運動控制器 vs.PLC|聽聽業內玩家們怎麼說

前段時間,我們的專欄收到了這樣一條讀者留言:

“現在 PLC 的運動控制功能越來越強了,圓弧插補、螺旋插補、電子凸輪都能輕鬆勝任了,那運動控制器和具備運動控制功能的 PLC 差別在哪裡,運動控制器以後的優勢又在哪裡?”

有關這個問題,我們特意諮詢了業內多位玩家的觀點意見。本期,咱們就來聽聽 TA 們是怎麼說的。。。

其實很多年前剛入行的時候有被問過“伺服和變頻器的區別”,這和“PLC 與運動控制器的區別”有異曲同工之妙。如果大家討論這個是為了應付老師的考試,那全當我沒說,如果是為了能瞭解一下這兩種產品的有趣內涵,倒是一件不錯的樂事。

PLC 可程式設計邏輯控制器和運動控制器都是根據產品的用途來命名的,但是 PLC 進入市場更早,運動控制器則是更早的使用了 Motion Control 的縮寫 MC 來命名,顯得更洋氣。在硬體產品很貴的年代,由於 PLC 一般是非實時系統,而運動控制器必須使用實時系統來保證運動控制的有效性和動態效能,因此一般硬體開銷比較大,也比較貴,在“貴的就是好的”思維慣性下,顯得比 PLC 更加高階。

但是隨時控制類產品的控制晶片的發展,運動控制器來相容 PLC 等功能會相對比較容易,而且隨著 CODESYS 等軟體平臺將 CNC、MC、PLC 的功能融合在一起,這種控制類產品硬體設計趨同,而區別主要體現在軟體上的趨勢,使得要區分帶有運動控制的 PLC 與運動控制器的差別越來越難了,也越來越是紙面上的探討了。而實際的使用者體驗已經非常的相似了,主要區別只體現在生態環境的開發程度上。一般 PLC 由於都是業界大佬所推,所以都相對比較封閉。而運動控制器很多都是陽春白雪的出身,因此都是小而美的設計,更需要與其他產品相容。

未來對於 PLC 和運動控制市場,一定會有類似 PC 市場的變化,即軟體和硬體分離的趨勢。PLC 功能和運動控制功能只是軟體包的不同選擇,注重差異化的服務,集中了大大小小多樣性的公司;而硬體平臺的主要功能是提供高性價比和可靠性的產品,往往會被少數大企業所把持。因此,談論 PLC 和運動控制器的差別,就會和 PC 平臺裡面討論品牌機和相容機一樣,隨著消費者的逐漸成熟而消失。未來也許會出現“魯大師”一樣的產品來評價您的 PLC 和運動控制器,我們還是拋開感性的認識,玩玩這些跑分軟體就好。

曹海笑|KEBA 中國

運動控制器的分類還是有簡易性和高效能之分,PLC 架構適合作簡易應用,也就是精度要求不高、軸數有限的匯流排型或脈衝型應用;而高效能運動控制器則主要滿足多軸和高精度、高實時響應以及複雜運動軌跡的應用需求。

未來的運動控制器,從效能上不但可以滿足更高效能的運動控制要求,同時也能夠處理影象和視覺訊號,完成預測性維護和自適應控制等基於資料分析的高階應用,同時一些面向數字孿生應用需求的功能,也可以在高效能大容量的運動控制器中得以實現,滿足從單機到對整個工藝的控制、管理和最佳化。另外,關於運動控制器和運動控制型 PLC,兩者的區別主要在於定位的應用場景不同,相對來說各個廠家的運動控制器都比運動型 PLC 定位要高階些。運動控制器在設計之初,即定位用於伺服軸的控制,主要效能指標包括控制的軸數、掃描時間、匯流排型別、特定的伺服系列等等。而運動型 PLC 設計首先考慮的是和 PLC 相關的引數,包括 IO 擴充套件能力、通訊擴充套件能力,而後才會考慮如果要帶軸是走脈衝還是匯流排,對應的伺服類型範圍比較廣。在功能上,的確目前運動型 PLC 在伺服的控制功能上,與運動控制器差距不大了。但是由於在設計之初的定位不同,因此控制晶片的選型和匯流排掃描時間的快慢上還是差距很大的。這個會導致兩者效能和價格定位上的區別。所以配置方案的時候,使用者一般會根據機器效能要求和可接受的價格來做選型,將幾個因素做綜合的考慮。另一方面,並非每個使用者都追求極致的價效比,很多時候夠用就行。一般還要考慮包括品牌的影響力、服務、自身機器行業定位。。。等等。這些因素都會導致選型配置上的差異。

當然,我們做這兩者的比較,一般會限定在同一品牌上。因為同一品牌才會在設計的時候做產品系列定位的區分,面向不同的使用者或者應用。而不同品牌間的比較就沒多大意義,因為同樣的功能可能大家都能實現,但是背後的軟實力卻是各有所長、見仁見智了。

