讨论：数字总线到底解决了运动控制级这一特定层面中的什么关键技术？ 点击：22591 | 回复：415
这位前辈的原帖关键内容如下：
“数控重在体系”，完全正确!
中科院计箅所李国杰院士说过，“计算机产品越搞越复杂。” “全世界好像只有计算机产业是把事情越做越复杂。”李先生又说“简单易用，千万不可越搞越复杂。产品太复杂，再好的技术也普及不了。”“计算机科学可能更需要建立‘简单性’理论，即如何发现最简单的方法去解决实际问题。” “尽可能用简单方法处理复杂问题是信息技术的生存之道。”
窃以为，李先生之所见切中计算机产品（包括数控系统）之要害。我返回数控之后，发现数控系统越搞越复杂，重蹈计算机的覆辙，这是与开放性背道而驰的。
先生提出“后步进时代”，推崇运动控制级的全数字总线，我想请教的是，从开放性与简单性来看，从数字控制的本质来看，对于运动控制级，全数字总线 的本质是什么？解决了传统运动控制中无法解决的什么技术关键（不是指现场总线的共有优点）？
请先生指教，谢谢。
个人谨将有关回帖整理张贴如下，欢迎业内朋友讨论。
作为“WEDM的英文名之命名者”前辈绝对是晚辈的崇拜对象！前辈开始从事数控的时候，晚辈尚未来到这个世界上。前辈重返数控的时候，晚辈才刚刚进入业内，虽然师从国内第一代数控专家已经将近十年。眼下晚辈无非是在数控的边缘混口饭吃，并非什么数控高手。
至于李院士的高论，晚辈不敢苟同，窃以为李院士混淆了两个概念，就是作为技术类产品的计算机中所必须包含的两个概念：一个是产品，一个是技术，产品自然要主张易用性，而技术则只能追求先进性。作为一名业内工程师，晚辈肯定没有学者的远见卓识。不过本人非常认同一位国外工程师的观点：所谓工程师就是以自己的复杂劳动为别人（主要指用户）提供便利的人群。工程师尚且需要如此，学者们难道就可以偷闲？作为国家最高学术机构的中科院不做越来越复杂的（先进）技术做什么？纳税人的钱不应该被用来养活饭桶。
再回到数控系统上来，从58年我导师那代人搞出国内第一台数控机床（包括系统），到前辈入行的68年，出行的78年，再到所谓改革开放十年后的88年，国内数控技术因为政策起伏已然经历了三起三落，每每不是一哄而上，继而一哄而散，计划经济导致的学院科研和吃饭技改未能造就民族数控产业，苟延残喘下来的机床所在合资后彻底沦为日本人的买办。无独有偶，从90年代初期，靠着吃政府市场饭的华中数控（背靠教育部），航天数控（背靠航空航天口军工企业），蓝天数控（背靠中科院）慢慢起来了，然而时至今日，除了能在政府市场混饭吃，对国内数控产业和市场又有什么实质贡献呢？！
就如PC绝不是计算机科学的代名词一样，数控的内涵也绝不是眼下遍地开花的经济型数控系统，就如计算机要分为大型机、小型机和服务器、PC一样，数控也要分为高端、中端和普及型、经济型，不同的分类，要害自然不同。经济型讲求低价格高可靠，因为经济型拼的就是价格，没有可靠性，根本应付不了高额售后支持和维护的成本消耗。中端和普及型的要害是性价比，在必须提供足够的功能和性能的同时，成本还必须降得下来，因为目前普及型的竞争对手主要是外国人，国产系统除了能为用户节省成本，还没有能力为用户创造价值。高端拼什么？看看“十一五”重大课题就不难发现，拼的是具备高性能的高端功能，目前国人还远不是外国人的竞争对手，高端数控对国人而言首先要解决的是（功能）有没有和（性能）好不好的产品问题，也就是先进技术的集成和产品化问题。
至此，就不难回答前辈的关于数字总线的质疑了，如果仅仅是面向经济型数控系统，后步进时代的脉冲串足以，又简单，又开放，又廉价。如果是面向中端和普及型数控，脉冲串和模拟接口会越来越显得捉衿见肘，毕竟今天的高端不久之后就会成为明后天的中端乃至普及型。面对高端应用，难道还有真的会有谁认为脉冲串足以？！模拟口虽然简单，而且开放，但国际数控业乃至运控业之所以弃之不用，而纷纷走向数字总线的理由早借模拟调节和数字控制之争就已然定论了，而且就每根轴的接入成本而言，抛开复杂线束及其布线成本不谈，高精度高分辨率的模拟接入成本也未必会低于数字总线的节点接入成本。
