut Kirnstoetter說，“在過去兩到三年間，分散式體系結(jié)構(gòu)的進(jìn)展已經(jīng)促進(jìn)了這類產(chǎn)品的發(fā)展，轉(zhuǎn)向機器安全將會是數(shù)字化運動控制網(wǎng)絡(luò)的下一個解決步驟。”
　　
運動控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品聚焦
　　
“運動控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展”的一個重要組成部分就是產(chǎn)品創(chuàng)新，這足以展現(xiàn)自動化和運動控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和方向。下面給出一些當(dāng)前的產(chǎn)品和技術(shù)實例，以管窺日益進(jìn)步的運動控制網(wǎng)絡(luò)解決方案的發(fā)展趨勢。
　　
基于工業(yè)以太網(wǎng)的實時分布式通訊
　　
B&R自動化公司可以為機器制造業(yè)提供具備總線接入能力的ACOPOS系列伺服驅(qū)動器，其功率范圍寬達(dá)400W到64KW。采用以太網(wǎng)Powerlink技術(shù)，可以在使用同一網(wǎng)絡(luò)的單一線路中操作多達(dá)240個軸。當(dāng)被控軸采用多路操作時，仍可以達(dá)到400 μs的刷新速率。



分散化操作是ACOPOS驅(qū)動的一個關(guān)鍵特性，這得益于內(nèi)建在驅(qū)動器內(nèi)部的運動控制器，以及可以在驅(qū)動器之間通過網(wǎng)絡(luò)交互信息。以太網(wǎng)Powerlink技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)提供廣播信息，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只允許接收專門為其配置的可接收信息，信息包含當(dāng)前位置，并通過網(wǎng)絡(luò)以200到400mic μsec的固定間隔在驅(qū)動器之間進(jìn)行交換。
　　
ACOPOS伺服 驅(qū)動支持所有標(biāo)準(zhǔn)電機類型的操作，比如同步電機、帶反饋系統(tǒng)或不帶的異步電機、直線電機以及直接驅(qū)動電機等。
　　
SYNQNET輸入模塊提供快速位置捕獲
　
Danaher Motion公司的最新高速輸入模塊允許32路高速數(shù)字輸入，可充分利用該公司ZMP 3 U控制器的快速位置捕獲功能。該模塊可提供延遲時間低于350納秒的硬件輸入鎖存速度，以及高達(dá)16路的同步高速輸入捕獲單元，所有輸入均來自直接連接的10MHz FPGA。



通過為基于時間的位置捕獲單元增加高速輸入，SynqNet具備了一種將某個具體節(jié)點所發(fā)生的事件向網(wǎng)絡(luò)上的任何其他位置提供報告的有效方式，這也非常適用于某些重要的SynqNet特性，比如鎖相控制，以及在FPGA層面獲得時鐘同步，進(jìn)而獲得嚴(yán)格的協(xié)調(diào)運動的能力。該輸入模塊的目標(biāo)市場為高速套準(zhǔn)應(yīng)用，也可以為需要使用和交換多個位置捕獲信息的運行中設(shè)備調(diào)整提供一種有效方法。
　　
具備多種現(xiàn)場總線接口特性的驅(qū)動器
　　
來自Beckhoff自動化公司的數(shù)字伺服驅(qū)動在緊湊的外形尺寸中集成了功率電子回路。小巧的尺寸，集成的EMC濾波器，以及帶插入式接點的接插件等，無不令其在控制柜中的安裝使用變得簡潔而且節(jié)約工本。
　　
內(nèi)部的32位微處理器可以提供高品質(zhì)控制，采樣間隔時間縮短至62 μs。多種現(xiàn)場總線連接能力不僅允許驅(qū)動器方便地集成進(jìn)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，而且也可以融入多種其他類型的控制聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，包括PROFIBUS，SERCOS，CANopen，DeviceNet 以及工業(yè)以太網(wǎng)。



EtherCAT技術(shù)方案可以在硬件中實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并通過采用分布式時鐘獲得盡可能低的系統(tǒng)同步抖動，因而能夠達(dá)到很高的性能。從站硬件采用ASIC或者FPGA，可以省去每個節(jié)點處原本用于讀寫以太網(wǎng)分組報文所需的緩沖，而代之以當(dāng)數(shù)據(jù)幀通過從站節(jié)點時，由每個EtherCAT從站讀寫各自的數(shù)據(jù)，這樣一來，只會給報文增加極小的納秒級延時。該公司聲稱，通過在幀傳輸過程中讀寫數(shù)據(jù)，使得該技術(shù)有可能在100μs之內(nèi)控制100個伺服軸，或者在30μs之內(nèi)操作1000個I/O點。
　　
模塊化驅(qū)動器支持伺服和矢量變頻模式
　　
來自Siemens公司的S120交流驅(qū)動器將Sinamics S120系統(tǒng)擴(kuò)充為可同時滿足單軸和多軸應(yīng)用的模塊化系統(tǒng)，并支持伺服和矢量變頻工作模式。這種獨特的驅(qū)動器設(shè)計將功率驅(qū)動和智能控制分開，增加了功率部件和控制器的有效組合方式，因而具備更高的適應(yīng)性和可伸縮性。