喬鋥|施耐德電氣

隨著微處理器,工業乙太網以及物聯網的迅速發展,傳統運動控制器與具有運動控制能力的 PAC 自動化控制器之間在應用層面的效能表現已沒有明顯差異。雖然在某些需要極高同步效能的場景下,專用運動控制器仍有一席之地,但在廣泛的工業伺服應用中,具備高速千兆網路和高效能處理器的 PAC 或 PC 已經能夠勝任大部分使用者的需求。此外,使用者對於運動控制的需求已不僅僅侷限於運動控制性能本身,易於使用的整合開發環境、伺服的預測性維護、內建機器學習、增強的網路安全、以及面向 IOT 的設計。。。等都是未來控制器的發展方向。比如羅克韋爾自動化的 CompactLogix 5480 控制器就是一款具備高擴充套件能力的,面向高效能伺服應用的邊緣計算平臺,能夠幫助使用者有效提升裝置效能和生產效率。

梁琦|羅克韋爾自動化

當初運動控制器的產生就是為了解決 PLC 在運動控制上的不足,但隨著技術的發展,能夠同時完成 PLC 功能(即我們常說的邏輯控制)和運動控制的控制器也越來越多,PLC 和專用運動控制器之間的界限也變得越來越模糊。這方面,倍福的控制器其實一直都在秉持這個技術理念 —— 在基於 PC 的控制平臺上,邏輯控制、運動控制和其它 HMI、視覺等應用都是整個控制平臺的一部分,並無縫銜接。

蔡敏科|倍福自動化

運動控制型 PLC 其實本身就是運動控制器和 PLC 的集合,理論上可以代替一臺單純的 PLC 和一臺單純的運動控制器。並且由於二者物理上使用同一套 CPU 和記憶體,它們之間的指令和資料傳輸無須受限於任何硬體網路,這使得 PLC 對運動過程的干預更加靈活。甚至 PLC 可以每個週期,比如 1ms,向運動控制器傳送目標位置;或者在目標動作執行的任何階段進行邏輯干預或者觸發 PLC 輸出。運動控制型 PLC 加上 EtherCAT 網路和伺服驅動器,可以對超過 200 軸的大型系統進行復雜控制。早期的運動控制型 PLC 偏向於大型、高階應用,隨著 CPU 和記憶體等硬體的效能提升和價格降低,現在的運動控制型 PLC 已經可以覆蓋 10 軸以內的中小型應用。

但是對於軸數較少動作簡單的應用,傳統的運動控制器由於集成了多路脈衝、編碼器介面,配合模擬量或者高速脈衝介面的伺服驅動器,即使再加上一個 PLC,整套系統也會非常經濟。此外,如果運動控制器內整合一些特殊的工藝演算法,這些演算法直接輸出到整合的 DO 或者 AO 點,其響應速度可能遠遠超過任何 PLC。

所以總的來說,運動控制型 PLC 和傳統的運動控制器還是各有其適合的應用場景。

陳利君|倍福自動化

運動控制器本身是一個時代的產物,即:傳統 PLC 無法處理 Motion 任務,就有專門採用 DSP/CPLD/FPGA 來開發了運動控制器來輔助 PLC 構成整個機器的控制。而今天主處理器的硬體能力,以及實時通訊技術 —— 將電子齒輪、電子凸輪同步、插補演算法…這些需要“低粒度”時間的問題解決了,加之 RTOS 的排程,以及在這上面所支援的豐富而靈活的開發工具(如:C/C++)則使得運動控制更為經濟而靈活。而且,PLCopen 的 Part IV 的協同運動控制使得其完全可以基於 PLC 來實現,程式設計更為規範和標準。因此,基於 PC/PLC 的運動控制自然成為大勢所趨。

但對於一些非常高要求的應用場景,如:電子半導體中的很多應用(比如像光刻機這類核心裝置)以通用運動控制還是難以解決。這不僅是運動控制的問題,還有測量系統的問題,包括智慧演算法的問題,這些一般都是由非常專業的領域的人來完成的 —— 相當於過去運動控制器作為專用的處理器。因此像光刻、晶圓加工方面的一些運動控制都是由極其牛逼的專業公司在做,通用運動控制領域的自動化玩家不大介入的。

所以,需要全景的看待運動控制,包括軟體能力(演算法的效率)、測量系統的精度和訊號處理能力、軟硬體架構、時鐘機制…等各個方面。

宋華振|貝加萊工業自動化

PLC 和運動控制器此前的區別主要在於應用場景不一樣。PLC 主要是邏輯控制為主,軸控制為輔,按照應用側重分為大、中、小型。小型 PLC 主要用於單機控制,中、大 型 PLC 則是以產線控制為主。運動控制器(如:安川電機的 MP3300)主要用來實現對運動軸的控制,例如:定位、同步、凸輪…,同時也具備一定的邏輯處理能力,但如果裝置執行的工藝流程和邏輯比較複雜,還是需要使用專門 PLC 的。

劉曉楠|安川電機

一般來說,PLC 加運動控制器的雙 CPU 控制的優勢主要還是在於自動化應用的分散控制,各司其職,PLC 主要用於邏輯和網路等控制,運動控制器則更加專精於運動控制方面。

如果對於運動控制應用要求不高的話,使用者的確可以從總體成本的角度去考慮使用帶有運動控制功能的 PLC 作為自動化裝置的統一的系統控制平臺。但總的來說,PLC 的運動控制功能還是有一定的侷限性的,在某些有著比較高的運動控制性能要求的自動化應用,單獨的運動控制器還是十分有必要的。

三菱電機自動化(中國)

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