縱觀現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)伺服與運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，大致可歸納為下面幾個(gè)方向：即總線技術(shù)、驅(qū)控一體化、小型化，以及可提供整體解決方案。其中，工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展尤其值得關(guān)注。

    縱觀現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)伺服與運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，大致可歸納為下面幾個(gè)方向：

    1、總線技術(shù)在伺服領(lǐng)域得到大范圍的應(yīng)用

    無(wú)論是“工業(yè)4.0”的發(fā)展趨勢(shì)還是伺服技術(shù)應(yīng)用水平的提升，都對(duì)總線伺服的應(yīng)用和普及提出了新的需求，這也是各大廠家紛紛把網(wǎng)絡(luò)式伺服做以戰(zhàn)略性產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)展的判斷依據(jù)。近年來(lái)，各主流伺服廠家都在大力研發(fā)和推廣其總線伺服產(chǎn)品，試圖在總線伺服這一新的品類市場(chǎng)里搶占先機(jī)。

    2、驅(qū)控一體型伺服

    驅(qū)控一體型伺服系統(tǒng)由于內(nèi)置PLC模塊，故具備一定的控制功能，也因此被部分廠家稱為“智能伺服”。從技術(shù)角度來(lái)講，此類產(chǎn)品是上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的融合，具備一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：一方面避免了復(fù)雜的外部接線，保證了較高的通訊速率；另一方面，這樣的產(chǎn)品也非常有利于節(jié)省空間并控制成本。隨著產(chǎn)品性能的提高和完善，這類產(chǎn)品正在得到更多客戶的認(rèn)可和接受，作為伺服技術(shù)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的一個(gè)新品類，有理由相信驅(qū)控一體伺服將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用空間。

    3、小型化

    小型化設(shè)計(jì)、緊湊式安裝是客戶從應(yīng)用層面對(duì)伺服系統(tǒng)提出的需求，尤其在電子、醫(yī)療等應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)這方面的要求更甚?；谶@一需求，伺服電機(jī)方面，分別從電機(jī)本體和編碼器兩方面入手，盡量縮短電機(jī)的長(zhǎng)度；在驅(qū)動(dòng)器方面則出現(xiàn)了兩種思路：一是設(shè)計(jì)多合一產(chǎn)品，有諸如一拖二、一拖三、一拖四等一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的產(chǎn)品；二是參照歐式風(fēng)格設(shè)計(jì)的書(shū)本式產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)器的數(shù)目根據(jù)需求可靈活設(shè)計(jì)，緊湊安裝，在保證使用靈活性的同時(shí)盡可能縮小所占據(jù)的空間。

    4、從提供產(chǎn)品到提供解決方案的轉(zhuǎn)變

    行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的持續(xù)加劇使得各廠家紛紛尋求新的優(yōu)勢(shì)，各類行業(yè)解決方案的提出有利于幫助企業(yè)增強(qiáng)對(duì)客戶深層次需求的了解，實(shí)現(xiàn)和對(duì)手的差異化競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也加強(qiáng)了同客戶彼此間的黏度。從深層次來(lái)看，這是市場(chǎng)從產(chǎn)品滿足階段向需求滿足階段的發(fā)展。

國(guó)內(nèi)交流伺服產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)

    1、產(chǎn)品層面從“技術(shù)(功能)創(chuàng)新”向“技術(shù)突破（加強(qiáng)）”方向發(fā)展，從功能層面講，當(dāng)前針對(duì)交流伺服系統(tǒng)的創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)已處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，各廠家對(duì)伺服系統(tǒng)的基本架構(gòu)和所應(yīng)具備的功能都有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。這一點(diǎn)從他們的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)上可以得到印證：

    （1）振動(dòng)抑制功能，至少包含機(jī)械諧振抑制和末端抖動(dòng)抑制；

    （2）參數(shù)自整定功能，包含電機(jī)參數(shù)自識(shí)別、慣量識(shí)別、參數(shù)自動(dòng)更新、免調(diào)試等方面；

    （3）前饋功能，包含位置指令前饋、轉(zhuǎn)矩前饋等；

    （4）總線通訊功能；

    （5）具備一定的控制功能，如驅(qū)控一體產(chǎn)品；

    （6）高定位精度，采用高分辨率的編碼器。

    以上幾點(diǎn)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)伺服產(chǎn)品從功能層面上體現(xiàn)出的一些特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)這些功能在各主流廠家的產(chǎn)品里都有所體現(xiàn)，同時(shí)也并沒(méi)有哪一家企業(yè)在某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能的性能表現(xiàn)方面能拉開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手明顯的距離。這也說(shuō)明，針對(duì)伺服產(chǎn)品功能的創(chuàng)新進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。

