論伺服和PLC集成系統的發展

伺服與PLC的集成現狀

(施耐德電氣工業自動化運動控制部技術經理)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速度環，在PLC中加入位置控制模板，兩種技術的集成可分為三個階段。

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，與板卡的區別是其為PLC編程語言，用戶用PLC編程語言編輯伺服傳動的實現過程。大型生產廠商，如施耐德、西門子、歐姆龍及三菱都有這種產品。

第二階段，將原來單獨的PC機及控制器等總線方式集成到PLC，此時的PLC不用位置板卡，只需一個總線進行控制。例如CANopen，這種總線技術基于PLC，可控制很多軸，使用一條電纜即可以向多軸的伺服系統發出指令完成工藝過程。

第三階段，由于產業全球化，便出現了新的集成方案，為SOFT PLC和SOFT MOTION，我們將其做成了專用控制器，軟件平臺是公共的，符合IEC61131-3國際標準的編程語言，在硬件上可通過通用總線接若干伺服、遠程I/O、變頻器及一些帶有總線標準的設備，這樣真正將伺服技術與PLC集成在一起，用公用編程平臺制作，施耐德已經將此產品投放市場并正在向這個方面的縱深發展。

(中達電通股份有限公司伺服數控產品處經理)李文建先生：伺服技術在運動控制大的概念中，占據相當重要的地位，伺服是忠實地執行上位控制指令的功能部件，如何做到“忠實”上位命令，是伺服技術追求的重要指標。使用中小型PLC集成可實現復雜的邏輯控制，整個設備的穩定性會大幅提高。其次，整個設備需要有安全性保障，例如沖壓設備，與人身安全有關，對于整體設備要考慮提高其安全性。第三，生產關注效率，整個生產線效率提高，產量自然變大，由于市場競爭激烈，只有提高效率企業才能生存。第四，簡化機械結構，降低綜合成本。如今PLC與伺服組合越來越多，目前國內發展很快，整體都在進步。

(凌華科技（中國）有限公司量測與自動化產品事業處資深產品經理)丁辰龍先生：一般伺服電機會采用位置控制和速度控制兩種模式，對于位置控制則一般采用脈沖控制，對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現方式，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。另外還有些伺服電機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，各個伺服電機采用級聯方式，以減少配線和增大通信距離。

PLC在經歷這些年的發展后，通信總線協議空前廣泛，對于處理的實時性和傳輸的高效性的要求越來越高，因此逐漸開始向PAC過渡，即在大家熟悉的操作系統（例如Windows，Linux）上構架原有的PLC控制，同時保證原有的安全性與可靠性。這樣采用了PC的強勁處理器、熟悉的HMI界面和PLC的穩定與簡單控制。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動器被省略了。
伺服和PLC集成的意義

丁辰龍先生：兩種技術融合最主要的意義是控制的實時性和穩定性被大大提高了，控制成本也降低了。因此用戶可以在系統的接口上得到簡化，也可以讓控制器更多深入研究行業應用，以提高運動控制在各個領域的精度和速度。同時也存在缺點，控制器被推到了電機前端，信號抗干擾和電磁屏蔽就會變得重要，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不同的控制總線進行學習。

李幼涵先生：伺服技術與PLC集成的好處是，將所有元器件放在一個控制柜里。此類發展對機器制造類行業更有優勢，將控制柜縮小，安裝會更方便，所有信息可通過總線讀取，即結構簡化，省去很多物理設備。

其次，設計簡化，不再需要使用多家編程語言操作。集成的發展使軟件企業編制出通用的模塊，直接調用功能塊即可，將所有的標準典型技術做成功能塊，用戶只需調用功能塊，可以使設計周期縮短。最后，間接成本降低，對用戶是有益的。

趙鐵男先生：隨著伺服電機價格降低，逐漸用伺服結合PLC或專用運動控制器來取代變頻已經是目前的發展趨勢。伺服技術和PLC技術集成的意義在于提高機器的高科技含量，使速度和精度都有大幅度提高。對于用戶的最大好處就是提高競爭力及機器運行效率，不好的地方就是成本有所增加。
集成的實現方式

(英國翠歐運動技術公司上海代表處首席代表)趙鐵男先生：目前實現伺服技術和PLC集成的方法主要有三種：第一，PLC（運動控制器）發脈沖給伺服驅動器對執行機構進行簡單控制；第二，PLC發模擬量給伺服驅動器并從伺服驅動器獲得位置反饋信號對執行機構進行閉環控制；第三，PLC通過現場總線對伺服驅動器帶動的執行機構實現多軸復雜運動控制。

丁辰龍先生：實現伺服技術和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動器（當然這里面不乏通過網絡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（省略了伺服驅動器）。

