保持控制

如果你不能控制世界上所有的力量，它就毫无意义。今天，控制在运动系统中执行，使用从增强可编程逻辑控制器(plc)到与pc结合的智能驱动器。系统可以通过集中控制或分散到单个节点的控制来运行。采用哪种方法取决于应用程序以及性能和成本需求。让我们仔细看看。

集中控制与分散控制
控制体系结构大致可以分为集中式和分布式。在一个集中控制系统中，路径规划、位置回路和速度回路都由一个集中单元来处理，无论是一个专用的运动控制器还是一个装有运动卡的PLC。在这样的系统中，控制器传递轨迹指令，而驱动器的作用是关闭电流环并向电机提供换向指令，以产生所需的运动。

在分布式控制架构中，大量的智能转移到驱动器中。这种新型智能驱动器具有先进的数字信号处理器(dsp)和内置存储器，可以生成自己的轨迹指令。事实上，一些驱动器现在已经强大到可以执行路径规划了。在CANopen或Sercos等网络软件的帮助下，他们可以将系统中的其他驱动器视为奴隶，完全消除了对专用运动控制器的需求。

科普利控制公司(Copley Controls Corp.，马萨诸塞州坎顿市)副总裁乔治•普罗克特(George Procter)表示，运动系统本质上执行五个基本运动任务:对一系列动作进行排序，例如，拿起瓶子并把它放在传送带上;规划机器人在空间中必须经过的每个点(路径规划);并与电机闭合位置、速度和电流回路。电流回路补偿电机的物理参数，因此不会因运动任务而变化——一旦为给定的伺服电机调整，它就保持稳定。然而，路径规划、位置环和速度环会随负载实时变化。

“集中控制和分散控制的区别在于这三项任务是如何分配的，”宝洁说。“在集中控制中，你在控制器中有路径规划器、位置回路和速度回路。对于协调分布控制，在控制器中有路径规划器，在驱动器中有位置环和速度环。然后你就有了第三种不协调运动的分布式控制路径规划器进入驱动器。”

他解释说，这取决于所需的协调水平。“当路径规划在驱动器中时，轴之间没有紧密的协调，因为每个驱动器都有自己的路径规划器。协调的下一个级别是集中式路径规划器，它每毫秒向驱动器发送位置增量，在驱动器之间提供良好的同步。最高级别保持控制器中的位置和速度环，可以改变轴之间的依赖性。”

当然，随着混合架构的出现，两者之间的区别越来越模糊。例如，带有智能驱动器的非协调分布式控制架构可能仍然需要一个PLC，但不需要一个附加的运动卡。“它有不同的口味，取决于任务在哪里运行，”宝洁说。“许多PLC应用都使用分布式控制，但实际的路径规划器嵌入在伺服驱动器中。而不是PLC告诉伺服驱动器，“在这一秒你应该在这里，”它说，“你现在应该以这个速度移动你的轴5英寸。”’在这种架构下，你并不真的需要在PLC中安装单独的处理器单元(运动卡)。”

性能的权衡
那么，如何决定使用哪种架构呢?这又回到了性能要求、成本限制和运行条件。卡洛斯·梅洛，运动控制高级产品市场经理欧姆龙电子(伊利诺伊州Schaumberg)指出，集中控制是一种更简单的解决方案。他说:“将所有高级编程和高级功能放在一个地方，然后向节点发送信号或命令，这要容易得多。”“集中控制的优势在于，只有一个软件(层)，一个用于故障排除和监控的连接。在分布式控制中，你需要查看机器内部的不同实体，所以对系统进行故障排除有点麻烦。”

为了解决这个问题，智能驱动器通常提供详细的错误代码，以简化维护和故障排除。然而，充分利用分布式控制确实需要集成商或机器制造商的更大的技能集。普洛斯特说:“当路径规划器在驱动器里时，转换非常容易——我下载到驱动器，‘以2000转/分钟的速度移动3英寸’。”“更难的转变是当你试图消除动作控制卡时。现在你需要在PC上的多任务操作系统上创建这个软件任务。这需要更高水平的专业知识，并不是每个人都有能力做到。他们是典型的c++程序员，控制人员，运动专家。”

分布式控制提供了模块化的优势——如果智能硬盘退出，即使是控制其他硬盘的智能硬盘，也只会占用机器的一部分。“在包装和食品饮料行业，分散式控制一直在推动，”Melo说，但他谨慎地补充说，集中控制仍是主导力量。“当你有一个模块化系统，你可以用另一个部件替换机器的一部分时，(分布式控制)很有意义，因为没有集中控制，所以如果控制器故障，它只是机器的一部分，而不是全部。”

分布式控制方法往往比集中式控制方法更经济。它不仅消除了对运动控制器或运动控制卡的需求，还将布线最小化，从而降低了设计和建造成本，同时消除了故障点。当然，除非您能够获得所需的性能，否则世界上所有的成本和效率节省都无济于事，这又把我们带回了一个问题:哪些应用程序在分布式控制下工作得很好，哪些应用程序不能。

分布式控制失效的经典例子通常是绘制圆的练习。如今，这很容易做到。普罗克特表示:“在驱动器中加入伺服回路后，我们可以画圆圈，并做出美妙的事情。”“在我们遇到的90%的应用中，分布式控制效果很好，在可扩展性、成本和减轻主控制器的处理负担方面显然有一些显著的优势。”

当动作需要紧密同步时，挑战就来了。“我们的大多数客户都在负载紧密耦合的高端应用中使用集中控制，比如机器人手臂，一个轴的移动会改变另一个轴上的参数，”Procter说。“在控制器中加入伺服回路是很有帮助的，所以当一个人移动时，他们可以实时调整参数，在另一个轴上调整不同的伺服回路，等等。”

混合动力系统
紧密同步应用程序的一个主要例子是打印。一台典型的印刷机可能有多达100个轴，所有轴都必须紧密同步，以保持卷筒纸张力。与此同时，辊筒也必须调整，使各种颜色的油墨相互贴合。然而，使用如此高的轴数，即使是最快的通信总线也会引入太多的时间延迟，从而无法对所有节点进行同步更新。那么答案是什么，集中控制还是分散控制?答案是肯定的。

“如果你在谈论一条打印线，你可能想要有一个主控制器，基本上可以向直线上的所有轴发出这些位置命令，”雷·塞弗特(Ray Seifert)说Baumuller Inc .)(康涅狄格州布卢姆菲尔德)。“这意味着你有一个位置命令集，所有的奴隶只是把信息从现场总线上，然后同步到主命令。”

这种方法可以处理网页张力，但系统也需要保持打印注册。Seifert说:“理想情况下，你希望它成为集中控制的一部分，但是因为你有这些高更新时间，现场总线很难处理每个轴有自己独特的位置命令所需的带宽。Baumuller采用的一种方法是一个PLC，它可以作为一个主控制器或一个从控制器，这些从控制器甚至可以作为其他轴的主控制器。“这就是你把它变成这种分布式控制的地方，现场总线可能只能处理四个独特的位置轴命令，所以你可能有一个这些命令到另一个PLC，然后分割成四个更多的只是为了获得带宽。”

最终，是使用集中式、分布式还是某种混合方法的决定取决于应用程序的需求。了解您的性能规格，了解您的成本和运营限制，了解您的前进道路。一旦您收集了这些信息，您就能够找到最适合您需求的控制体系结构。