論伺服和PLC集成系統(tǒng)的發(fā)展

伺服與PLC的集成現(xiàn)狀

(施耐德電氣工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制部技術(shù)經(jīng)理)李幼涵先生：伺服和PLC的集成是基于PLC在伺服中做好電流環(huán)速度環(huán)，在PLC中加入位置控制模板，兩種技術(shù)的集成可分為三個(gè)階段。

第一階段，加入板卡，僅包括模擬量控制或脈沖控制，稱之為單軸的方案，與板卡的區(qū)別是其為PLC編程語(yǔ)言，用戶用PLC編程語(yǔ)言編輯伺服傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過程。大型生產(chǎn)廠商，如施耐德、西門子、歐姆龍及三菱都有這種產(chǎn)品。

第二階段，將原來單獨(dú)的PC機(jī)及控制器等總線方式集成到PLC，此時(shí)的PLC不用位置板卡，只需一個(gè)總線進(jìn)行控制。例如CANopen，這種總線技術(shù)基于PLC，可控制很多軸，使用一條電纜即可以向多軸的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令完成工藝過程。

第三階段，由于產(chǎn)業(yè)全球化，便出現(xiàn)了新的集成方案，為SOFT PLC和SOFT MOTION，我們將其做成了專用控制器，軟件平臺(tái)是公共的，符合IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言，在硬件上可通過通用總線接若干伺服、遠(yuǎn)程I/O、變頻器及一些帶有總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，這樣真正將伺服技術(shù)與PLC集成在一起，用公用編程平臺(tái)制作，施耐德已經(jīng)將此產(chǎn)品投放市場(chǎng)并正在向這個(gè)方面的縱深發(fā)展。

(中達(dá)電通股份有限公司伺服數(shù)控產(chǎn)品處經(jīng)理)李文建先生：伺服技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制大的概念中，占據(jù)相當(dāng)重要的地位，伺服是忠實(shí)地執(zhí)行上位控制指令的功能部件，如何做到“忠實(shí)”上位命令，是伺服技術(shù)追求的重要指標(biāo)。使用中小型PLC集成可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性會(huì)大幅提高。其次，整個(gè)設(shè)備需要有安全性保障，例如沖壓設(shè)備，與人身安全有關(guān)，對(duì)于整體設(shè)備要考慮提高其安全性。第三，生產(chǎn)關(guān)注效率，整個(gè)生產(chǎn)線效率提高，產(chǎn)量自然變大，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，只有提高效率企業(yè)才能生存。第四，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低綜合成本。如今PLC與伺服組合越來越多，目前國(guó)內(nèi)發(fā)展很快，整體都在進(jìn)步。

(凌華科技（中國(guó)）有限公司量測(cè)與自動(dòng)化產(chǎn)品事業(yè)處資深產(chǎn)品經(jīng)理)丁辰龍先生：一般伺服電機(jī)會(huì)采用位置控制和速度控制兩種模式，對(duì)于位置控制則一般采用脈沖控制，對(duì)于速度控制則一般采用電壓控制。近年來在位置控制方面有了一種新的實(shí)現(xiàn)方式，即采用指令式的控制方式。這種控制方式往往采用分布式架構(gòu)。另外還有些伺服電機(jī)可以借助目前通用的控制總線例如MotionBus，DeviceNet等與控制器（例如PC或者PLC）直接相連，這些控制器可以通過指令直接控制伺服電機(jī)，各個(gè)伺服電機(jī)采用級(jí)聯(lián)方式，以減少配線和增大通信距離。

PLC在經(jīng)歷這些年的發(fā)展后，通信總線協(xié)議空前廣泛，對(duì)于處理的實(shí)時(shí)性和傳輸?shù)母咝缘囊笤絹碓礁撸虼酥饾u開始向PAC過渡，即在大家熟悉的操作系統(tǒng)（例如Windows，Linux）上構(gòu)架原有的PLC控制，同時(shí)保證原有的安全性與可靠性。這樣采用了PC的強(qiáng)勁處理器、熟悉的HMI界面和PLC的穩(wěn)定與簡(jiǎn)單控制。甚至在這種方式下，伺服控制器也被集成在控制器里面了，也就是原來的伺服驅(qū)動(dòng)器被省略了。
伺服和PLC集成的意義

