各有所長的總線驅控誰能最終稱霸運控市場

在傳統運動控制系統中，一般以脈沖或者模擬量作為控制信號，將控制信號發送到電機驅動器中然后由電機驅動器驅動電機運行。這種模式下，上位機與電機驅動器通過大量的數字量或者模擬量IO連接。隨著總線技術的發展，運控廠家將總線技術應用運動控制器中。上位機通過總線將運動參數傳送至電機驅動器，再由電機驅動器驅動電機運行。

在總線運控系統中，上位機的總線通訊接口可以通過線性拓撲方式連接多個支持總線通訊的電機驅動器。較之傳統控制系統，大大減少了接線數量與布線時間。同時總線模式下，通訊方式為數字式通信，可以不用考慮信號漂移問題，不像中脈沖信號和模擬量信號受到電磁干擾會導致信號失真。目前，常見的總線技術有，EhertCAT，RTEX，CCLINK，CANopen等等。

EtherCAT其實也就是工業以太網的一種開放架構現場總線系統。使用EtherCAT的成本非常低廉，任何帶有以太網控制器的單元都可以作為EtherCAT主站，從站可以使用任意供應商提供的產品，當然也可以使用ETG（倍福公司旗下EtherCAT技術協會）提供的從站源碼進行開發。

作為工業通信，低延時是必需的。EtherCAT采用分布式時鐘，因此在實時性上是很優秀的。每個具有分布式時鐘的從站周期性地與參考時鐘進行同步消除誤差，時間誤差小于1us。在實時性上EtherCat相比于ProfiNet，ProfiBus之類是更突出的。

在運控領域，總線技術與驅動器二者相輔相成，我們直接從產品來看比較直觀。這里以雷賽智能CL3-EC系列為例。CL3-EC系列是雷賽在閉環步進研發的基礎上融合 EtherCAT 總線技術打造的高速總線型閉環步進驅動產品。

CL3-EC支持COE (CANopen over EtherCAT)協議，支持CSP、PP、PV、HM這些主流的控制模式。這一系列通過EtherCAT分布時鐘的精準調整，同步誤差低于15ns，同步抖動在±20ns區間內，在多軸的同步通信上很有優勢。數據傳輸速度是雙向100Mbps，1ms通信周期，不同于CANopen的是在通信周期小于1ms情況下EtherCAT支持250us的整數倍，當然，通信周期與上位機規格也息息相關。

（圖源：雷賽智能官網）

總的來說，對于多軸應用，應用EtherCAT工業總線方案，在同步控制，實時數據傳輸上的確有顯著優化。

RTEX是為了實現伺服電機控制更高的同步性、實時性，松下特定開發的網絡總線系統。RTEX主要競爭力在高速和低成本上，省配線這種總線驅動都能做到的就不多提了。這里以松下旗下MINAS A6 家族伺服驅動器產品為例。

MADLT01NF驅動器可以對位置，速度，轉矩，全閉環四個維度進行控制。RTEX支持CP控制模式，同時內嵌回零模式并支持USB串口調試功能。RTEX支持下的驅動器支持2路高速差分輸入或者5路單端輸入，同時進行兩路單端隔離數字輸出，響應頻率為3.2 kHz。MINAS A6 系列的最高速度可達到6500r/min，指令更新周期也僅為1ms。

RTEX下3.2kHz的高響應帶寬在面向高速度與高精度的運動控制場景，極大縮短系統響應時間，提高設備效率。

CANopen 是一個基于 CAN串行總線系統和 CAL的高層協議。不僅能夠將總線負載減少到最低限度，還能確保極短的反應時間。它可以實現較高的通訊性能，減少了磁兼容性問題，并降低電纜成本。作為運控驅動的老牌，市面上幾乎所有品牌的伺服驅動器都支持CANopen總線。

（圖源：臺達官網）

應用CANopen總線驅動器的產品實在太多，我這里選的是臺達ASDA-A3為例來看看此類總線驅動的實力。A3是現在臺達伺服系統高階應用的代表作。

首先，A3響應帶寬是3.1kHz，比起上面那位的高響應帶寬也沒有落下太多，實際應用上絕對能保證實時性。根據官網給出的測試圖，A3擁有125 μs同步周期，幾乎可以與命令做到同步擬合。A3可組成多達127軸的網絡系統，最高通訊速率1Mbps。在遠距離應用場合，CANopen驅動器仍舊能帶來最穩定的發揮。

CC-Link是以三菱電機為主導推出的開放式現場總線，特點在于其數據容量大,通信速度多級可選擇，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。這里不討論稍老一些的CC-Link IE Field以及經濟型的CC-Link IE Field Basic，主要聚焦在最新的CC-Link IE TSN。

CC-Link IE TSN是三菱推出的新總線技術。TSN（時間敏感網絡）是智能制造、工業互聯網最焦點的技術之一。CC-Link IE TSN將千兆以太網帶寬與TSN相結合，拓展了CC-Link IE基于工業以太網實現從信息層到應用層縱向整合的先進通信技術。CC-Link IE TSN 使用時間分割和時間同步的方式，實現了實時性和非實時通信的共存。

此類總線驅動，在網絡內充分利用同步時間，在規定時間雙方向同時發送通信幀，大幅縮短通信周期；在控制通訊內可組合通信周期內高速的控制和緩慢的控制，實現運控性能的最大化。

CC-Link IE TSN下驅動器最高通訊速率1Gbps ，數據傳輸速度是雙向150Mbps。這已經是全面領先的技術參數了，另據悉此協議下的驅動最多可控軸數遠超目前市面上的品類。具體可控軸數還未考證。

CC-Link IE TSN以其高度契合工業互聯網的愿景的特性，在總線驅控領域產生了巨大的影響。很多工控企業均開始改用此通信協議。

市面上還有很多類總線驅動器，如安川的Mechatrolink-III，B&R的Powerlink等等。值得一提的是三菱在國內市場競爭激烈的情況下，憑幾款經典產品占據了足夠大市場份額，這相當一部分功勞都得歸功于總線驅動足夠給力。

總線驅動器的選擇當然不僅僅在于技術方面的指標屬性，如帶寬和傳輸速率這些；還應該包括一些軟性指標，比如開放性，獨立性，互通性等等，這些因素綜合在一起才能決定哪一門類下的總線驅動能在市場中笑到最后。