伺服其實是一種用于實現運動控制的動力傳動技術，同時提到了其可能會涉及到的一些產品。然而，產線設備上的高性能運動控制功能，光靠這些傳動產品顯然是無法完成和實現的，必須將它們整合在一起，并有機的融入到設備的自動化系統(tǒng)中去，才能發(fā)揮其應有的作用。

■考慮到交流變頻伺服已經在目前的工業(yè)應用中成為了運控領域的絕對主力，接下來關于伺服技術的討論中，將主要以交流伺服作為重點。

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交流變頻伺服，是一種以交流變頻作為動力傳動方式的伺服技術，其核心自然就是伺服驅動器和伺服電機了。伺服驅動器基于控制端指令，將電源側標準動力輸入轉換成伺服電機所需的可調節(jié)交流動力電源；伺服電機，則會將這個動力電源再進一步轉換為機械動力輸出，從而驅動負載完成特定的運動控制功能。

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這樣看來，要在設備的自動化系統(tǒng)中引入交流伺服技術，至少得在三個方面與其進行對接與融合：

■控制平臺

■電力驅動

■機械傳動

我們先來聊聊伺服系統(tǒng)的控制平臺。

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在談到伺服與變頻的區(qū)別時，我們曾經說過，為了能夠達到較高的應用控制精度，伺服驅動與控制平臺之間指令更新的時間刻度必須要精確到微妙級，它們須以極為確定的時間周期進行運控數據的實時交互。因此，長期以來，設備運控平臺在接入伺服產品時，都需要使用專屬的運控數據端口，例如：高頻脈沖串端口或專用運控總線端口。

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一般來說，使用脈沖串方式控制伺服，其硬件成本是相對較低的，大部分用戶并不會太在意它對伺服的控制其實是開環(huán)的。然而與此同時，其短板也是很明顯的。一方面，運控系統(tǒng)的拓撲結構比較單一，不夠靈活，只能是星型布局；另一方面，由于單個脈沖模塊能夠同時接入的伺服軸數十分有限，系統(tǒng)的空間占用和接線數量都會隨著其軸數的增加而變得異常龐大，這對于那些大型的伺服運控設備來說，會嚴重影響其應用和集成的綜合體驗。

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專用運控總線采用數字串行通訊的方式來完成控制器與伺服驅動之間的數據交互，單一端口能夠接入很多伺服軸，加之在連接方式上，它們大部分都支持多組件的跨接串聯，能夠以鏈式布局構建網絡，這讓系統(tǒng)的拓撲結構變得十分靈活，有助于為用戶節(jié)省大量的設備空間占用、減少線束連接，并簡化運控系統(tǒng)的應用和集成工作。然而，彼時專屬總線運控產品高昂的采購成本，卻總是讓不少用戶望而卻步。以至于，一直以來，它們都被大家認為是“高端”的伺服運控產品。

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另外，由于伺服應用在控制策略上更側重在空間和力學方面的數據計算，需要處理大量的運動學任務，如：空間坐標系轉換、運動軌跡規(guī)劃與追蹤、加減速度與力矩的運算...等等，這與一般的離散、邏輯、批次、過程...等控制方式有著極大的差別。

PicSource：Bosch Rexroth

加上前面所說的運控數據接口的特殊性，早些年的自動化運控設備往往都需要同時配備邏輯控制器 PLC 和專用的運動控制器 MC，去分別處理邏輯控制任務和運動控制任務。這樣的設備控制系統(tǒng)，其復雜性是顯而易見的，用戶不僅要同時配置和操作兩套控制系統(tǒng)，還不得不考慮二者之間大量的數據交互和運算邏輯，這讓機器的應用成本在設計、使用和維護、甚至學習和培訓...等各個方面都顯得非常之高。

PicSource：OMRON FA | NX1

近幾年，隨著電子半導體和信息通訊技術的不斷進步，設備控制器與現場總線產品的發(fā)展也開始進入到一個全新的時代。

一方面，集成運動和離散、邏輯...等控制方式的高性能多策略控制器，已經基本成了自動化控制產品的主流，用戶只需要使用一種（自動化）控制器，就能夠在其設備中實現多種策略類型的功能任務。