丁辰龍先生：兩種技術(shù)融合最主要的意義是控制的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性被大大提高了，控制成本也降低了。因此用戶可以在系統(tǒng)的接口上得到簡(jiǎn)化，也可以讓控制器更多深入研究行業(yè)應(yīng)用，以提高運(yùn)動(dòng)控制在各個(gè)領(lǐng)域的精度和速度。同時(shí)也存在缺點(diǎn)，控制器被推到了電機(jī)前端，信號(hào)抗干擾和電磁屏蔽就會(huì)變得重要，另外和伺服的接口有很多種類，例如SSCNET，Motionnet等，因此客戶還需要針對(duì)不同的控制總線進(jìn)行學(xué)習(xí)。

李幼涵先生：伺服技術(shù)與PLC集成的好處是，將所有元器件放在一個(gè)控制柜里。此類發(fā)展對(duì)機(jī)器制造類行業(yè)更有優(yōu)勢(shì)，將控制柜縮小，安裝會(huì)更方便，所有信息可通過總線讀取，即結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，省去很多物理設(shè)備。

其次，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，不再需要使用多家編程語(yǔ)言操作。集成的發(fā)展使軟件企業(yè)編制出通用的模塊，直接調(diào)用功能塊即可，將所有的標(biāo)準(zhǔn)典型技術(shù)做成功能塊，用戶只需調(diào)用功能塊，可以使設(shè)計(jì)周期縮短。最后，間接成本降低，對(duì)用戶是有益的。

趙鐵男先生：隨著伺服電機(jī)價(jià)格降低，逐漸用伺服結(jié)合PLC或?qū)Ｓ眠\(yùn)動(dòng)控制器來取代變頻已經(jīng)是目前的發(fā)展趨勢(shì)。伺服技術(shù)和PLC技術(shù)集成的意義在于提高機(jī)器的高科技含量，使速度和精度都有大幅度提高。對(duì)于用戶的最大好處就是提高競(jìng)爭(zhēng)力及機(jī)器運(yùn)行效率，不好的地方就是成本有所增加。
集成的實(shí)現(xiàn)方式

(英國(guó)翠歐運(yùn)動(dòng)技術(shù)公司上海代表處首席代表)趙鐵男先生：目前實(shí)現(xiàn)伺服技術(shù)和PLC集成的方法主要有三種：第一，PLC（運(yùn)動(dòng)控制器）發(fā)脈沖給伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單控制；第二，PLC發(fā)模擬量給伺服驅(qū)動(dòng)器并從伺服驅(qū)動(dòng)器獲得位置反饋信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行閉環(huán)控制；第三，PLC通過現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多軸復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制。

丁辰龍先生：實(shí)現(xiàn)伺服技術(shù)和PLC集成的方式主要分為兩種：通過通用或者專用的控制總線控制伺服驅(qū)動(dòng)器（當(dāng)然這里面不乏通過網(wǎng)絡(luò)或者光纖接口連接的）；或者通過自身的集成模塊直接控制伺服電機(jī)（省略了伺服驅(qū)動(dòng)器）。

