一、什么是運動控制器

運動控制器就是控制電動機(jī)的運行方式的專用控制器：比如電動機(jī)在由行程開關(guān)控制交流接觸器而實現(xiàn)電動機(jī)拖動物體向上運行達(dá)到指定位置后又向下運行，或者用時間繼電器控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)一會停一會再轉(zhuǎn)一會再停。運動控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機(jī)器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制（GMC）。

運動控制器是一種電子設(shè)備，通常與運動控制軟件配合使用，用于控制機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和其他自動化設(shè)備移動或執(zhí)行各種任務(wù)。

圖1

運動控制器的工作原理是將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運動，實現(xiàn)機(jī)械運動精確的位置（點位、運動軌跡、插補(bǔ)等）控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。

廣義的運動控制器按結(jié)構(gòu)分類可分為PLC可編程邏輯控制器、單片機(jī)控制器、獨立式運動控制器、基于PC機(jī)的運動控制卡、網(wǎng)絡(luò)控制器等。

運動控制器主要分為三類，分別是PC-based（工控計算機(jī)）、專用控制器、PLC。其中，PC-based 運動控制器是一種基于個人計算機(jī)的開放式運動控制系統(tǒng)，它具有靈活性和可擴(kuò)展性，但需要較高的技術(shù)水平；專用控制器是一種針對特定應(yīng)用場景而設(shè)計的專用控制器，它具有較高的可靠性和穩(wěn)定性；PLC 運動控制器則是一種基于可編程邏輯門陣列(PLC)的通用型控制器，它具有較高的性價比和適用范圍廣的特點。

運動控制器和PLC都是自動化控制系統(tǒng)中的重要組成部分，你中有我，我中有你，但它們的應(yīng)用場景和側(cè)重功能有所不同。運動控制器主要用于控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等運動部件，而PLC則主要用于控制邏輯電路、人機(jī)界面等。

二、運動控制器的特點

（1）硬件組成簡單，把運動控制器插入PC總線，連接信號線就可組成系統(tǒng)；

（2）可以使用PC機(jī)已經(jīng)具有的豐富軟件進(jìn)行開發(fā)；

（3）運動控制軟件的代碼通用性和可移植性較好；

（4）可以進(jìn)行開發(fā)工作的工程人員較多，不需要太多培訓(xùn)工作，就可以進(jìn)行開發(fā)。

三 常見的運動控制類型

點運動控制：即只需要終點位置，與運動的中間過程即運動軌跡無關(guān)。 相應(yīng)的運動控制器要求定位速度快，在運動的加減速段采用不同的加減速控制策略。 為了使系統(tǒng)快速加速到設(shè)定速度，往往提前系統(tǒng)增益和增加加速度，在減速結(jié)束時采用S曲線減速控制策略。為了防止系統(tǒng)振動到位后，規(guī)劃到位，將適當(dāng)降低系統(tǒng)增益。因此，點運動控制器通常具有在線控制參數(shù)和變量和減速曲線的能力。

連續(xù)軌跡運動控制：這種控制也稱為輪廓控制，主要用于傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，運動輪廓控制的切削系統(tǒng)。相應(yīng)的運動控制器解決的問題是如何使系統(tǒng)在高速運動的情況下，既要保證系統(tǒng)加工輪廓的精度，又要保證刀具沿工件的輪廓運動。切削速度恒定。加工小段時具有多種程序預(yù)處理功能。

同步運動控制：指多軸之間的運動協(xié)調(diào)控制，可以在整個運動過程中由多軸同步，也可以在運動過程中局部速度同步，主要用于需要電子齒輪箱和電子凸輪的系統(tǒng)控制功能。工業(yè)有印染、印刷、造紙、軋鋼、同步剪板機(jī)等行業(yè)。相應(yīng)運動控制器的控制算法常采用自適應(yīng)前饋控制，自動調(diào)整控制量的幅值和相位，保證控制函數(shù)與干擾幅值相等，與進(jìn)氣端相位相反，從而抑制周期性干擾，保證系統(tǒng)同步控制。