    2、“品類戰(zhàn)略”在伺服行業(yè)的應(yīng)用

    當(dāng)產(chǎn)品層面上的創(chuàng)新趨于平穩(wěn)的時(shí)候，帶來(lái)的一個(gè)結(jié)果就是同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)加劇，除非企業(yè)具備較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力，能從技術(shù)層面同競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手拉開(kāi)明顯差距，否則便很容易陷入彼此間的“白刃戰(zhàn)”——價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)然，在當(dāng)前的國(guó)內(nèi)伺服市場(chǎng)上還有這樣一類企業(yè)：他們的產(chǎn)品特色鮮明，應(yīng)用市場(chǎng)也較為特定，雖然同處于交流伺服市場(chǎng)之中，但面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力和對(duì)手

    的沖擊也相對(duì)較小，企業(yè)的利潤(rùn)率也較同行偏高。這樣，在企業(yè)保住自己優(yōu)勢(shì)行業(yè)的同時(shí)，還有余力去進(jìn)一步加強(qiáng)自身的競(jìng)爭(zhēng)力并以此為據(jù)點(diǎn)“覬覦”其他市場(chǎng)空間。目前各類行業(yè)“專機(jī)”、“驅(qū)控一體伺服”、“一拖多伺服”、“總線伺服”等皆可以劃分到此類產(chǎn)品中。

    其實(shí)從深層次看，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)都是源于品類的分化，它們都是基于通用伺服這樣一個(gè)大的品類進(jìn)行分化的結(jié)果，而品類的分化則是源自于對(duì)客戶需求的深層次了解、更充分的挖掘和利用客戶的心智資源。

工業(yè)總線迅速向以太網(wǎng)演進(jìn)

    過(guò)去的幾十年，以太網(wǎng)技術(shù)一直在各個(gè)領(lǐng)域改變著行業(yè)的游戲規(guī)則，從早期的局域網(wǎng)，到后來(lái)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，再到如今的互聯(lián)網(wǎng)。而現(xiàn)在，以太網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵組件正在被用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線，推動(dòng)著整個(gè)制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的演變和進(jìn)化。

    事實(shí)上，多年以來(lái)，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP協(xié)議早就已經(jīng)在制造業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于企業(yè)和車間的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的管理系統(tǒng)中了，但卻極少被用于實(shí)際機(jī)器設(shè)備和產(chǎn)線內(nèi)部控制數(shù)據(jù)和信息的交互和通訊。

    機(jī)器控制器本身（如PLC、IP等）及其與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)等）和傳感器之間的通信，總是需要使用確定性的現(xiàn)場(chǎng)控制總線。而使用傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)和滿足從機(jī)器控制到傳感器和執(zhí)行器通訊的實(shí)時(shí)確定性要求的，因此它并不適用于作為工業(yè)設(shè)備的控制層總線。

    然而，在設(shè)備制造行業(yè)，機(jī)器制造商們（如那些制造數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備等企業(yè)）卻看到了重復(fù)使用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的硬件組件的價(jià)值，因?yàn)?，互?lián)網(wǎng)的爆炸性增長(zhǎng)，為以太網(wǎng)通訊組件（如：通訊卡、電纜、接插件等）創(chuàng)造了一個(gè)廣泛通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得這些網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）和TCP電纜的成本大大降低，僅僅是傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線電纜和數(shù)據(jù)采集卡（DAQ卡）的幾分之一甚至幾十分之一。因此，與工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)的專用現(xiàn)場(chǎng)總線的配置相比，重復(fù)使用此類以太網(wǎng)硬件將可以幫助企業(yè)節(jié)省大量經(jīng)濟(jì)成本。

    采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)是毋庸置疑的，因?yàn)橐蕴W(wǎng)組件能夠幫助帶來(lái)顯著的系統(tǒng)成本的降低，同時(shí)又具有很好的通用性。例如，如果采用專有的現(xiàn)場(chǎng)總線，機(jī)器人制造商必須從單個(gè)供應(yīng)商處購(gòu)買整套運(yùn)控系統(tǒng)組件：專用的I/O卡件，伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)，和昂貴的線纜、接插件等等。而使用基于以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，I/O卡件可以使用通用的以太網(wǎng)接口替代，專用的總線通訊電纜可以由通用的CAT5（5類雙絞線）電纜替代，而如果網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)能夠支持多個(gè)供應(yīng)商，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本也將顯著降低。