李文建先生：實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制中的伺服與PLC集成的方式很多，每一家都不同。目前來講，PLC會(huì)向通用化發(fā)展，也會(huì)推向平臺(tái)化，指令集已較為相似。自動(dòng)化的部分控制在做二次研發(fā)，漸漸走向通用化，多控制采用標(biāo)準(zhǔn)也是一種方向。運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域很復(fù)雜，市場(chǎng)需求愈來愈多，對(duì)PLC的技術(shù)要求也越來越高，PLC 整合運(yùn)動(dòng)控制也是一個(gè)重要的發(fā)展方向，例如 臺(tái)達(dá)推出的20PM運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品，主要是針對(duì)此類市場(chǎng)需求。我個(gè)人認(rèn)為，伺服和PLC的集成方式?jīng)]有主流與非主流之分，主要看行業(yè)需求，不同的行業(yè)，不同的控制對(duì)象對(duì)于PLC與伺服運(yùn)動(dòng)控制的集成方式需求也不同，能保留各行業(yè)的特色才是正確的選擇。

李幼涵先生：伺服和PLC的集成形式可以是伺服內(nèi)嵌PLC，也可以是PLC內(nèi)嵌伺服，兩種概念皆有，兩種產(chǎn)品皆有。放眼當(dāng)今市場(chǎng)，更多的產(chǎn)品是將伺服嵌入PLC中。PLC即為控制器，其源于編程的應(yīng)用。而如今也有伺服需要編程序的，我們也有此項(xiàng)產(chǎn)品。

(上海會(huì)通自動(dòng)化科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理)朱建宏先生：在工業(yè)控制領(lǐng)域，國(guó)外的運(yùn)動(dòng)控制主要是定位和高速響應(yīng)，并結(jié)合應(yīng)用于流程控制和邏輯控制。2008年的發(fā)展趨勢(shì)就是通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上下游的連接。大公司比如西門子已經(jīng)搭建好網(wǎng)路平臺(tái)。

實(shí)際上對(duì)任何機(jī)器來說，不可能僅僅實(shí)現(xiàn)邏輯控制就能完成高精控制，運(yùn)動(dòng)控制肯定要與其結(jié)合起來。國(guó)內(nèi)的北京和利時(shí)公司也在搭建這個(gè)平臺(tái)。要搭建這樣的平臺(tái)首先要有PLC，要開發(fā)變頻器和伺服馬達(dá)。其次要有網(wǎng)絡(luò)，才能保證管理層的通信。網(wǎng)絡(luò)層面遇到很多阻礙，因?yàn)槲覀儑?guó)內(nèi)有個(gè)概念，就是不需要網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)為中國(guó)人多，每個(gè)人操作一臺(tái)機(jī)床即可。但是國(guó)內(nèi)的制造業(yè)肯定向前發(fā)展，增加網(wǎng)絡(luò)發(fā)展是必然趨勢(shì)。

技術(shù)集成遇到的困難

趙鐵男先生：客戶希望得到整體的解決方案，沒有PLC，傳統(tǒng)伺服只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的位置控制，對(duì)于復(fù)雜的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC是不可缺少的。但伺服技術(shù)和PLC的集成也受到阻礙，傳統(tǒng)伺服沒有集成現(xiàn)場(chǎng)總線在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，而高端PLC都是通過現(xiàn)場(chǎng)總線方式，例如ETHERCAT，SERCOS等來對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制的。

丁辰龍先生：基于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，以及PC，DSP，ARM等芯片技術(shù)的發(fā)展，伺服技術(shù)和PLC的集成成為一種趨勢(shì)。而阻礙兩種技術(shù)集成的因素最主要是目前的總線規(guī)范太多，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，形成不了發(fā)展合力，各自發(fā)展，不利于資源的投放。

李幼涵先生：目前在技術(shù)使用和推廣方面， 并不是所有工程師都了解伺服與PLC集成的技術(shù)，在書本與指導(dǎo)說明上對(duì)此的著述也很少，用戶很難查詢。如今采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)支持，只有用戶使用過此產(chǎn)品才會(huì)接觸該技術(shù)。所以說在技術(shù)使用和推廣上遭遇瓶頸，工程師更多了解的是脈沖模擬量控制的內(nèi)容。

