伺服其實(shí)是一種用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)，同時(shí)提到了其可能會(huì)涉及到的一些產(chǎn)品。然而，產(chǎn)線設(shè)備上的高性能運(yùn)動(dòng)控制功能，光靠這些傳動(dòng)產(chǎn)品顯然是無(wú)法完成和實(shí)現(xiàn)的，必須將它們整合在一起，并有機(jī)的融入到設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)中去，才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

考慮到交流變頻伺服已經(jīng)在目前的工業(yè)應(yīng)用中成為了運(yùn)控領(lǐng)域的絕對(duì)主力，接下來(lái)關(guān)于伺服技術(shù)的討論中，將主要以交流伺服作為重點(diǎn)。

交流變頻伺服，是一種以交流變頻作為動(dòng)力傳動(dòng)方式的伺服技術(shù)，其核心自然就是伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)了。伺服驅(qū)動(dòng)器基于控制端指令，將電源側(cè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力輸入轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)所需的可調(diào)節(jié)交流動(dòng)力電源；伺服電機(jī)，則會(huì)將這個(gè)動(dòng)力電源再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力輸出，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載完成特定的運(yùn)動(dòng)控制功能。

這樣看來(lái)，要在設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)中引入交流伺服技術(shù)，至少得在三個(gè)方面與其進(jìn)行對(duì)接與融合：控制平臺(tái),電力驅(qū)動(dòng),機(jī)械傳動(dòng).

伺服系統(tǒng)的控制平臺(tái)。

在談到伺服與變頻的區(qū)別時(shí)，我們?cè)?jīng)說(shuō)過(guò)，為了能夠達(dá)到較高的應(yīng)用控制精度，伺服驅(qū)動(dòng)與控制平臺(tái)之間指令更新的時(shí)間刻度必須要精確到微妙級(jí)，它們須以極為確定的時(shí)間周期進(jìn)行運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，設(shè)備運(yùn)控平臺(tái)在接入伺服產(chǎn)品時(shí)，都需要使用專屬的運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)端口，例如：高頻脈沖串端口或?qū)Ｓ眠\(yùn)控總線端口。

一般來(lái)說(shuō)，使用脈沖串方式控制伺服，其硬件成本是相對(duì)較低的，大部分用戶并不會(huì)太在意它對(duì)伺服的控制其實(shí)是開(kāi)環(huán)的。然而與此同時(shí)，其短板也是很明顯的。一方面，運(yùn)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較單一，不夠靈活，只能是星型布局；另一方面，由于單個(gè)脈沖模塊能夠同時(shí)接入的伺服軸數(shù)十分有限，系統(tǒng)的空間占用和接線數(shù)量都會(huì)隨著其軸數(shù)的增加而變得異常龐大，這對(duì)于那些大型的伺服運(yùn)控設(shè)備來(lái)說(shuō)，會(huì)嚴(yán)重影響其應(yīng)用和集成的綜合體驗(yàn)。

專用運(yùn)控總線采用數(shù)字串行通訊的方式來(lái)完成控制器與伺服驅(qū)動(dòng)之間的數(shù)據(jù)交互，單一端口能夠接入很多伺服軸，加之在連接方式上，它們大部分都支持多組件的跨接串聯(lián)，能夠以鏈?zhǔn)讲季謽?gòu)建網(wǎng)絡(luò)，這讓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得十分靈活，有助于為用戶節(jié)省大量的設(shè)備空間占用、減少線束連接，并簡(jiǎn)化運(yùn)控系統(tǒng)的應(yīng)用和集成工作。然而，彼時(shí)專屬總線運(yùn)控產(chǎn)品高昂的采購(gòu)成本，卻總是讓不少用戶望而卻步。以至于，一直以來(lái)，它們都被大家認(rèn)為是“高端”的伺服運(yùn)控產(chǎn)品。

另外，由于伺服應(yīng)用在控制策略上更側(cè)重在空間和力學(xué)方面的數(shù)據(jù)計(jì)算，需要處理大量的運(yùn)動(dòng)學(xué)任務(wù)，如：空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與追蹤、加減速度與力矩的運(yùn)算...等等，這與一般的離散、邏輯、批次、過(guò)程...等控制方式有著極大的差別。

