运动控制器 vs. PLC|再听听业内新秀们咋说

有关前段时间「智造商」专栏收到的这条读者留言：

“现在 PLC 的运动控制功能越来越强了，圆弧插补、螺旋插补、电子凸轮都能轻松胜任了，那运动控制器和具备运动控制功能的 PLC 的差别在哪里，运动控制器以后的优势又在哪里？”

上期我们和大伙分享了一些业内专业玩家的观点和意见。不过大伙注意到没，这几位嘉宾都是来自于工业自动化和运动控制领域的资深老牌玩家。

而大家都知道，我们当下所处的自动化与运动控制市场的格局早已今非昔比，现如今这个群雄逐鹿的工业制造领域中，其实还有很多发展势头极为迅猛的新兴品牌，他们对于行业的发展也起着非常举足轻重的作用。

本期，咱们就来听听，关于 PLC 和运动控制器， TA 们是怎么说的...

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PLC 及运动控制器发展到今天，它们在功能、性能上已经非常接近了。只是形式上它们大多数仍然保留了原有的特征，即：运动控制器主要面向运动控制系统，伺服轴（运动轴）是它的主要控制对象；PLC 主要面向逻辑控制，IO（Digital 或 Analog）是它的主要控制对象。同时，大家也普遍看到运动控制器也有较强的 IO 能力，而 PLC 也具备运动控制的功能，如 PLCopen MC part IV。

从编程语言来看，IEC61131-3 已经是这两类控制器的标配，仅其扩展的语言模块就可以反映其应用的倾向性。

从性能来看，两者应该是不分伯仲。PLC 有已发展为 PAC（Programable Automation Controller）的，处理器性能非常强大，可作为多领域控制器；运动控制器也有从嵌入式一直到 IPC，能控制非常多的伺服轴，完成复杂的插补运算已不是问题。

从发展趋势来看，PLC 与运动控制器仍然基于自己的特征在发展，并没有看到明显的被另一种所替代的趋势。对运动控制来说，通常三个领域：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 与 RC 仍然是以运动控制器居多，因为这两类应用 IO 通常不是主角。

真正的区别在于应用的倾向性，这使他们在形式上（端口配置、安装、接线方便性等）显出差异、在任务优先级处理上有差异，以便更好地服务于它针对的应用。另外，性价比也是用户选型主要考虑的因素，满足应用需求的同时做到成本最优，也是以运动控制轴为主的控制器与以 IO 为主的控制器（PLC）仍然同时存在的理由。从技术发展来看，许多公司更倾向于在 ISA95 的 Level 2 层面配置专业的控制器与边缘控制/计算单元搭配，来实现高性价比、模块化、可扩展性及互操作性。

钱巍｜埃斯顿

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运动控制器和主打运动型 PLC 的差距在哪里？

运动控制器与 PLC 都有超过 40 年的历史，相比较而言 PLC 的历史更久远。Galil 公司的运动控制器从 1983 年开始，Delta Tau 公司的运动控制器从1981 年开始，TRIO 公司的运动控制器从 1987 年开始。Modicon 公司 1968 年推出 Modicon 084，西门子公司 1983 年发布 Simatic S5。

以运动控制器为代表的厂家更关注运动控制本身，PLC 的应用对象更多，运动控制只是 PLC 关注的一个部分。PLC 所面对的运动控制都相对简单，运动控制器所面对的运动控制则更复杂一些。

以倍福和贝加莱为代表的 PC based 的控制器，慢慢融合了 PLC 和 PC 的优点，形成了新一代的控制器，代表着控制领域的产业方向，特别是倍福以开放式开发平台为载体，兼容并包 PLC、NC、CNC、Robotics、Vision 和 IoT 等技术，这是产业发展与需求的大趋势。

国外这些公司的领先也是基于 40 年发展历史的沉淀与积累。当然国内也出现了一些平台性的公司，例如：深圳市正运动技术也开发了自己的控制产品平台 ZDevelop，现在也可以支持 PLC、Basic、HMI、Motion、Vision、Robotics 等技术的开发，客户只需要在一个平台上开发产品就可以。



从运动控制的角度来看，运动控制器和主打运动型的 PLC 在基础的运动控制方面的差距在缩小，但是运动控制器在运动控制这一块的积累与应用场景还是更深厚一些。

运动控制器以后的优势又在哪里？

只支持运动控制功能的运动控制器可以满足现在的要求，而只有整合机器视觉的运动控制器才是未来的发展趋势。

随着人工成本的提高和对产品质量要求的提高，制造业面临新的颠覆，机器视觉作为自动化界类似眼睛的作用，已经成为不可或缺的角色。而传统 PLC/CNC 控制器无法处理视觉，需要另一台 IPC 或者智能相机来处理机器视觉，这造成四个问题：一是成本高，维护不易；二是 IPC 和 PLC 通讯不够实时；三是对工程师编程能力要求高（PLC 编程、视觉算法）；四是要在不同的软件平台间切换工作。