內(nèi)建的“便捷定位”功能專門針對常見于自動裝配機械和材料處理系統(tǒng)中所需的定位任務(wù)而設(shè)計。板級機器安全集成技術(shù)，包括“安全切斷”和“安全剎車”等，有助于保護(hù)操作人員和機器本身免受傷害或損壞。通訊接口所支持的協(xié)議包括PROFIBUS和PROFINET，可提供遠(yuǎn)程訪問、高速通訊以及向現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)和自動化系統(tǒng)集成等網(wǎng)絡(luò)解決方案。
　　
可用的驅(qū)動器分為功率范圍從0.25到1馬力的單相230V供電，和功率范圍從0.5到400馬力的三相460V供電兩個系列，可選的功率模塊包括緊湊型積木式結(jié)構(gòu)（0.25到125馬力）或者機架式單元（150到400馬力）。
　　
針對模塊化智能伺服的新型I/O模塊
　　
網(wǎng)絡(luò)化策略是ELAU公司模塊化智能伺服技術(shù)的一項關(guān)鍵特征?？煽焖龠B接的動力電纜串行于集中供電模塊和分布式驅(qū)動模塊之間；另一條快速連接電纜將分布式模塊連接起來，在伺服模塊間形成直線或樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄒ源婢栈ㄦ湱h(huán)形拓?fù)洌摼W(wǎng)絡(luò)是采用SERCOS協(xié)議構(gòu)成的運動控制總線。供電和I/O信號也在同一條電纜中，而且無需編碼器反饋電纜，因為驅(qū)動已經(jīng)與電機集成在一起。SERCOS通訊協(xié)議運行于銅纜之上，就如同SERCOS III即將采取的方式，這可以省去光纜、復(fù)雜端接以及光電接收器和發(fā)送器等。


不久之前，ELAU公司開發(fā)出一種I/O模塊，可以作為該公司iSH系列模塊化伺服的一種可選配模塊，足以取代分布式I/O模塊和單另的設(shè)備總線電纜?？蛇x配I/O模塊之所以能夠取代單另的分布式I/O模塊和設(shè)備總線，正是得益于運控總線的應(yīng)用。每個模塊能夠接入的傳感器或執(zhí)行器數(shù)量最多達(dá)到八個，接入方式采用流行的M12插塞式接插件，八個連接都能夠根據(jù)需要定義為輸入或者輸出。
　　
具備以太網(wǎng)POWERLINK的交流伺服
　　
兼容工業(yè)以太網(wǎng)的MotiFlex系列三相交流驅(qū)動器出自Baldor公司，該產(chǎn)品集單相供電的驅(qū)動器、機器控制器和軟件開發(fā)環(huán)境于一體，三相驅(qū)動上述附加特性意味著用戶能夠在構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的同時，根據(jù)從小到大的負(fù)載，為每個軸選用最適合的電機驅(qū)動技術(shù)，無論是旋轉(zhuǎn)或直線類型的無刷伺服電機，還是異步矢量變頻電機，都可以通過軟件選取，而且該公司還聲稱將要支持直流伺服電機。



機器制造商們正試圖轉(zhuǎn)向全電動體系結(jié)構(gòu)，該方法可提供以軟 件為中心的高度可重構(gòu)系統(tǒng)。單一的機器控制器可以管理不同的系統(tǒng)元件，比如I/O設(shè)備、絕對式編碼器、具備以太網(wǎng)Powerlink接口的DS402系列位置伺服驅(qū)動、步進(jìn)系統(tǒng)以及多達(dá)16個軸的插補等。采用以太網(wǎng)Powerlink協(xié)議實現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)可以和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)實現(xiàn)無縫網(wǎng)絡(luò)對接。作為Baldor公司開發(fā)環(huán)境的一部分，ActiveX軟件工具可向用戶免費提供，利用該工具，開發(fā)人員可以創(chuàng)建基于Windows的PC應(yīng)用程序，通過工業(yè)以太網(wǎng)與人機界面等實時運動控制硬件實現(xiàn)通訊，或編制遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件。
　　
分布式以太網(wǎng)運動控制網(wǎng)絡(luò)
　　
出自Aerotech公司的Ensemble系統(tǒng)是一款針對中端到高性能應(yīng)用的多軸控制器，可通過10/100 Base T工業(yè)以太網(wǎng)或USB接口實現(xiàn)高速通訊。 