四、什么是PLC

可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

五 、PLC的特點

（1）可靠性高。由于PLC大都采用單片微型計算機(jī)，因而集成度高，再加上相應(yīng)的保護(hù)電路及自診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（2）編程容易。PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數(shù)量比微型機(jī)指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由于梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計算機(jī)專業(yè)知識，就可進(jìn)行編程。

（3）組態(tài)靈活。由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶只需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統(tǒng)的功能和規(guī)模，因此，可適用于任何控制系統(tǒng)。

（4）輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的優(yōu)點之一，是針對不同的現(xiàn)場信號（如直流或交流、開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量、電壓或電流等），均有相應(yīng)的模板可與工業(yè)現(xiàn)場的器件（如按鈕、開關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動器或控制閥等）直接連接，并通過總線與CPU主板連接。

（6）運行速度快。由于PLC的控制是由程序控制執(zhí)行的，因而不論其可靠性還是運行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機(jī)大量采用，大大增強(qiáng)了PLC的能力，并且使PLC與微型機(jī)控制系統(tǒng)之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。

六、運動控制器與plc的比較

運動控制主要涉及步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的控制，控制結(jié)構(gòu)模式一般是：控制裝置+驅(qū)動器+（步進(jìn)或伺服）電機(jī)。

控制裝置可以是PLC**系統(tǒng)，也可以是專用的自動化裝置（如運動控制器、運動控制卡）。**PLC系統(tǒng)作為控制裝置時，雖具有PLC系統(tǒng)的靈活性、一定的通用性，但對于精度較高，如插補(bǔ)控制，反應(yīng)靈敏的要求時難以做到或編程非常困難，而且成本可能較高。

隨著技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)積累，運動控制器應(yīng)運而生了，它把一些普遍性的、特殊的運動控制功能固化在其中—如插補(bǔ)指令，用戶只需組態(tài)、調(diào)用這些功能塊或指令，這樣減輕了編程難度，性能、成本等方面也有優(yōu)勢。

也可以這樣理解：PLC的使用是一種普通的運動控制裝置。運動控制器是一種特殊的PLC，專職用于運動控制。

PLC 及運動控制器發(fā)展到今天，它們在功能、性能上已經(jīng)非常接近了。只是形式上它們大多數(shù)仍然保留了原有的特征，即：運動控制器主要面向運動控制系統(tǒng)，伺服軸（運動軸）是它的主要控制對象；PLC 主要面向邏輯控制，IO（Digital 或 Analog）是它的主要控制對象。同時，大家也看到了運動控制器也有較強(qiáng)的 IO 能力，而 PLC 也具備運動控制的功能。

下面從以下幾個方面分析一下：

1、從編程語言來看，IEC61131-3 已經(jīng)是這兩類控制器的標(biāo)配，僅其擴(kuò)展的語言模塊可以反映其應(yīng)用的傾向性;兩者之間最大的不同是兩者具有不同的編程接口，使得它們具有不同的功能。PAC通常使用C或C ++進(jìn)行編程，因此具有開放式體系結(jié)構(gòu)并采用模塊化設(shè)計；而PLC通常使用Ladder Diagram(梯形圖)等低級語言進(jìn)行編程,程序執(zhí)行簡單，可以以有限的內(nèi)存以及離散的輸入和輸出運行程序。

2 由于運動控制器的模塊提供了易于編程的功能，因此很容易將組件從PAC中裝卸。同時，簡化的編程使其能夠監(jiān)視和控制成千上萬個輸入/輸出（I / O）。

而PLC是依賴電纜的控制系統(tǒng)，添加設(shè)備會增加額外的布線。使用傳統(tǒng)方法很難在緊湊的端子中布線，所以制造商現(xiàn)在使用的是預(yù)制電纜組件，而不是離散的點對點布線。

簡而言之，PLC和PAC的存儲容量和分布式I / O都在不斷進(jìn)步，以適應(yīng)工廠的需求。此外，現(xiàn)代的PLC和PAC通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連接，以確保數(shù)據(jù)的實時傳輸。隨著通過IoT連接的設(shè)備的集成，制造過程更加簡化，并提供了更好的網(wǎng)絡(luò)連接性。