加上前面所說(shuō)的運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)接口的特殊性，早些年的自動(dòng)化運(yùn)控設(shè)備往往都需要同時(shí)配備邏輯控制器 PLC 和專用的運(yùn)動(dòng)控制器 MC，去分別處理邏輯控制任務(wù)和運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。這樣的設(shè)備控制系統(tǒng)，其復(fù)雜性是顯而易見(jiàn)的，用戶不僅要同時(shí)配置和操作兩套控制系統(tǒng)，還不得不考慮二者之間大量的數(shù)據(jù)交互和運(yùn)算邏輯，這讓機(jī)器的應(yīng)用成本在設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)、甚至學(xué)習(xí)和培訓(xùn)...等各個(gè)方面都顯得非常之高。

近幾年，隨著電子半導(dǎo)體和信息通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)備控制器與現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的發(fā)展也開(kāi)始進(jìn)入到一個(gè)全新的時(shí)代。

一方面，集成運(yùn)動(dòng)和離散、邏輯...等控制方式的高性能多策略控制器，已經(jīng)基本成了自動(dòng)化控制產(chǎn)品的主流，用戶只需要使用一種（自動(dòng)化）控制器，就能夠在其設(shè)備中實(shí)現(xiàn)多種策略類型的功能任務(wù)。

另一方面，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)基本上解決了網(wǎng)絡(luò)通訊的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和時(shí)間確定性的問(wèn)題（盡管各家采用的方法有所不同），完全可以替代甚至超越上一代運(yùn)控總線的應(yīng)用性能，借助這種技術(shù)，用戶在其設(shè)備中只需要使用一種協(xié)議的實(shí)時(shí)通訊技術(shù)，如： EtherCAT、PowerLink、ProfiNet IRT、SERCOS III.. 等，就可以將伺服傳動(dòng)與通用的自動(dòng)化控制集成在同一個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中。

這樣一來(lái)，伺服運(yùn)控設(shè)備的自動(dòng)化架構(gòu)就變得十分簡(jiǎn)單了，每個(gè)運(yùn)控設(shè)備單元只需使用一臺(tái)自動(dòng)化控制器，通過(guò)一種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)便能夠與其中各個(gè)伺服軸、變頻器、I/O ... 等底層自動(dòng)化組件實(shí)現(xiàn)通訊連接，并完成設(shè)備的各項(xiàng)功能；同時(shí)，產(chǎn)線上的多個(gè)設(shè)備單元，也完全可以通過(guò)僅使用一種實(shí)時(shí)通訊協(xié)議連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的各種協(xié)同互操作，進(jìn)而再共同接入到產(chǎn)線乃至整個(gè)工廠的運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)上去。

目前，大部分自動(dòng)化廠商都已經(jīng)基于自身的產(chǎn)品體系推出了其所謂的“全集成”自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)。盡管名稱各異，各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)細(xì)節(jié)也多有不同，但縱觀其系統(tǒng)架構(gòu)，卻是殊途同歸，基本上都屬于我們上面所說(shuō)的這種拓?fù)錁邮健?/p>

而設(shè)備用戶能夠接受這種曾經(jīng)“高大上”的運(yùn)控解決方案，很大程度上是由于新的控制器和以太網(wǎng)技術(shù)為產(chǎn)線設(shè)備所帶來(lái)的總體成本和效益的優(yōu)化。這種優(yōu)化并不僅僅是硬件成本的降低（事實(shí)上很多硬件產(chǎn)品的成本是增加的），而更多的是體現(xiàn)在因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化、功能的整合、性能的提升、操作的易用性...而給企業(yè)創(chuàng)造出來(lái)的附加價(jià)值與綜合收益。