PicSource：Bosch Rexroth | SERCOS for IndraDrive C

另一方面，工業(yè)以太網已經基本上解決了網絡通訊的數據實時性和時間確定性的問題（盡管各家采用的方法有所不同），完全可以替代甚至超越上一代運控總線的應用性能，借助這種技術，用戶在其設備中只需要使用一種協(xié)議的實時通訊技術，如： EtherCAT、PowerLink、ProfiNet IRT、SERCOS III.. 等，就可以將伺服傳動與通用的自動化控制集成在同一個設備網絡系統(tǒng)之中。

PicSource：Rockwell Automation

這樣一來，伺服運控設備的自動化架構就變得十分簡單了，每個運控設備單元只需使用一臺自動化控制器，通過一種協(xié)議的網絡便能夠與其中各個伺服軸、變頻器、I/O ... 等底層自動化組件實現通訊連接，并完成設備的各項功能；同時，產線上的多個設備單元，也完全可以通過僅使用一種實時通訊協(xié)議連接到同一個網絡系統(tǒng)中，來實現它們之間的各種協(xié)同互操作，進而再共同接入到產線乃至整個工廠的運營管理平臺上去。

PicSource：Schneider Electric

目前，大部分自動化廠商都已經基于自身的產品體系推出了其所謂的“全集成”自動化設備控制系統(tǒng)。盡管名稱各異，各個環(huán)節(jié)的技術細節(jié)也多有不同，但縱觀其系統(tǒng)架構，卻是殊途同歸，基本上都屬于我們上面所說的這種拓撲樣式。

而設備用戶能夠接受這種曾經“高大上”的運控解決方案，很大程度上是由于新的控制器和以太網技術為產線設備所帶來的總體成本和效益的優(yōu)化。這種優(yōu)化并不僅僅是硬件成本的降低（事實上很多硬件產品的成本是增加的），而更多的是體現在因系統(tǒng)結構的簡化、功能的整合、性能的提升、操作的易用性...而給企業(yè)創(chuàng)造出來的附加價值與綜合收益。

PicSource：B&R Automation

不過，考慮到當下工業(yè)以太網協(xié)議各大品牌/陣營割據圈地的現狀，設備用戶在選擇其伺服運控系統(tǒng)時或許并沒有那么自由。盡管各家都宣稱自己的系統(tǒng)與所采用的技術是開放的，但實際上，在控制平臺的搭建上，其品牌/陣營的排他性現象還是明顯存在的。除了采用 EtherCAT 這種目前比較普及的通訊協(xié)議的運控/自動化產品以外，大部分品牌的設備控制器基本只能兼容自家（或合作體系內）的伺服產品。用戶很多時候，不得不因此為了某一個功能而被整個品牌的全系列產品所綁架。而這種局面，目測至少要等到下一代工業(yè)通訊技術出現時才可能有所改觀。

PicSource：mcrazy | FANUC Robot Controller

另外，需要指出的是，上面所說的這種集成運控系統(tǒng)，應該更加適合那些通用的非標自動化設備，比如：包裝機、輪胎成型機...等，而對于像數控加工、工業(yè)機器人...等類型的專機設備，貌似并不太適用，至少目前是這樣的。例如：機床設備所使用的 CNC 數控系統(tǒng)，工業(yè)機器人所使用的集成伺服驅動單元的專用控制器...等等。道理其實也并不復雜，單機應用、功能標準、技術成熟、產量巨大...等多方面因素，足夠支撐這些專機應用去開發(fā)和使用專用的運動控制系統(tǒng)。

PicSource：SINUMERIK

盡管從技術角度看，通用控制器應該已經完全具備了處理專機任務的能力，但要知道，這些經過多年積累、極為成熟，且早已經被市場驗證與認可的專機應用，其軟件代碼移植、集成和測試的工作量是巨大的，尤其是那些高難度的復雜應用，如：某些特殊的 G-Code、多自由度機器人的空間坐標系轉換...等。

PicSource：Bosch Rexroth

Motion Logic Control for Robots

短期內，專機設備用戶或許更傾向于借助通用的網絡技術，將整機在數據通訊和信息交互層面與產線系統(tǒng)進行集成與融合（如數控機床、機器人與通用自動化設備的集成），而并沒有足夠的動力去對底層控制架構進行太大的調整。但從長遠看，將機器人和數控...等專機應用整合到通用的自動化控制系統(tǒng)之中，則必定是行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。

實際上，這件事已經在某些領域悄然開始了......
編輯：hfy