伺服其實(shí)是一種用于實(shí)現運動(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(xiàn)設備上的高性能運動(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)現的，必須將它們整合在一起，并有機的融入到設備的自動(dòng)化系統中去，才能發(fā)揮其應有的作用。
考慮到交流變頻伺服已經(jīng)在目前的工業(yè)應用中成為了運控領(lǐng)域的絕對主力，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動(dòng)器和伺服電機了。伺服驅動(dòng)器基于控制端指令，將電源側標準動(dòng)力輸入轉換成伺服電機所需的可調節交流動(dòng)力電源；伺服電機，則會(huì )將這個(gè)動(dòng)力電源再進(jìn)一步轉換為機械動(dòng)力輸出，從而驅動(dòng)負載完成特定的運動(dòng)控制功能。
這樣看來(lái)，要在設備的自動(dòng)化系統中引入交流伺服技術(shù)，至少得在三個(gè)方面與其進(jìn)行對接與融合：控制平臺,電力驅動(dòng),機械傳動(dòng).
伺服系統的控制平臺。
在談到伺服與變頻的區別時(shí)，我們曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，為了能夠達到較高的應用控制精度，伺服驅動(dòng)與控制平臺之間指令更新的時(shí)間刻度必須要精確到微妙級，它們須以極為確定的時(shí)間周期進(jìn)行運控數據的實(shí)時(shí)交互。因此，長(cháng)期以來(lái)，設備運控平臺在接入伺服產(chǎn)品時(shí)，都需要使用專(zhuān)屬的運控數據端口，例如：高頻脈沖串端口或專(zhuān)用運控總線(xiàn)端口。
一般來(lái)說(shuō)，使用脈沖串方式控制伺服，其硬件成本是相對較低的，大部分用戶(hù)并不會(huì )太在意它對伺服的控制其實(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，運控系統的拓撲結構比較單一，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)接入的伺服軸數十分有限，系統的空間占用和接線(xiàn)數量都會(huì )隨著(zhù)其軸數的增加而變得異常龐大，這對于那些大型的伺服運控設備來(lái)說(shuō)，會(huì )嚴重影響其應用和集成的綜合體驗。
專(zhuān)用運控總線(xiàn)采用數字串行通訊的方式來(lái)完成控制器與伺服驅動(dòng)之間的數據交互，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)，能夠以鏈式布局構建網(wǎng)絡(luò )，這讓系統的拓撲結構變得十分靈活，有助于為用戶(hù)節省大量的設備空間占用、減少線(xiàn)束連接，并簡(jiǎn)化運控系統的應用和集成工作。然而，彼時(shí)專(zhuān)屬總線(xiàn)運控產(chǎn)品高昂的采購成本，卻總是讓不少用戶(hù)望而卻步。以至于，一直以來(lái)，它們都被大家認為是“高端”的伺服運控產(chǎn)品。
另外，由于伺服應用在控制策略上更側重在空間和力學(xué)方面的數據計算，需要處理大量的運動(dòng)學(xué)任務(wù)，如：空間坐標系轉換、運動(dòng)軌跡規劃與追蹤、加減速度與力矩的運算...等等，這與一般的離散、邏輯、批次、過(guò)程...等控制方式有著(zhù)極大的差別。
加上前面所說(shuō)的運控數據接口的特殊性，早些年的自動(dòng)化運控設備往往都需要同時(shí)配備邏輯控制器 PLC 和專(zhuān)用的運動(dòng)控制器 MC，去分別處理邏輯控制任務(wù)和運動(dòng)控制任務(wù)。這樣的設備控制系統，其復雜性是顯而易見(jiàn)的，用戶(hù)不僅要同時(shí)配置和操作兩套控制系統，還不得不考慮二者之間大量的數據交互和運算邏輯，這讓機器的應用成本在設計、使用和維護、甚至學(xué)習和培訓...等各個(gè)方面都顯得非常之高。
近幾年，隨著(zhù)電子半導體和信息通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，設備控制器與現場(chǎng)總線(xiàn)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(hù)只需要使用一種（自動(dòng)化）控制器，就能夠在其設備中實(shí)現多種策略類(lèi)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 )通訊的數據實(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控總線(xiàn)的應用性能，借助這種技術(shù)，用戶(hù)在其設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)設備網(wǎng)絡(luò )系統之中。