正运动技术所推出的视觉运动控制一体机 VPLC516E 的解决方案可以完美地解决上述问题。

一台控制器：

将视觉与运动控制整合，降低成本！

通讯不断线：将 2 台控制器通讯，简化成同一台内部共享内存级别的通讯, 从而提高处理速度！

提供大量的应用范例供参考，提供大量应用场景的应用 DEMO！

一个免费绿色开放的 ZDevelop 开发环境就可以满足 PLC、Basic、HMI、Motion、Vision 和 Robotics ...等技术的开发！

陈光华｜深圳正运动

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一、关于可编程控制器 PLC 和运动控制器 MC 的分类如下：

PLC 常规分类按 I/O 点数可分为微型、小型、中型和大型。随着 PLC 功能和处理能力显著的提升，现在按照性能分类又可分为小型、中型和智能机械控制器。不同类型的控制器，处理能力的差异也大，市场价格差别也有 1~2 个数量级。

运动控制器 MC 有模块式运动控制器、运控板卡、面板交互式（数控系统）等，按控制的轴数、控制信号方式（脉冲或总线）的不同，性能差异会很大，硬件成本也可能相差 1~2 个数量级。

因此，将 PLC 与运动控制器 MC 两类产品特点的比较，需要按相近价格的机型来比较，或按用户方案成本来对比，结论才比较客观准确。另外，从控制器的软件功能与编程效率来分析，及从用户的选择喜好分析，也可以看出两者大致的发展方向。

二、逻辑控制器（PLC）和运动控制器（MC）的演变发展

首先看看 PLC 的技术现状：

当第一台可编程逻辑控制器 PLC 投入使用时，人们就看到了它的广泛应用前途，尤其是集成电路的单片机的出现，降低了 PLC 研发的技术门槛，众多厂家研发 PLC，一些领先的厂家如西门子、三菱、OMRON、施耐德等，出于利己的竞争考虑，各家 PLC 编程语言风格各不相同，通信协议各不兼容，总线协议互不开放，给用户工程师学习使用 PLC 带来障碍。

1995 年，由欧洲几家 PLC 厂家联合推出了通用编程语言的标准 IEC61131-3 第一版，其中规定了 PLC 的编程语言指令名称、操作变量类型、执行时序、计算结果存放等，都进行了约定，使得用户编写的程序，可以在不同品牌 PLC 的编程环境中执行，以达到学习一次，就会使用不同品牌控制器进行编程的目标。该标准的条款要求相当宽松，也照顾了大品牌既有的资产。标准中一共推荐了 5 种编程语言。

2005 年，欧洲成立的 PLCopen 非赢利技术组织，在 IEC61131-3 的标准的基础上，推出了包含运动控制编程的 PLCopen 规范，它综合了市面主流厂家的运动控制方案的优点，对运动控制的定位、多轴同步指令，和对基于 G 代码的预处理、插补、坐标变换功能块等做了规定，尤其是对轴状态的定义与转移条件，也进行了明确定义。

PLCopen 组织的目标也是让用户工程师学会编程后，编写的程序可以在不同品牌控制器上运行，让不同品牌控制器的外围设备可以互联运行。目前基于免费公开的 EtherCAT 总线技术的伺服驱动器、I/O 扩展模块等，已实现了不同品牌之间的互换互联使用。以 OMRON、倍福、汇川为代表的控制器产品得到了市场的认可，让用户体会到了 PLCopen 规范带来的功能及性能、易用性与成本优化的好处。

我国在吸收了 PLC 国际相关标准的基础上，也及时发布了对应的 GB/T15969 国标，并更新推出了 PLC 总线、通信、文件交换等后续标准，这些标准有利于社会技术资源的复用。

随着 ARM、X86 等处理器能力的快速提升，使 Soft Motion Control 成为可能，PLC 的运动控制不再依赖 FPGA 或 ASIC 运控专用芯片的协助，一个处理器可以同时实现逻辑、运动及 EtherCAT 总线主站的控制。例如汇川基于 Intel Core i7 处理器的 AC810 控制器，可以同时控制多达 256 个伺服轴。

与免费开放的 EtherCAT 总线获得广泛支持的同时，西门子、三菱两个品牌原来私有的 PROFINET、CC-Link 总线，在市场份额上逐渐失去霸主地位。原有的数控系统厂家，其专有的技术 Know-How 也被 PLCopen 规范的 MC-FB 化解，让 PLC 用户工程师在不需要大量培训和项目经验的情况下，就可以实现 3 轴插补、5 轴机械联动、6 轴关节机器人的运动控制，且方案成本更低，让终端用户使用起来更灵活，非标机械设备厂家有相识恨晚的感觉。