诚然，数字总线技术只是数控和运控系统中的数据传输载体，解决的关键问题在于高数据传输率、高数据刷新率和高指令同步性，数字总线本身并不直接解决数控和运控最本质的关键问题，但是这并不妨碍数字总线成为高端数控系统的关键特征（之一）。而且开放性也并非片面地意味着简单，没有经过良好封装的开放性，只能增加用户的使用难度和复杂性，使产品成为所谓的专家型系统（专家型用户才具备使用能力的系统），而封装的太好，开放可能也就无从谈起了。开放式系统是一个过于复杂的问题，晚辈无力揣度。关于数字总线的开放性，毋庸置疑的是，任何一种开放性数字总线的技术实现复杂度肯定都远高于脉冲串和模拟接口，而在这个问题上，恰恰是国人的软肋，不要说创立和起草全新的数字总线协议，就连拿现成的舶来品集成进自己的产品，国内数控和运控业内又有几家企业能够驾轻就熟，信手拈来呢？
以上就是晚辈对于国内数控技术发展和数字总线一点浅薄看法，恭请前辈不吝赐教。
俺一直想当然地认为，数字总线在运动控制中，除了一些数据设置、即时报警等等，它的工作，一般是参与多轴位置环、速度、电流（转矩）的协调。而单独某一轴的控制精度等指标，总线一般不会参与。
老帅所说“重复定位精度需要达±0.005mm这样的级别”，其精度保证，在我们目前实际环境中，主要取决于机械传动机构设计与选取，控制器、驱动器、电机、光栅编码等电气本身达到这精度问题不大。除非多轴联动加工，一般单轴运动方向的精度，“数字总线”是不必参与主要控制过程的。
单轴控制就是某方面擅长的专家，而总线与基于总线通讯的控制器，就是项目经理，项目经理把建筑的、结构美工的、水电的、暖通的专家们请到一块儿，互相取长补短，商量着建造出一座异形豪华楼房。
坛子里不知道有没有做CNC一类的软件开发人员，如果有的话，还是请这样的高人来谈总线具体技术细节比较好。
“波恩”先生与“想起时正是忘记”先生都注意到本人将问题限定于一个很窄的范围即“运动控制级”，“想起时正是忘记”先生还关注“运动控制级”的界定。
运动控制起源于伺服控制，最初用于高炮、雷达以及陀螺导航中。在我国，伺服系统早期一般称随动系统。据本人所知，戴世宗先生的《数字随动系统》（科学出版社，1976）可能是我国第一部关于数字伺服系统的专著。
在高炮、雷达以及陀螺导航的伺服系统中，输入信息，即空中飞行目标的距离、方位角、高低角等均具有不确定性，这是与数控机床中的伺服系统之本质区别。在数控机床的伺服系统中，输入信息，即坐标轴之间的运动关系是确定性的，也就是预先给定了运动“规则”。在现有数控系统中，对这些运动“规则”的解读就是所谓插补，也就是对数学表达式中被压缩的运动信息进行解压，实质上是一个纯粹的数学问题。由于数控机床的普遍性，运动控制现今似乎已定格于专指控制机械系统之间的一种确定性的运动关系。因此，似乎可以说，运动控制也就是位置伺服系统的代名词或简称。
至于什么是“运动控制级”？ 至今好像没有定义。
国标“GB/T 18759.3-2009•机械电气设备•开放式数控系统•第3部分：总线接口与通信协议”定义了“装置/设备 device”：“具有控制或检测功能的单元或单元组合，如数控装置、驱动装置、I/O装置、检测装置”，又定义了“总线”：“连接开放式数控系统中装置间的数字式、双向、多点的通信系统”。
IEC（International Electrotechnical Commission，国际电工委员会）将现场总线（Field bus）定义为：“一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。”（未查英文原文，如有知者，盼告之，先谢了。）
国标显然是国内业界的共识，至少是参与“数控系统现场总线技术标准联盟”和“数控系统标委会”成员企业的共识。将二者对比之，我的问题是：
1、国标将“device” 定义为装置或设备，那么，“装置”与“设备”是否没有区别？
2、在IEC中，“现场设备之间”与“现场设备和控制装置之间”是不同的，因而，设备与装置是有区别的。在这里，国标是如何与“国际接轨”的？
3、工厂自动化信息网络一般分为三层结构：工厂管理级、车间监控级、现场设备级。工厂管理、车间监控等无须解释，现场设备指的则是车间里具有特定功能的底层设备。那未，所谓“运动控制级”是否将工厂自动化信息网络发展为四级：工厂管理级、车间监控级、现场设备级、运动控制级？或者说，国标是否在工厂自动化信息网络中进行了有别于IEC的原始创新？
4、或者，国标是否刻意迥避装置与设备的区别，从而是否刻意迥避“现场设备级”与“运动控制级”的区别？