通過采用高速工業(yè)以太網(wǎng)，以CAT6類電纜傳輸信號并使用標(biāo)準(zhǔn)RJ45插頭，實現(xiàn)了一種全新的系統(tǒng)架構(gòu)，即中央控制器計算運行軌跡，然后利用網(wǎng)絡(luò)通訊控制多個智能驅(qū)動器，由驅(qū)動器完成位置、速度和電流的閉環(huán)控制及電機的換相控制，總線信號的同步程度可以達(dá)到1微秒量級。
　　
Ensemble系統(tǒng)可以控制無刷、有刷或者步進(jìn)電機，及其任意組合的工作臺，簡潔的參數(shù)配置界面還允許輕松地集成第三方的電機和工作臺?？刂破鞯木幋a器接口包括數(shù)字TTL正交信號輸入或模擬編碼器信號輸入。多臺Ensemble控制器可以由單臺Windows PC機通過工業(yè)以太網(wǎng)或USB進(jìn)行控制，并允許一臺PC主機操控多達(dá)10個軸以上的運動。
　　
擴(kuò)展范圍的KINETIX 2000系列伺服驅(qū)動
　　
Kinetix 2000系列伺服驅(qū)動器出自Rockwell Automation公司，其可伸縮性架構(gòu)適用于處理相對寬泛的應(yīng)用需求，功率等級從300W到3KW不等，另有附加的功率等級可以為OEM制造商和最終用戶提供更為完備的運動控制解決方案和選擇余地，目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域為小型包裝機械。

一套簡單的動力連接軌充當(dāng)著安裝和連接系統(tǒng)的作用，不僅可以使設(shè)計和安裝工作變得快捷而簡單，而且可以將連線工作量和維護(hù)成本降至最低。SERCOS接口提供了單路數(shù)字化光纖連接，可以方便地與Allen-Bradley公司的Logix系列控制器平臺進(jìn)行集成，構(gòu)建多軸應(yīng)用系統(tǒng)。另一個可選配的連線接口模塊可用來節(jié)省多達(dá)100個終端接線。
　　
小巧的驅(qū)動模塊加上其他節(jié)省空間的特性共同造就了精巧的電氣安裝外形。簡潔的模塊化設(shè)計可以減少總體接線數(shù)量，進(jìn)而降低接線成本。Kinetix系列伺服電機采用了智能電機技術(shù)，可自動識別電機與驅(qū)動的接入關(guān)系是否正確，從而大大降低試運行時間。
　　
可伸縮平臺提高了接入能力
　　
Bosch Rexroth公司推出的IndraLogic PLC平臺可同時提供DeviceNet和EtherNet IP接入能力，允許用戶選用各自的主導(dǎo)現(xiàn)場總線，從而最大限度地降低工程改造量。
　　
滿足一致性接入要求的DeviceNet端口可用作Rexroth公司運動和PLC控制器的總線掃描器，進(jìn)而操控該公司的配電盤安裝型Inline系列I/O模塊、具備IP67防護(hù)等級的Fieldline I/O系統(tǒng)以及IndraDrive伺服和主軸驅(qū)動平臺。
　　
能夠自主提供顯式報文的Ethernet IP網(wǎng)絡(luò)適配器功能可由CNC和PLC控制器的本地以太網(wǎng)端口實現(xiàn)，除此之外，還可以用Profibus DP作為標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線平臺。



IndraLogic系列PLC系統(tǒng)可提供一種高柔性的控制平臺和設(shè)計能力，可以采用IEC 61131-3軟件和開放式接口，方便地構(gòu)建集中式或分布式自動化解決方案。該系統(tǒng)包括基于PC的PLC系統(tǒng)、基于控制器的PLC系統(tǒng)、或者基于驅(qū)動器的運控邏輯系統(tǒng)。對于DeviceNet 和Ethernet IP兩種技術(shù)的最新支持提高了系統(tǒng)接入的靈活性，使之適用于更寬范圍的特殊應(yīng)用需求。
　　
AMKASYN緊湊型控制器
　　
AMK驅(qū)動公司最新推出的AMKASYN系列控制器是針對實時機器視覺和控制需求提供的一體化控制器和聯(lián)網(wǎng)解決方案，這些緊湊型控制器包括一套PLC和集成的機器視覺功能，相關(guān)功能已全部融入到采用CoDeSys編程界面的PLC開發(fā)環(huán)境中，允許快速訪問PLC的所有狀態(tài)和編程變量。系統(tǒng)采用ACC總線（基于CANopen）或者實時工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)與驅(qū)動器和I/O模塊的實時通訊。實時總線系統(tǒng)可提供軸間同步操控，并允許一直深入到驅(qū)動器層面的集成通訊和診斷功能。
　　
加強型端接方式可提供高達(dá)IP65的防護(hù)等級，足以抵御水滴飛濺和灰塵。有不同設(shè)計結(jié)構(gòu)和配置的控制器可供選擇，包括多種外形尺寸、不同的顯示分辨率、以及采用觸摸屏或按鍵的不同控制方式等。