工廠內無所不在的運動控制系統

2014/12/30

 

運動控制是工廠自動化的核心技術，起源於早期的伺服控制，簡單地說，運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進行即時管理，使其按照預期的運動軌跡和規定的運動參數進行運動。

此技術可應用在需要精準定位控制或速度控制的產業機械及高精密度的各類CNC工具機，對產品切割精密度要求高的產業，運作良好的運動控制系統，更是不可或缺，如：汽車、太陽能、半導體、電子產業等。

運動控制系統的建立必須整合各種軟硬體技術，不僅需要理論上的性能評估，在實際運作上還要考慮到機台本身的操作特性，工業上機台之運行是否能遂行，除了對系統的基本功能要求外包括要控制各軸位置跟速度。成本高低、系統穩定性、使用頻率、保固服務、與其他軟硬體的擴充性和相容性等都是評估運動控制系統的因素。

運動控制系統這幾年，隨著網際網路路的發展，發展出不同的操作模式，機器設備在運作時可跟整廠設備連線已進行即時的監控跟操縱，過去的PLC運動控制模式因PLC控制器也漸漸的被PC-Based控制器所取代。

控制器若以架構來分，目前工業上所見的控制器可以大概分為兩種：PLC-Based及PC-Based。 PLC-based技術和PC-based技術是在自動控制領域內兩大具有代表性的控制技術，兩者的技術起源和發展有較大的差異。

PLC產生於上世紀70年代初，其主要實現的功能僅僅是邏輯簡單的順序控制功能。PLC一經出現，就以其高可靠性、小體積和直觀的編程模式而顯示出強大的生命力，成為自動控制領域的主流產品。

PC-based 更多地用於設備運行狀態的監視。相對PC-based而言，PLC-based具有配置靈活、體積小、適應惡劣環境、抗干擾性強、可靠性高等優點，但在軟體功能及系統開放性等方面比PC-based差。

隨著計算機技術和控制技術的不斷發展，PLC-based和PC-based都在吸收對方的優點，以適應更多的應用。例如，PLC在包裝設備中的應用遠遠多於PC-based在包裝設備中的應用。 PC-based是一種基於PC技術的控制系統。

最早的PC-based控制系統是以工控機為核心，PC-based在運算、儲存、和軟體開放性方面具有優勢。PLC-based和PC-based兩者在技術特點上存在明顯區別。PLC具有體積小、功耗低、抗干擾能力強；具有很高的可靠性，其平均無故障率時間間隔可達50萬、甚至100 萬個小時；具有簡單直觀的編程模式。

而 PC-based 具有很強大運算能力且具有開放標準的系統平台和PCI接口，精美且低成本的顯示技術。但系統的可靠性略差，如性能較好的IPC 的平均無故障時間間隔約5萬小時。 但隨著PC及網路時代的到來，工業PC或PC-based控制器由於具有網路系統的基本特性，即具有高性能、低價格、系統開放、基礎等優勢，漸漸取代過去活躍於工業自動化控制領域的PLC。 

由於PC-based產品具有網路的基本特性，PC-based 控制器產品一問世就具有很強的生命力，發展極為迅速。有觀點說，PC-based控制器將取代傳統PLC-based，當然首先必須解決安全性跟穩定性的問題。

近幾年來，這些問題已基本得到解決，PC-based控制器從外觀到可靠性也都開始可以與PLC-based相近。由於IEC61131-3編程語言標準的推出和廣泛採用，為PC-based控制器的高速發展鋪平了道路。這樣，PC-based控制器不僅具有PC的優勢，也具有傳統PLC的優勢。它可無縫地融合到網路時代的資訊系統中。

在PC及網路的進步下，許多數位系統相關應用也隨之飛快的進步。單晶片、數位訊號處理器這些具有高速運算速度下之微控制器不斷的導入分散式控制系統中，使的各式各樣的應用系統逐漸朝向專業分工的趨勢，其中運動控制系統就是一個很好的案例。