朱建宏先生：要建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)涉及到兩個(gè)方面，一個(gè)是資金方面，還有一個(gè)技術(shù)方面。愿意或已經(jīng)搭建這個(gè)平臺(tái)的都是大公司，像Beckoff、丹納赫、艾默生等。只有大公司才有資金實(shí)力，生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)需要的產(chǎn)品，或者購(gòu)買平臺(tái)所需的產(chǎn)品。

技術(shù)層面的門檻很多，例如很多知名的大公司，他們有很多沒有公開的東西，只有使用其產(chǎn)品的用戶才能享用其技術(shù)，即便如此，也很昂貴，比如西門子公司的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

自動(dòng)化技術(shù)集成的趨勢(shì)

李幼涵先生：未來的自動(dòng)化在技術(shù)集成方面會(huì)注重以太網(wǎng)發(fā)展，所有的自動(dòng)控制都會(huì)向工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展，各家廠商的產(chǎn)品可利用公用平臺(tái)通過以太網(wǎng)交互。工控及無線也會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)，施耐德最初提出“透明就序”，即建立于以太網(wǎng)上，可在任何地點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)情況與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，只需插上以太網(wǎng)輸入密碼便可直接查詢，更加簡(jiǎn)單快捷。以太網(wǎng)還將滲透到底層的各個(gè)元器件，上下層都要建立連接，如今伺服已有使用以太網(wǎng)進(jìn)行控制的產(chǎn)品。

趙鐵男先生：在歐美通過總線方式控制伺服驅(qū)動(dòng)器是發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)檫@可提高連接的可靠性避免傳統(tǒng)接線方式可能引起的噪聲問題。標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)是大家的共識(shí)，保守的、不向客戶公開的總線是沒有前途的。
現(xiàn)在專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制廠商已經(jīng)開發(fā)出了高速（400兆CPU）、高精度（64位精度）的基于現(xiàn)場(chǎng)總線或傳統(tǒng)脈沖，模擬量等方式結(jié)合的通用運(yùn)動(dòng)控制器。例如單CPU可以實(shí)現(xiàn)1ms的采樣周期對(duì)64個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)同步，電子凸輪和高速色標(biāo)跟蹤等功能。因此隨著伺服與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合，具備這類功能的運(yùn)動(dòng)控制器（不限于PLC）與伺服技術(shù)的結(jié)合，是將來的發(fā)展趨勢(shì)。

李文建先生：如今的伺服走向是要將運(yùn)動(dòng)控制嵌入至伺服里面。伺服驅(qū)動(dòng)單元功能強(qiáng)大，發(fā)展迅猛，很多伺服中都含有運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，在簡(jiǎn)單的定位與分度等方面均有體現(xiàn)。

由于當(dāng)今高速通信的技術(shù)發(fā)展，很多伺服與PLC間的集成也采用高速通信的方案，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，滿足市場(chǎng)的需求。由此能夠看出伺服的基本走勢(shì)，在硬件上預(yù)留更多的擴(kuò)展空間，可令用戶有選擇性地嵌入一些功能。如嵌入PLC，需要在高速協(xié)議與高速通信技術(shù)基礎(chǔ)上輔佐進(jìn)行。另一方面，軟件功能不斷加強(qiáng)，使應(yīng)用更加方便，使伺服估測(cè)負(fù)載更加準(zhǔn)確，使其功能性能發(fā)揮極致。

運(yùn)動(dòng)控制在真正的工作自動(dòng)化環(huán)境中單動(dòng)需求較少，更多的是多軸運(yùn)動(dòng)，基于此項(xiàng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動(dòng)控制，擁有足夠的速度，這便是自動(dòng)化技術(shù)集成的一個(gè)轉(zhuǎn)變。

丁辰龍先生：隨著技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)上需要的是自動(dòng)化控制器，而自動(dòng)化控制器應(yīng)該是集成了光機(jī)電控制為一體的控制中心，而且方便就近布置（分布式）。因此分布式和模塊化是一個(gè)技術(shù)趨勢(shì)，而集成視覺檢測(cè)則就是另外一個(gè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)了。