不過(guò)，考慮到當(dāng)下工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議各大品牌/陣營(yíng)割據(jù)圈地的現(xiàn)狀，設(shè)備用戶在選擇其伺服運(yùn)控系統(tǒng)時(shí)或許并沒(méi)有那么自由。盡管各家都宣稱自己的系統(tǒng)與所采用的技術(shù)是開(kāi)放的，但實(shí)際上，在控制平臺(tái)的搭建上，其品牌/陣營(yíng)的排他性現(xiàn)象還是明顯存在的。除了采用 EtherCAT 這種目前比較普及的通訊協(xié)議的運(yùn)控/自動(dòng)化產(chǎn)品以外，大部分品牌的設(shè)備控制器基本只能兼容自家（或合作體系內(nèi)）的伺服產(chǎn)品。用戶很多時(shí)候，不得不因此為了某一個(gè)功能而被整個(gè)品牌的全系列產(chǎn)品所綁架。而這種局面，目測(cè)至少要等到下一代工業(yè)通訊技術(shù)出現(xiàn)時(shí)才可能有所改觀。

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，脈沖的方式一般是一些簡(jiǎn)單伺服應(yīng)用，要求不高的場(chǎng)合。眾所周知，發(fā)送和接收脈沖都是有一定延時(shí)的，而總線的控制方式的總線型伺服驅(qū)動(dòng)器(即絕對(duì)值伺服與EtherCAT伺服)才能真正意義上實(shí)現(xiàn)等時(shí)同步，因?yàn)榭偩€通訊的速度更快，可以直接發(fā)送速度或位置設(shè)定值。所以高端的伺服應(yīng)用都是走的總線控制方式。

總線型伺服驅(qū)動(dòng)器具有很強(qiáng)的靈活性和很高性價(jià)比，與傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢(shì)如下：
1、 節(jié)約布線成本，減少布線時(shí)間，減小出錯(cuò)機(jī)率。PLC的一個(gè)總線通訊口可以連接多 臺(tái)伺服，伺服之間用簡(jiǎn)單的RJ45口插接即可，縮短施工周期。
2、 信息量更大：全數(shù)字信息交互，可以雙向傳輸很多參數(shù)、指令和狀態(tài)等數(shù)據(jù)；脈沖 方式只能單向傳送位置或速度信息，無(wú)法獲取伺服的更多狀態(tài)或參數(shù)。
3、 精度高，數(shù)字式通訊方式：無(wú)信號(hào)漂移問(wèn)題，指令和反饋數(shù)據(jù)精度可達(dá)32-bit
4、 可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)，不會(huì)出現(xiàn)丟脈沖現(xiàn)象。脈沖/方向控制在高速脈沖時(shí)， 會(huì)不可靠。
5、 降低系統(tǒng)總成本，當(dāng)超過(guò)兩臺(tái)以上伺服時(shí)，不用調(diào)整PLC配置，而傳統(tǒng)方案需要增 加脈沖或軸控模塊，伺服臺(tái)數(shù)較多時(shí)甚至需要改用更高等級(jí)的PLC硬件才能滿足要求。
6、 可開(kāi)發(fā)軟件功能更強(qiáng)大的設(shè)備，而無(wú)需額外硬件或接線：PLC能夠?qū)崟r(shí)通過(guò)總線監(jiān) 視伺服電機(jī)出現(xiàn)的故障，并在HMI上顯示出來(lái)。同時(shí)PLC還可以監(jiān)視伺服電機(jī)實(shí)際位置、實(shí)際速度等信息，也可以根據(jù)需要由程序自動(dòng)調(diào)整伺服參數(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)在HMI中設(shè)定伺服參數(shù)，而不用到伺服面板修改，簡(jiǎn)捷直觀不易出錯(cuò)。
7、 采用標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)功能塊庫(kù)，提高編程調(diào)試效率：采用CAN總線系解決統(tǒng)方案，避免 了傳統(tǒng)脈沖方向控制方式的編程量大、調(diào)試復(fù)雜等問(wèn)題，提高了效率，節(jié)省了成本和時(shí)間。
8、 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，在生產(chǎn)線設(shè)備很長(zhǎng)，或伺服數(shù)量較多時(shí)十分方便、安裝成本 低。
9、 易擴(kuò)張：當(dāng)設(shè)備有可選軸或后期可能增加軸時(shí)十分方便，PLC配置不用增加硬件， 接線十分簡(jiǎn)單。
10、 可維護(hù)性更強(qiáng)，有更多的狀態(tài)信息和診斷信息。 數(shù)控和運(yùn)動(dòng)控制采用總線控制目前在歐美非常流行。