3 控制對象不同：運動控制器主要控制運動部件，而PLC主要控制邏輯電路和人機(jī)界面。

PLC在小型自動化任務(wù)中表現(xiàn)良好，例如單機(jī)控制（使用觸發(fā)器進(jìn)行開和關(guān)）或小規(guī)模的樓宇自動化（照明，溫度控制等）。所以，PLC是一種自然且具有成本效益的選擇。PAC則傾向于更復(fù)雜和大規(guī)模的自動化架構(gòu)，特別適合于多域監(jiān)視和控制。如先進(jìn)智能的過程控制、運動控制、驅(qū)動控制、視覺應(yīng)用程序和HMI等，既可以在單個平臺上運行，也能同時使用基于PC的軟件進(jìn)行編程、監(jiān)視和收集數(shù)據(jù)。

4 控制方式不同：運動控制器通常采用脈沖輸出或方向輸出等方式進(jìn)行控制，而PLC通常采用開關(guān)量輸入和輸出進(jìn)行控制。

5 從性能來看，兩者應(yīng)該是不分伯仲。PLC 有已發(fā)展為 PAC（Programable Automation Controller）的，處理器性能非常強(qiáng)大，可作為多領(lǐng)域控制器；運動控制器也有從嵌入式一直到 IPC，能控制非常多的伺服軸，完成復(fù)雜的插補(bǔ)運算已不是問題。

6、從發(fā)展趨勢來看，PLC 與運動控制器仍然基于自己的特征在發(fā)展，并沒有看到明顯的被另一種所替代的趨勢。對運動控制來說，通常三個領(lǐng)域：CNC、RC（Robot Control）和 GMC（General Motion Control）。除了在 GMC 中普遍可以看到 PLC 的身影，CNC 與 RC 仍然是以運動控制器居多，因為這兩類應(yīng)用 IO 通常不是主角。

真正的區(qū)別在于應(yīng)用的傾向性，這使他們在形式上（端口配置、安裝、接線方便性等）顯出差異、在任務(wù)優(yōu)先級處理上有差異，以便更好地服務(wù)于它針對的應(yīng)用。

另外，性價比也是用戶選型主要考慮的因素，滿足應(yīng)用需求的同時做到成本最優(yōu)，也是以運動控制軸為主的控制器與以 IO 為主的控制器（PLC）仍然同時存在的理由。從技術(shù)發(fā)展來看，許多公司更傾向于在 ISA95 的 Level 2 層面配置專業(yè)的控制器與邊緣控制/計算單元搭配，來實現(xiàn)高性價比、模塊化、可擴(kuò)展性及互操作性。

運動控制器和主打運動型 PLC 的差距在哪里？

運動控制器與 PLC 都有超過 40 年的歷史，相比較而言 PLC 的歷史更久遠(yuǎn)。Galil 公司的運動控制器從 1983 年開始，Delta Tau 公司的運動控制器從1981 年開始，TRIO 公司的運動控制器從 1987 年開始。Modicon 公司 1968 年推出 Modicon 084，西門子公司 1983 年發(fā)布 Simatic S5。

以運動控制器為代表的廠家更關(guān)注運動控制本身，PLC 的應(yīng)用對象更多，運動控制只是 PLC 關(guān)注的一個部分。PLC 所面對的運動控制都相對簡單，運動控制器所面對的運動控制則更復(fù)雜一些。

以倍福和貝加萊為代表的 PC based 的控制器，慢慢融合了 PLC 和 PC 的優(yōu)點，形成了新一代的控制器，代表著控制領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)方向，特別是倍福以開放式開發(fā)平臺為載體，兼容并包 PLC、NC、CNC、Robotics、Vision 和 IoT 等技術(shù)，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展與需求的大趨勢。

從運動控制的角度來看，運動控制器和主打運動型的 PLC 在基礎(chǔ)的運動控制方面的差距在縮小，但是運動控制器在運動控制這一塊的積累與應(yīng)用場景還是更深厚一些。