李文建先生：實現運動控制中的伺服與PLC集成的方式很多，每一家都不同。目前來講，PLC會向通用化發展，也會推向平臺化，指令集已較為相似。自動化的部分控制在做二次研發，漸漸走向通用化，多控制采用標準也是一種方向。運動控制領域很復雜，市場需求愈來愈多，對PLC的技術要求也越來越高，PLC 整合運動控制也是一個重要的發展方向，例如 臺達推出的20PM運動控制產品，主要是針對此類市場需求。我個人認為，伺服和PLC的集成方式沒有主流與非主流之分，主要看行業需求，不同的行業，不同的控制對象對于PLC與伺服運動控制的集成方式需求也不同，能保留各行業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嵌PLC，也可以是PLC內嵌伺服，兩種概念皆有，兩種產品皆有。放眼當今市場，更多的產品是將伺服嵌入PLC中。PLC即為控制器，其源于編程的應用。而如今也有伺服需要編程序的，我們也有此項產品。

(上海會通自動化科技發展有限公司總經理)朱建宏先生：在工業控制領域，國外的運動控制主要是定位和高速響應，并結合應用于流程控制和邏輯控制。2008年的發展趨勢就是通過網絡結合，實現上下游的連接。大公司比如西門子已經搭建好網路平臺。

實際上對任何機器來說，不可能僅僅實現邏輯控制就能完成高精控制，運動控制肯定要與其結合起來。國內的北京和利時公司也在搭建這個平臺。要搭建這樣的平臺首先要有PLC，要開發變頻器和伺服馬達。其次要有網絡，才能保證管理層的通信。網絡層面遇到很多阻礙，因為我們國內有個概念，就是不需要網絡，認為中國人多，每個人操作一臺機床即可。但是國內的制造業肯定向前發展，增加網絡發展是必然趨勢。

技術集成遇到的困難

趙鐵男先生：客戶希望得到整體的解決方案，沒有PLC，傳統伺服只能實現簡單的位置控制，對于復雜的多軸運動控制系統，PLC是不可缺少的。但伺服技術和PLC的集成也受到阻礙，傳統伺服沒有集成現場總線在伺服驅動器內，而高端PLC都是通過現場總線方式，例如ETHERCAT，SERCOS等來對伺服驅動實現控制的。

丁辰龍先生：基于自動化產業發展的要求，以及PC，DSP，ARM等芯片技術的發展，伺服技術和PLC的集成成為一種趨勢。而阻礙兩種技術集成的因素最主要是目前的總線規范太多，沒有統一的標準，形成不了發展合力，各自發展，不利于資源的投放。

李幼涵先生：目前在技術使用和推廣方面， 并不是所有工程師都了解伺服與PLC集成的技術，在書本與指導說明上對此的著述也很少，用戶很難查詢。如今采用點對點支持，只有用戶使用過此產品才會接觸該技術。所以說在技術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容。

朱建宏先生：要建立網絡平臺涉及到兩個方面，一個是資金方面，還有一個技術方面。愿意或已經搭建這個平臺的都是大公司，像Beckoff、丹納赫、艾默生等。只有大公司才有資金實力，生產制造網絡平臺需要的產品，或者購買平臺所需的產品。

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

自動化技術集成的趨勢

李幼涵先生：未來的自動化在技術集成方面會注重以太網發展，所有的自動控制都會向工業以太網發展，各家廠商的產品可利用公用平臺通過以太網交互。工控及無線也會成為發展趨勢，施耐德最初提出“透明就序”，即建立于以太網上，可在任何地點對生產情況與狀態進行監控，只需插上以太網輸入密碼便可直接查詢，更加簡單快捷。以太網還將滲透到底層的各個元器件，上下層都要建立連接，如今伺服已有使用以太網進行控制的產品。

趙鐵男先生：在歐美通過總線方式控制伺服驅動器是發展趨勢，因為這可提高連接的可靠性避免傳統接線方式可能引起的噪聲問題。標準化已經是大家的共識，保守的、不向客戶公開的總線是沒有前途的。
現在專業運動控制廠商已經開發出了高速（400兆CPU）、高精度（64位精度）的基于現場總線或傳統脈沖，模擬量等方式結合的通用運動控制器。例如單CPU可以實現1ms的采樣周期對64個伺服驅動器實現閉環控制并實現復雜的插補，實現同步，電子凸輪和高速色標跟蹤等功能。因此隨著伺服與現場總線技術的結合，具備這類功能的運動控制器（不限于PLC）與伺服技術的結合，是將來的發展趨勢。

李文建先生：如今的伺服走向是要將運動控制嵌入至伺服里面。伺服驅動單元功能強大，發展迅猛，很多伺服中都含有運動控制技術，在簡單的定位與分度等方面均有體現。

由于當今高速通信的技術發展，很多伺服與PLC間的集成也采用高速通信的方案，實現復雜的運動控制，滿足市場的需求。由此能夠看出伺服的基本走勢，在硬件上預留更多的擴展空間，可令用戶有選擇性地嵌入一些功能。如嵌入PLC，需要在高速協議與高速通信技術基礎上輔佐進行。另一方面，軟件功能不斷加強，使應用更加方便，使伺服估測負載更加準確，使其功能性能發揮極致。

運動控制在真正的工作自動化環境中單動需求較少，更多的是多軸運動，基于此項技術可實現多軸運動控制，擁有足夠的速度，這便是自動化技術集成的一個轉變。

丁辰龍先生：隨著技術的進步，產業上需要的是自動化控制器，而自動化控制器應該是集成了光機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技術趨勢，而集成視覺檢測則就是另外一個技術發展趨勢了。