浅谈运动控制的进化过程

过去几年的运动控制的发展，是整个工业自动化领域发展最快的一个板块。这个和整个制造业自动化水平的不断提高是密切相关的，越来越多的制造企业意识到了将人从繁重的体力劳动中解放出来的重要性，感受到了设备自动化所带来的经济效益。我们说，这个趋势将继续下去。

设备自动化水平继续提高意味着什么，当然是设备中越来越多的精细动作。越来越多的繁重的、危险的人的动作会被机器的动作解放出来;生产工艺质量的要求，使的设备中不断增加更多精细的动作。目前运动控制技术已经基本上解决了工业制造精度、速度和动态性能的问题;而在未来，运动控制将要(或者正在)迎来的挑战是-如何在设备(生产线)上完成越来越多的精细设备动作。

看下最近各家发布的新产品就不难发现，各家都把小体积尺寸作为一大重点。这个不难理解，更小的体积，意味着可以在单位空间内放置更多运动控制部件，这是提升设备自动化，完成更多精细动作的基础。
 

例如：罗克韦尔自动化新款 Kinetix 5500 和5700 系列驱动器，较市场上同级别产品占用空间减少高达50%。

但各家其实并不仅仅是在单台设备的体积的优化，为了使多轴系统的硬件空间进一步优化，其他技术也不断被应用，如罗克韦尔自动化在新款 Kinetix 5700采用了双轴驱动模块技术、驱动器书本式零间距安装、共直流母线技术等多项技术。

更少的接线意味着三点：
 

1 提升设备工程实施效率;

2 提升设备的EMC稳定性;

3 减少设备体积。

所以，大家就知道为什么运动控制总线技术为什么这么重要了，当设备动作越来越多时，继续用脉冲和模拟量控制得是多么痛苦的一件事情呢。于是各家都开始大力发展各自的运控网络和集成运动控制系统。

例如：基于EtherNet/IP CIP Sync Kinetix 集成运动控制系统，在系统硬件架构上仅通过一根以太网完成了多轴的同步运动控制，较传统的脉冲和模拟量信号减少大量布线;VPL 电机基于DSL Hiperface的反馈技术，帮助将驱动和电机的连线较少一半。

换个高大上的词，就是更加“集成”，用更少的部件实现更多的功能。借此在有限的空间内提升设备自动化程度。
 

前面提到的共直流母线技术除了让多个驱动器安装空间减少，同时也帮助系统供电减少大量空开、断路器和滤波器的使用数量。

将直流母线技术和总线技术进一步整合，这几年出现了“集成驱动电机”的产品，极大减少盘柜空间和数量。

例如：Kinetix 6000M 集成驱动电机系统将驱动和电机集成在一个部件上，减少了一半以上的元件数量和连接节点。

更少的部件不仅仅体现在电气控制元器件方面，更体现在运动传动机械部件上。例如，虽然从局部看，减速机的购买成本要高于同步带传动，但如果使用高效率的减速机，传动效率可以提升30%以上，于是驱动这个负载的电机、驱动器、电源、电缆等一系列的部件的功率、能耗、体积都将减小，这个成本降低将远远大于使用减速机的成本。更重要的是，因此，将有机会在更小的空间内布置更多控制和驱动组件，从而实现更加自动化的先进功能。

例如：罗克韦尔自动化的运动分析软件工具 Motion Analyzer，可以为用户在系统设计和集成过程中，提供这样的系统优化咨询和顾问，帮助用户简化和优化运动控制的机电系统。

注意，工厂设备自动化系统的优化，可不仅仅是那些自动化产品的事，没了优秀的机械组件，将直接回到原始社会。

记得在06年的时候看过一份报告，全球机器设备中的单台运动轴数平均为4-6轴，而且那时大部分设备动作是独立的，基本没有什么同步。那会儿提到运动控制，就是数控、半导体、机器人等。而去年看这个数字的时候，已经是12-16了，我们动辄就会看到几十个甚至上百个轴的设备;而且越来越多的轴需要联动、同步。随着设备同步轴数的增加，除了控制器需要更强大，能够以更快的速度处理更多的动作算法，运动控制网络也必须能够hold住。前者是大脑，后者是神经。同样是毫秒级的时钟同步控制，3个轴、30个轴、到上百个轴，对于控制器的运算速度和网络时钟的频率和精度要求是完全不在一个量级上的。所以我们会看到各家控制系统都在拼运控的轴数，有兴趣的话可以去比较一下近两年几款主流的工业运动控制系统，如NJ/MELSERVO/Controllgix/CX系列/X20...
 

从工程实施和维护的角度看，设备运动控制功能的增加，必然带来以线性或者几何倍数攀升的工程和维护的时间、成本，这是我们不希望看到的。
 

易用性主要体现在两个方面：一个是系统配置、编程。我们现在看到很多运动控制都采用面对对象的编程平台了，比如：控制单位从原来的脉冲量到直接使用工程当量、更加直观的运动控制指令等等。而且，以后可能会有各种面对具体应用的功能应用组件，方便运控的实施。

另一个易用性体现在调试中。在运动控制的调试中，主要体现在tuning上面，任何精细的控制都需要tuning，玩跑车需要tuning，玩音响需要tuning，拍照片需要tuning，同样，精准的运动控制也需要。如何能够帮助用户在更短的时间内完成大量动作的tuning，从而帮助用户缩短设备投入运行时间，也已经成为各大运控厂商pk的重点。

例如：最新 Kinetix 产品系统固件和软件中，在原来自整定功能上，增强了气频率自适应和陷波滤波器整定功能，帮助用户减少设备开发和调试周期。

最后，我们不得不谈谈可持续发展。因为并不是把那么多轴加到设备里就可以了，我们必须考虑他的不断迭代和进化。而随着运动功能的增加，设备的数据将以几何倍数增加，设备各个动作的运行曲线、以及他们之间的相关性、步序的合理性、生产运行流程以及他们和设备运维、企业经济效益等等数据之间的关联性，这些都使运动控制部件将不再是单独孤立的产品和系统，而是必然会融合到万物互联的智能网络中去，成为智能设备终端组件的一员。