5、国标中未定义“数控装置”。在数控的早期历史中，“数控装置”与“数控系统”是一回事，而且用得最广泛的是“数控装置”。CNC时代中，“数控装置”与“数控系统”是否也是一回事？
6、在现场设备级，处于“现场设备级”的“数控设备”与“运动控制级”是否共用一根现场总线？还是二根现场总线？
7、如果共用一根现场总线，将工厂自动化信息网络发展为四级有何意义？
8、如果共用一根现场总线，将产生什么新问题？如果是二根现场总线，又将产生什么新问题？
9、从工厂自动化信息管理来说，数控机床显然划入现场设备之列，如果将数控机床比喻为人，“运动控制级”则指的是如何控制和管理手与脚的问题。“控制和管理人”与“控制和管理手与脚”有何区别？
本人坦诚没有搞过伺服，78年离开数控，现在又回来，且接触的圈子小，特别是对京城中的“运动控制级”业界高手茫然无知。对于上述问题，本人如果信口开河，倒是真给“通讯网”先生鄙视“冒充专家”以铁证了。“波恩”，你说，这算不算难为我？
有一点需要指出的是“野夫”先生引用的国标《GB/T 18759.3-2009•机械电气设备•开放式数控系统•第3部分：总线接口与通信协议》并非出自与“数控系统现场总线技术标准联盟”和“数控系统标委会”有关的成员企业。《GB/T 18759.3-2009》出自全国机械电气与安全标委会（TC231），该标准送审的时候，数控标委会和数控总线联盟尚未成立。
个人看法，《GB/T 18759.3-2009》没有任何实质性意义。
至于装置和设备的区别，恐怕又要考据了，中文是一个不大适用于科学的语言，这也许是由于中文的高度发展，丢弃了西文中类似于“格”和“时态”等太多限定。如果借用CIP基于CAN的两种总线来进行区别的话，Device Net的应用层次更底层一些，而Control Net的应用层次则要略高，从这一点看，Device Net应该用于现场装置间的互联，属于工厂自动化信息网络的场设备级，Control Net则用于现场设备间的互联，属于工厂自动化信息网络车间监控级，现场设备中应该包含有现场装置。
至于工厂自动化信息网络的工厂管理级，个人以为从国内的CIMS（国外只有CIM）大玩具来看，主体网络应该还是构架以太网的内部局域网。
从施耐德的透明工厂概念看，施耐德是想通过Modbus TCP实现工厂管理级、车间监控级、现场设备级这三层工厂自动化信息网络的一网到底，同时兼容以太网的标准帧，向广域网有权限开放，最终实现可全球化访问、监控和维护升级的工厂自动化信息网络。
至于有没有运动控制级，或者是不是需要在现场设备级网络之下再设一级运动控制级网络，个人观点：完全没有必要！目前的现场总线协议基本上都会兼顾运动控制需求，无论是基于RS485或者CAN bus底层的profibus，Device Net，CANopen，Modbus，还是基于以太网物理层的Profinet (IRT)，Ethernet/IP (CIP Motion)，Powerlink，EtherCAT，SERCOS III等等，都兼顾了数字I/O，模拟I/O，运动控制需求，而且从控制逻辑的角度看，轴控和运动也可以归入或者统一于逻辑，这一点从PLCopen组织的Motion子部的定义中也可以得到佐证。
因此，只要在控制逻辑的规划中，实现轴控与I/O在逻辑级的统一，就没有必要把运控与I/O割裂开来，而这一点恰恰是国内数控和运控行业的软肋长期以来的习惯，更客观地讲国内数控企业不熟悉PLC逻辑，可能是问题的根源，因为不熟悉也就无法在逻辑级实现统一。
波恩先生的意思是，NC发展为CNC是微计算机发展的必然结果。而本人的意思是，NC发展为CNC是被计算机化，因而是历史造成的。
波恩先生的另一句话，本人改为“现有数控最本质东西还是插补和轨迹规划等数控功能软件”。波恩先生认为，“有一定道理”。窃以为，其中“现有”二字的框定则有本质意义！因为这涉及数控的本质问题。
波恩先生对凯奇公司陈虎先生“数控技术崛起中的反遏制和技术对抗”一文极为赞赏，本人亦然。陈虎先生此文是一篇具有极高学术水平因之可称为真正的综述论文，可列为现有数控技术论文集的开篇之作。
数控系统以控制机械系统之间的确定性运动关系以及辅助装置的逻辑控制为目标。前者就是所谓运动控制，后者归于PLC，即可编程序逻辑控制。
