分布式控制
对于许多厂商来说，数字总线优于硬电线的最大优点是它使分布式控制成为可能。分布式控制系统可以使用运动控制器来执行许 多局部控制功能，还有机动车速度的闭环控制。用许多运动控制器提供的数字和模拟I/O实现功能。这些先进控制器不仅有I/O，它们还包括局部实时控制的编 程功能。
在主要控制器、运动控制器、其他类型远程控制器和远程I/O间使用高度数字化网络进行连接是可能的。分布式控制的强大形式使硬布线降低到最低限度。
尽管用硬电线，而不是用数字网络来实现分布式控制也是可能的，但实际上，这没有任何意义。分布式网络需要在控制器和I/O间不断地与大量数据通信。通过数字运动总线很容易实现，但用硬电线实现是很困难的。
位于马萨诸塞州，富兰克林的Speedline科技公司 ，负责制造印刷电路板组装的自动化处理机器，包括焊膏打印机、材料饮水机、微波炉和清洁机。
其模具打印机和饮水机通过CANopen总线协议实现分布式控制。每个机器至少有15个运动轴和50个I/O口。I/O 口主要是数字化的，与几个模拟点混合。一台电脑提供监督控制，在每个轴上有一个智能运动控制器。约15个左右CANopen使能运动控制器处理局部运动控 制和I/O接口。如果需要，向运动控制器提供额外的CANopen总线I/O模块。
“智能控制器允许我们以局部程度对实时集中任务进行控制，以减轻主机电脑上的负担。”Speedline公司主电气工程师John Klauser解释说。
数字化网络的分布式控制通常需要对来自不同厂商的运动控制器进行混合和匹配，以最大限度地提高性能。美国国家仪器 DAQ/视觉/运动产品部经理Christian Fritz指出：“常规标准允许客户对每个任务选择最佳机动控制器，随着数字化网络的分布式控制发展，驱动器不仅需要交换相关控制数据，而且需要传输状态 信息和设置参数。只需改变配置，客户就可以改变连接到控制器的电机类型，例如从感应到永磁伺服电机。”
数字化网络的分布式控制可以对许多运动部件的机器提供特殊优势，如机器人。在这些情况下，数字化网络导致的布线降低意味着设计师只需要运行单排线，而不是大量硬电线。
ABB机器人公司制造焊接和其他机器人，其中许多机器人使用数字化网络分布式控制（如图2）。 ABB机器人公司 产品部经理Per Carlsson指出：“随着数字通信的发展，我们可以将驱动组件分布在远离主控制器的位置，如在机器人内部或机器人手臂上。”
好东西来之不易
当涉及到原始速度时，没有什么能与硬电线相比，因此从硬电线到数字的改变需要特别注意速度要求。位于俄亥俄州，梅森的 Intelligrated公司控制和软件开发部经理Jeffrey Hanna说： “我们的主要挑战是设计总线以保持其在所要求的更新速率上。”
集成供应商提供仓储、分配、邮政、包裹和生产环境的材料处理解决方案。它生产传输、定寸、堆积和排序的机械设备。其系统通常涵盖非常大的地区，使数字化网络设计尤其具有挑战性。
公司的运动系统使用至少80个伺服电机和变频驱动器，所有这些设备都通过Profibus总线连接。“尽管我们的要求不 包含多轴协调运动，但他们需要非常严格的速度控制，我们经常需要多个网络来实现，”Hanna继续说，“根据需求，我们设计具有1毫秒，2毫秒或5毫秒更 新速率的网络。Profibus-DP有固定的信息格式，基于网络速度、节点数量和数据容量的更新速率是可预测的和确定性的。我们以1.5到12Mbps 速度运行网络。电缆长度可能与铜材料有关，因此从控制器到网络的第一个节点，我们使用光纤以满足速度要求。”
数字运动总线优于硬电线的优势 1. 更少的布线
2. 增加的带宽
3. 更适合于分布式控制
4. 所需维修更少
5. 更好的抗噪声
6. 更好的诊断
7. 更易化的软件/固件运动控制器更新
8. 更精确的同步
9. 增加/减少控制器更灵活