    與此同時(shí)，使用以太網(wǎng)連接設(shè)備系統(tǒng)組件也將變得更加簡(jiǎn)單。例如，相比在設(shè)備控制器以及電氣元件上使用復(fù)雜的專用總線通訊電纜，采用類似家用/辦公電腦在聯(lián)網(wǎng)時(shí)使用的通用CAT5電纜將更加易于設(shè)備的管理和維護(hù)，而這些僅僅是以太網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益中的一部分。

    業(yè)界很快意識(shí)到，盡管TCP/UDP/IP協(xié)議無(wú)法提供工業(yè)控制系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)確定性響應(yīng)，但是，無(wú)處不在且低成本的以太網(wǎng)硬件，包括：網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）和CAT5以太網(wǎng)電纜等，卻可以被應(yīng)用于為工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)中，幫助提供控制應(yīng)用所需的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

    而系統(tǒng)所需要的，只不過(guò)是一種新的實(shí)時(shí)通訊協(xié)議，它能夠使用以太網(wǎng)的硬件物理層，但同時(shí)也可以讓設(shè)備控制器與設(shè)備中所有傳感器和執(zhí)行器的連接和通訊做到具備實(shí)時(shí)確定性。自本世紀(jì)初以來(lái)，各大知名的工業(yè)自動(dòng)化廠商已經(jīng)相繼推出了至少不下五種不同的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，例如：EtherNet/IP、EtherCAT、PowerLink、ProfiNet和SERCOSIII等等。它們都被作為“標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行推廣，號(hào)稱可以重用以太網(wǎng)協(xié)議或以太網(wǎng)硬件，并且都承諾能夠降低設(shè)備實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的構(gòu)建成本。而之所以會(huì)有如此多的“潛在標(biāo)準(zhǔn)”的出現(xiàn)，一個(gè)主要原因就是因?yàn)楦骷叶加兄黠@不同的技術(shù)方法可以做到重復(fù)使用以太網(wǎng)硬件組件（如：網(wǎng)絡(luò)接口卡和CAT5電纜），不僅大幅降低設(shè)備成本并提高機(jī)器的性能，同時(shí)使信息數(shù)據(jù)的傳輸和交互方式能夠支持實(shí)時(shí)確定性的應(yīng)用程序。

    多個(gè)潛在的“標(biāo)準(zhǔn)”以太網(wǎng)協(xié)議的同時(shí)存在，或許還有另外一個(gè)原因，就是這些領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化廠商正在試圖利用以太網(wǎng)技術(shù)節(jié)約其系統(tǒng)方案的總體成本。通過(guò)將自己的產(chǎn)品“標(biāo)準(zhǔn)”擴(kuò)展延伸到以太網(wǎng)，客戶的確可以從以太網(wǎng)技術(shù)中獲得一定的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，但從長(zhǎng)期來(lái)看，他們卻仍然被牢牢的鎖定在廠家的專有網(wǎng)絡(luò)中。

    另外，新協(xié)議的出現(xiàn)的確能夠幫助用戶利用以太網(wǎng)技術(shù)突破設(shè)備現(xiàn)有的性能和成本。同時(shí)，與任何其他傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相比，采用正確的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器制造商，也將能夠在性價(jià)比方面獲得非常明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。然而，這些對(duì)機(jī)器制造商和設(shè)備用戶們來(lái)說(shuō)，或許已經(jīng)不那么重要了，因?yàn)榻?jīng)過(guò)這些年工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品的推廣和普及，用戶們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)已經(jīng)不再是在傳統(tǒng)工業(yè)控制總線和工業(yè)以太網(wǎng)之間的選擇，而是在復(fù)雜且擁擠的市場(chǎng)中，面對(duì)太多的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議“標(biāo)準(zhǔn)”之間激烈的競(jìng)爭(zhēng)和它們各自體現(xiàn)出的不同的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，很難知道應(yīng)該選擇哪個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”才是正確的。如果采用錯(cuò)誤（不恰當(dāng)）的協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn)，就可能意味著不必要的成本消耗，并且由于性能的降低而犧牲競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