早期的数控系统称为NC （Numerical Control），在我国一般称为“数控装置”，采用数字逻辑电路实现运动控制，其逻辑控制则采用二极管矩阵（即PLC的祖宗，顺序控制器）与继电器的混合物予以实现。这时的“数控装置”只是一种专用的数字逻辑控制器。历经了电子管时代、晶体管时代和中小规模集成电路时代之后，数控装置面临七十年代的巨大变革。
七十年代初，芯片技术取得革命性进展，1971年1月是其标志。当是时，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一枚4位微处理器芯片Intel 4004，霍夫因之被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。伴随着芯片技术的进展，数控技术迈入了计算机数字控制时代，即通常所说的CNC时代（computer numerical control，窃以为，computer digital control可能更贴切一点），“数控装置”遂成“数控系统”。NC发展为CNC，从而被计算机化。
（改正若干病句）
陈虎是业内不可多得的数控帅才，不仅精于单元技术和技术体系的规划，而且对数控软件工程化开发和技术管理颇具想法和实践经验，目前并不在凯奇。
从“野夫”对“NC发展为CNC是微计算机发展的必然结果”和“NC发展为CNC是被计算机化”以及用“现有”对“数控最本质东西还是插补和轨迹规划等数控功能软件”的辨析来看，算是本人首次与“野夫”在技术观点上趋于一致了。
关于数控中的运动（下面代之以数控）与逻辑（PLC）的关系，早期在西门子和发那科之间曾有过争论，西门子认为数控附属于PLC，发那科则认为在数控系统中PLC应附属于数控，这种争论其实也很容易理解，毕竟西门子是由控制逻辑走向数控，而发那科以上来就搞的数控，所以发那科称数控的PLC为PMC。然而数控技术发展到上世纪90年代后期之后，这两大主流数控系统供应商的数控在技术体系上渐渐趋同，虽然发那科还是坚持着PMC的名称，但轴控已然越来越多地融入在逻辑体系之中。而且两大企业的高端控制器平台也无一例外地走x86＋Windows的wintel体系。
在此期间，本人啃过FANUC220的逻辑图。这是富士通已淘汰的小规模TTL集成电路轮廓控制数控装置。说是啃，那是因为没有任何文字说明，且与、或、触发器均用方块图表之，本人思之乃计算机绘图之便也。由此，对于日人在细微处作风之严谨规范留下深刻印象。
在此期间，对于delay，本人得到了深刻的感性认识，就TTL逻辑电路而言，控制信息只差一级门的延迟便可能产生极为严重的竞争。这是本人的重要经验，因为，对于delay的影响，由此建立了量的概念。
在此期间，国内天南地北的许多名牌大学的计算机系都到本人单位开门办学。顺便指出，国内许多名牌大学的计算机系均从WEDM 起家，因而，WEDM算是我国数控业与计算机业的双重元熏，这可算是真正的中国特色。
76年后，本人正式转入计算机。70年代后期，借国家计委重点项目之机，本人用微程序方法，采用国产小规模TTL集成电路与国内试制的“准”中规模TTL集成电路，开发了仿某8位微处理器的“处理器”。
80年代中期，本人帮数控业的朋友解决过单片机数控的一些小问题，感觉是就那么点东西，不足为道。本世纪初，大约在2005年，有朋友希望本人对数控顾问顾问，才返回数控。当然，首先还是以书为师，追根溯源，看了几本2000年以后出版的书以及大约500篇以上的论文，包括一些所谓的“论文”。结合个人经验，本人的感受是，现有数控技术的发展方向有问题。
- 伺服电机定位精度、指令脉冲当...
[6706] - Windows系统下的实时性问题[8045]
- 伺服电机的几种制动方式分析[10847]
- 如何实现精确定位[5899]
- 请教:伺服电机在速度控制模式...[10510]
- 步进电机驱动器电源指示灯亮...[15632]
- 请教;步进电机驱动器的作用[6746]
- 关于伺服电机和步进电机的28...[10916]
- 请教高手，伺服参数自整定？[9448]
- 如何判断步进电机的好坏？[6001]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