再看看运动控制器的进展：

以多轴定位控制、多轴同步控制、轨迹控制为目标的运动控制器，让多轴同步协作运动，实现同步控制、轨迹控制，其技术研发与应用其实比 PLC 的历史更早。运动轴由脉冲控制向总线控制演进，控制器核心部件由工控机、ASIC、FPGA、DSP 等器件向 ARM、X86 嵌入式系统演进，每个品牌的硬件方案不尽相同，但是在让控制系统成本不断降低、用户编程不断简化的发展方向上是相同的。市场上运动控制器有欧洲、日本、国产（含台湾）的品牌，每个品牌的运控编程方法各不相同。

通用运动控制器的用户编程简单易用，比如只需要选择运动控制模式，如定位、凸轮、同步运动、插补等，然后设置该模式下对应运动轴关节的特征参数、IO 配合动作逻辑即可。有的控制器还提供了 API 软件接口，通过函数调用，来命令其执行各种对应的运动控制。运动控制器也具有可编程的 I/O 逻辑处理功能，但在处理的 I/O 的规模、实时性和编程指令丰富性等方面，不如 PLC，因此运动控制器并不能取代 PLC。

运动控制器的这些功能和特点，利用具有运动控制功能的 PLC，编写 MC 用户程序的方法，也可以实现相同的运动控制功能，同时还可以编写复杂的工艺逻辑控制、非标运动机构应用的处理功能等。尤其是基于 CODESYS 软件平台的控制器编程，可以轻易实现多组插补控制通道同时运行的设备，降低了大型设备的电控系统方案成本。如锂电芯高速制片卷绕机、硅晶行业的多线切割机、激光模切机、高速包装机的电控系统，就是将运动控制+逻辑控制的性能提到了极致，这也是目前先进制造行业装备纷纷选用具有运动控制功能 PLC 的原因。

适配标准型机械手使用的运动控制器，各个品牌有其自己独有的运动控制系统，这些机械手控制器往往有示教、仿真、工艺控制与调试等软硬件资源的配合，这是运动控制器的成套优势。然而，在机器换人的应用装备场景中，如上下料机构、异形件切割、焊接、打磨等，会用到非典型的机械手结构，或上述加工动作机构的组合，采用具有运动控制功能 PLC，更为合适。

以金属加工机床控制为目标的数控系统，原理上是运动控制器，其功能明确、控制工艺成熟。以 FANUC、Siemens、Mitsubishi、SYNTEC 为代表的几个品牌分别占据了高中低端市场，加上 CAD / CAM 庞大第三方资源的配合支持，以及用户使用习惯影响，具有运动控制功能的 PLC，一时也难与成熟的数控系统竞争。

三、CODESYS 软件平台的影响不可低估

在 IEC61131-3 标准发布后，德国曾有几个 PLC 软件厂家，提供基于该标准的编程环境开发平台，经过多年的竞争，目前 3S 公司成了仅剩的独立发展的软件厂家，其 CODESYS 软件平台方案，因支持 SoftMotion 功能，已被众多控制器厂家采用，有人称其为工业界的 Android。如果对 CODESYS 的编程应用有一定了解，就会发现它提供了类似 PC 软件一样的处理能力，主要的限制是控制器 CPU 处理器的运算运算能力。

CODESYS 软件平台，给用户提供了 IEC 库、MC 库、SMC 库，可以实现如下运动控制功能：

定位控制凸轮控制（多轴同步控制）插补控制（G 代码预处理、刀具补偿、速度连续、3 轴插补、轴坐标正逆变换...）机械手控制（常见类型机构、用户特殊结构…）

还有符合 PLCopen 规范的的 Part4 轴组编程，通过鼠标操作，简单的表格填写配置，就可以实现一个机械手控制程序编程，将以前高深玄乎的软件技术平民化了。

CODESYS 平台软件还在持续完善其功能，如添加 IOT、CLOUD 等功能模块，基于其开放性，控制器厂家还可以添加其他功能模块到控制器中，例如汇川 AT900 控制器就已将图像处理功能集成到控制器中，集成为功能更强大的智能运动控制。

四、PLC 控制器与运动控制器后续发展的分析

开放的 PLC 相关标准，会获得更多的 PLC 厂家的欢迎，会获得更多的用户的认可，我们相信以利于 PLC 用户为宗旨的 PLCopen 规范，其兼容产品会获得越来越多的用户支持。

用户总是倾向选择简单易学、易用、通用、有价格优势的技术产品，好的方案，一定会获得更多的欢迎，就如智能手机取代照相机、计算器、导航仪、记事本一样。

运动控制器也在不断发展，以满足用户的需求，相信迟早也会有基于 CODESYS 平台的运动控制器机型面世。

周保廷｜汇川技术

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