這樣一來(lái)，伺服運控設備的自動(dòng)化架構就變得十分簡(jiǎn)單了，每個(gè)運控設備單元只需使用一臺自動(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)現通訊連接，并完成設備的各項功能；同時(shí)，產(chǎn)線(xiàn)上的多個(gè)設備單元，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 )系統中，來(lái)實(shí)現它們之間的各種協(xié)同互操作，進(jìn)而再共同接入到產(chǎn)線(xiàn)乃至整個(gè)工廠(chǎng)的運營(yíng)管理平臺上去。
目前，大部分自動(dòng)化廠(chǎng)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)化設備控制系統。盡管名稱(chēng)各異，各個(gè)環(huán)節的技術(shù)細節也多有不同，但縱觀(guān)其系統架構，卻是殊途同歸，基本上都屬于我們上面所說(shuō)的這種拓撲樣式。
而設備用戶(hù)能夠接受這種曾經(jīng)“高大上”的運控解決方案，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(xiàn)設備所帶來(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），而更多的是體現在因系統結構的簡(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)，考慮到當下工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議各大品牌/陣營(yíng)割據圈地的現狀，設備用戶(hù)在選擇其伺服運控系統時(shí)或許并沒(méi)有那么自由。盡管各家都宣稱(chēng)自己的系統與所采用的技術(shù)是開(kāi)放的，但實(shí)際上，在控制平臺的搭建上，其品牌/陣營(yíng)的排他性現象還是明顯存在的。除了采用 EtherCAT 這種目前比較普及的通訊協(xié)議的運控/自動(dòng)化產(chǎn)品以外，大部分品牌的設備控制器基本只能兼容自家（或合作體系內）的伺服產(chǎn)品。用戶(hù)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，目測至少要等到下一代工業(yè)通訊技術(shù)出現時(shí)才可能有所改觀(guān)。
伺服驅動(dòng)系統中，脈沖的方式一般是一些簡(jiǎn)單伺服應用，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(xiàn)的控制方式的總線(xiàn)型伺服驅動(dòng)器(即絕對值伺服與EtherCAT伺服)才能真正意義上實(shí)現等時(shí)同步，因為總線(xiàn)通訊的速度更快，可以直接發(fā)送速度或位置設定值。所以高端的伺服應用都是走的總線(xiàn)控制方式。
總線(xiàn)型伺服驅動(dòng)器具有很強的靈活性和很高性?xún)r(jià)比，與傳統方案的優(yōu)勢如下：
1、 節約布線(xiàn)成本，減少布線(xiàn)時(shí)間，減小出錯機率。PLC的一個(gè)總線(xiàn)通訊口可以連接多 臺伺服，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：全數字信息交互，可以雙向傳輸很多參數、指令和狀態(tài)等數據；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。
3、 精度高，數字式通訊方式：無(wú)信號漂移問(wèn)題，指令和反饋數據精度可達32-bit
4、 可靠性更高，抗干擾能力更強，不會(huì )出現丟脈沖現象。脈沖/方向控制在高速脈沖時(shí)， 會(huì )不可靠。
5、 降低系統總成本，當超過(guò)兩臺以上伺服時(shí)，不用調整PLC配置，而傳統方案需要增 加脈沖或軸控模塊，伺服臺數較多時(shí)甚至需要改用更高等級的PLC硬件才能滿(mǎn)足要求。
6、 可開(kāi)發(fā)軟件功能更強大的設備，而無(wú)需額外硬件或接線(xiàn)：PLC能夠實(shí)時(shí)通過(guò)總線(xiàn)監 視伺服電機出現的故障，并在HMI上顯示出來(lái)。同時(shí)PLC還可以監視伺服電機實(shí)際位置、實(shí)際速度等信息，也可以根據需要由程序自動(dòng)調整伺服參數?？蓪?shí)現在HMI中設定伺服參數，而不用到伺服面板修改，簡(jiǎn)捷直觀(guān)不易出錯。
7、 采用標準的運動(dòng)功能塊庫，提高編程調試效率：采用CAN總線(xiàn)系解決統方案，避免 了傳統脈沖方向控制方式的編程量大、調試復雜等問(wèn)題，提高了效率，節省了成本和時(shí)間。
8、 可以實(shí)現遠距離控制，在生產(chǎn)線(xiàn)設備很長(cháng)，或伺服數量較多時(shí)十分方便、安裝成本 低。
9、 易擴張：當設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(xiàn)十分簡(jiǎn)單。
10、 可維護性更強，有更多的狀態(tài)信息和診斷信息。 數控和運動(dòng)控制采用總線(xiàn)控制目前在歐美非常流行。
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