    在關(guān)于工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的各種討論中，有些看似非常樸素的事實(shí)卻經(jīng)常會(huì)被人們忽略。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的選擇，其實(shí)不僅僅在于技術(shù)方面的硬性規(guī)格和屬性，如性能和傳輸速率等；還應(yīng)該包括一些應(yīng)用體驗(yàn)方面的軟性指標(biāo)和參數(shù)，如：易用性、開(kāi)放性、獨(dú)立性、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、一致性、互通性、長(zhǎng)期可用性和系統(tǒng)分布特性等等，這些因素綜合在一起，將決定協(xié)議和“標(biāo)準(zhǔn)”能否被用戶認(rèn)可或在市場(chǎng)中普及。（部分內(nèi)容整理自“智造商”微信公眾號(hào)）

詳解松下RTEX運(yùn)動(dòng)控制總線

    RTEX(RealTimeEXpress)，是松下獨(dú)有的運(yùn)動(dòng)控制總線，開(kāi)發(fā)初衷是實(shí)現(xiàn)伺服所要求的高度實(shí)時(shí)性。其主要特點(diǎn)是：高性價(jià)比、簡(jiǎn)單、高可靠性、易開(kāi)發(fā)。

    通常的總線產(chǎn)品可分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)，如EtherCAT是屬于軟實(shí)時(shí)，而RTEX總線則屬于硬實(shí)時(shí)，硬件實(shí)時(shí)通過(guò)硬件來(lái)保證通信的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，和軟實(shí)時(shí)比較，省去了大量軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間。RTEX如何構(gòu)成？

    以RTEX主站為核心，可以實(shí)現(xiàn)RTEX主站與從站之間的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，通信周期最短可以是0.0625ms，單網(wǎng)段最大32個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)可以包括伺服馬達(dá)、直線伺服馬達(dá)、IO、步進(jìn)馬達(dá)、變頻器等。同時(shí)，在32節(jié)點(diǎn)以上，RTEX同樣可以通過(guò)追加CHANNEL（通道）數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)的倍增，每個(gè)通道最后在計(jì)算機(jī)CPU會(huì)師（其實(shí)200M主頻的MCU就足夠了），實(shí)時(shí)性不會(huì)受到任何影響。RTEX的拓?fù)湫问剑?/p>

    每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)輸入、一個(gè)輸出，從而形成數(shù)據(jù)的單向運(yùn)行，避免數(shù)據(jù)沖突和擁塞，保證數(shù)據(jù)的高速傳輸，因?yàn)閱蜗騻鬏斂梢员苊鈹?shù)據(jù)擁塞，提高數(shù)據(jù)傳遞速度。

RTEX的適用場(chǎng)合有哪些？

    RTEX尤其適應(yīng)于運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用，所以在伺服馬達(dá)的控制中，可以進(jìn)行PP（規(guī)劃位置）、CP（連續(xù)位置）、CV（連續(xù)速度）、CT（連續(xù)轉(zhuǎn)矩）等方式的運(yùn)行。PP控制通常是點(diǎn)位的控制，發(fā)出目標(biāo)位置坐標(biāo)來(lái)控制位置，常用于點(diǎn)到點(diǎn)，不需要關(guān)心行走軌跡的控制方式。CP控制則需要上位控制器不斷進(jìn)行加減速度，位置的計(jì)算，不僅保證最終的位置，同時(shí)還要確保到達(dá)最終位置的軌跡也和期望的一樣，這樣的控制方式，可以保證伺服電機(jī)的同步運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)龍門控制等機(jī)械上容易因運(yùn)行速度不一致而導(dǎo)致卡死的現(xiàn)象發(fā)生。

    RTEX是一種開(kāi)放協(xié)議運(yùn)控網(wǎng)絡(luò)。事實(shí)上，自從2010年起，RTEX就已經(jīng)開(kāi)始被應(yīng)用在松下的MINASA4/A5伺服驅(qū)動(dòng)器和FP系列控制器等產(chǎn)品中了，并且除此以外，很多第三方運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品都已經(jīng)很早就開(kāi)始使用RTEX運(yùn)控接口了，如：TRIO的MC4N系列運(yùn)動(dòng)控制器等。

    大家知道在國(guó)內(nèi)MINAS系列產(chǎn)品的裝機(jī)使用量是極大的，而長(zhǎng)期以來(lái)，大家一直習(xí)慣于使用傳統(tǒng)的PTO脈沖式控制接口，因此，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，如果選用RTEX技術(shù)升級(jí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不僅可以因?yàn)榘惭b和接線的簡(jiǎn)化而受益，同時(shí)在編程和配置方面，可以延續(xù)使用現(xiàn)有產(chǎn)品體系，無(wú)需因切換到其他總線品牌而增加額外的改造和學(xué)習(xí)成本。