虽然很难获得整体市场的统计数据,但整体趋势清楚地表明了分布式运动控制的兴起。再看供应商的生产项目,也可以发现公司正在撤回该领域的产品,如汽车、封装、半导体和面板制造等自动化密集型行业,该技术的应用越来越普遍。
在21世纪之前,分布式运动控制并不流行。相反,自动化设计者必须接受集中控制系统,由主机(如PLC)管理电机的运动。这种控制方式的缺点是需要大量的导线,一个伺服电机可能需要多根导线将编码器反馈、传感器输出等信号从电机的位置发回中央控制器。根据公布的数据,估计每个轴可能需要多达25根导线。建立这样一个复杂的系统是相当困难的,经常出现的情况是电缆束太粗而无法维护或者无法提供可靠的服务。
相比之下,分布式运动控制系统可以减少甚至解决这些问题。由于控制功能位于驱动器内部或周围,大大降低了从中心点到各运动轴的布线要求,不仅布线更容易,还有效降低了安装成本。另一个额外的好处是,分布式系统可以有效地将短程控制串联起来,以实现远程控制,并扩大整体控制范围。
如果分布式系统能够得到适当的设计和构建,将会减少外部因素对系统确定性的影响。由于网络拥塞或中央控制器的请求涌入过多,系统的响应时间会延迟,这对于通过网络进行动作控制来说是一大隐忧。虽然使用高吞吐量或专用网络可以克服网络拥塞,但它无法处理中央控制器涌入的过多请求。然而,使用智能远程设备可以最大限度地减少网络流量,并为上述问题提供了可行的解决方案。
虽然分布式运动控制系统有很多优点,但由于其他额外的成本,它并不适合在所有环境中构建。然而,在大多数情况下,分布式运动控制显然是最具成本效益的解决方案。根据模拟建筑的结论,总成本将节省约20~60%,包括建造复杂驱动面板所需的材料、安装劳动力、安装时间和工时。
但是,在如此大的范围内总成本节约的差异主要取决于设定的项目范围和目的。每增加一台电机,节省下来的成本就会累积起来。使用的电机越多,节省的成本就越高。当增加到一定程度,原来的线性累积效应会加速,变得非常显著。
虽然分布式控制并不总是最好的解决方案,但平均而言,只要系统运行中涉及大约八个电机,就应该构建一个分布式运动控制系统。当然,最准确的数字会根据个别情况而有所不同,但只要电机总数超过8台,在接线、安装人工和维护方面节省的成本就可以超过任何额外的支出。
在完成评估并决定实施分布式运动控制系统后,将需要决定实施哪种解决方案,其中有许多考虑因素。首先要考虑的是“补间控制功能”,这是系统能够将复杂形状或轨迹转换为电机可执行的条件。通过运动补偿控制功能和正确的电机布置,1D响应也可以在弯曲或线性2D和3D空间路径上到达目的地。
确定性系统是另一个重要的考虑因素。对确定性的感知可能不是特定的,但实时响应能力是确定性系统的核心。确定性系统是一种必须在指定时间内采取行动的系统,这通常取决于系统的频率。如果系统能在一秒、一毫秒、一微秒或其他任何时间单位内做出响应,就可以称之为确定性系统。
同步能力也很重要,可以控制电机同时停止和启动。以传送带为例,所有驱动传送带前进的单轴电机必须一起启动和停止。为了实现这种协调动作,可能涉及从控制器到控制器、电机到电机以及电机到I/O的路径同步。集成度是另一个值得关注的重要特性,它可能涉及许多领域,例如在同一控制环路中集成运动和I/O的能力,或者在同一环路中集成许多不同类型电机的能力。
最后,解决方案中的软件界面也是判断优劣的基本因素。该接口可以是基于各种标准和开放资源的集成方案,也可以是特定系统的专用接口。标准的软件接口可以大大减少工程技术人员的培训时间,因为不需要学习新的接口,这也可以视为保护培训投资的一种方式。
体育市场高度分化,使用族群的要求也不一样。高性能、多功能的运动控制解决方案固然不错,但由于价格昂贵,对于大多数运营商来说往往过于沉重。