10. 降低设置时间 | 尽管Hanna描述的配置没有同步要求，其他运动控制系统也是如此。“对数字运动总线的时钟周期同步可以采用一种或两种方式实现”，Siemens公司运动控制器产品部经理Zuri Evans解释说，“第一种方式是发送一个中断事件给控制器读取输入或设置输出。该方法的缺点是系统不允许高优先权任务的中断，如运动控制，因此中断必须等到直到高优先权任务完成，其将产生抖动。” |
为了减少抖动，分布式设备有自己的高速率系统时钟，其与控制时钟同步。Evans继续说：“当设置输入时，分布式设备捕 获时间戳。然后该设备在同步数字现场总线上发送该时间戳，控制器推算事件发生时的时间位置。这使得抖动达到少于1毫米的精度。这也允许控制器推算出事件发 生时多轴所在的位置，不只是一个轴。”
实现数字总线的挑战 1. 满足速度要求
2. 选择合理的总线
3. 寻找兼容组件
4. 培训人员
5.克服惰性 | 另外一个网络设计挑战涉及到合理的电缆屏蔽。集成运动公司的Mullins指出：“我们必须 使用正确的电缆和布线方法，以确保数字总线不被电气噪声妥协，我们应该紧密关注制造商推荐的屏蔽措施。” Mullins说，另一个巨大的挑战是需要对不支持通用数字总线协议的不同运动控制器进行集成。他补充说：“在这种情况下，数字总线转换器模块可以被使用，但其提高了成本和复杂性。” |
Mullins说，另一个巨大的挑战是需要对不支持通用数字总线协议的不同运动控制器进行集成。他补充说：“在这种情况下，数字总线转换器模块可以被使用，但其提高了成本和复杂性。”
果只有一个数字网络并且如果所有控制组件与该网络连接，那么集成将变得很容易，但是情况并非如此。“因为网络实现可以改变，所以设备互操作性通常是一个与运动总线相关的问题，” Kollmorgen 产品生产线经理Josh Jensen 指出，“不同的网络具有不同程度的功能验证和设备互操作性测试。这可能会导致延迟并产生费用，但假设坚持相同的规格选择两个设备时，区别可能并不明显。” 为了解决该问题，Jensen说Kollmorgen公司保持SynqNet互操作实验室，继续对所有设备的组合进行测试。
数字化可以做到这一切吗？
从理论上来说，一个具有良好设计的数字网络不需要任何辅助硬电线，但实际上情况并非总是如此。“大多数驱动器让使能输入端采用硬电线，因此即使总线通信中断，驱动器可能被关闭。”先进机械自动化公司的WoyaK指出。
尽管实现独立的数字安全总线是可能的，但在所有应用中，这并没有任何意义。“尽管许多厂商提供了安全数字总线，一些用户 还是喜欢硬电线安全电路，因为不需要编程，或许还因为较低的硬件成本，”集成运动公司的Mullins指出，“使用安全数字总线的优点对大系统来说是很显 著的，安全运动功能在系统中由应用程序来满足。”
添加安全功能到运动总线通常是成本和性能的问题，而不是技术可行性问题。CAN 自动化公司管理部负责人Holger Zeltwanger说：“在CANopen和许多其他运动总线上，如果有足够的带宽，您可以将安全相关信息与非安全相关信息混合。借助于两个网段，某些 系统设计师可能更倾向于独立的安全和非安全消息，其通过网关或路由器互连接。”
随着数字化运动控制网络变得越来越普及，他们最终将纳入整个控制系统中，废除几乎所有硬电线。B&R公司的 Muehlfellner预言：“驱动器中的集成安全功能将删除对硬电线驱动使能信号的需要。这些驱动器也将提供额外的安全功能，如安全停滞——是电机能 在动力下保持的一种状态，而机器是电子停止、安全停止、安全速度和更多的停止状态。典型的驱动器I/O和限位开关，还有主编码器，和家里一样，也将被远程 联网。”
为了说得更直观点，使用大家都明白的比喻，我们借用了设备制造商的一句话。“安全功能的完全网络控制正在逐渐出现，” Speedline's Klauser相信，“如果自动汽车可以通过网络驾驭和刹车，安全性可以通过类似方法在机器上实现。”
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