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完全基于 PC 的运动控制系统 在一个运动控制系统中，“上位控制”和“执行机构”是举足轻重的两个组成部分。“执 行机构”部分一般不外乎：步进电机、伺服电机、直流电机等。它们作为执行机构，带动机 械元件动作，我们称之为“ 四肢” ；“上位控制”单元的方案主要有这几种：单片机系统、专 业运动控制PLC、PC+运动控制卡，专用控制系统和完全基于PC 的运动控制系统。“上位 控制”是“指挥”执行机构动作的，我们也称之为“大脑”。以下，我们将分述系统中的“大 脑”中的各个部分，并详尽地论述“完全基于PC 的运动控制”方案。 一、用单片机系统来实现运动控制 此系统由单片机芯片、外围扩展芯片以及通过搭建外围电路组成。在 “位置控制”方式 时，通过单片机的I/O 口发数字脉冲信号来控制执行机构行走；“速度控制”方式时，需加 D/A 转换模块输出模拟量信号达到控制。此方案的优点在于成本较低。但由于一般单片机I/O 口产生脉冲频率不高，对于分辨率高的执行机构，尤其是对于控制伺服电机来说，存在速度 达不到、控制精度受限等缺点。 二、采用专业运动控制PLC来实现运动控制 目前，许多品牌的PLC 都可选配定位控制模块。有些PLC 的CPU 单元本身就具有运 动控制功能，包括脉冲输出功能，模拟量输出等等。使用这种PLC 来做运动控制系统的上 位控制时，可以同时利用PLC 的I/O 口功能，可谓一举两得。由于PLC 的工作方式 （循环 扫描）决定了它作为上位控制的实时性能不是很高，要受PLC 每步扫描时间的限制，而且 控制执行机构进行复杂轨迹的动作就不太容易实现。虽说有的PLC 已经有直线插补和圆弧 插补功能，但由于其本身的脉冲输出频率也是有限的 （一般为10K~100K），对于诸如伺服 电机高速高精度多轴联动和高速插补等动作，它实现起来仍然较为困难。这种方案主要适用 于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料设备、自动焊机等。 三、采用专用数控系统作为上位控制 专用的数控系统一般都是针对专用设备或专用行业而设计开发生产的，像专用车床数控 系统、铣床数控系统、切割机数控系统等等。它集成了计算机的核心部件、输入/输出外围 设备以及为专门应用而开发的软件。在这方面，国外知名品牌的产品在我国制造行业中早已 占据领地，如西门子、法那克、法格、海宝等等。当然，之所以这种专用数控系统能够大规 模广泛地得以采用，是因为其功能丰富，性能稳定可靠。但为之付出的代价就是高成本。因 此，专用数控系统主要适用于控制要求较高且产品档次较高的数控设备生产厂家和使用者。 四、采用PC+运动控制卡作为上位控制的方案 1 随着PC （Personal Computer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制的 方案将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过 程、运动轨迹都比较复杂，且柔性较强的机器和设备。适用于控制步进电机。伺服卡的脉冲 输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。 五、完全基于PC 的运动控制系统 完全基于PC 的运动控制系统是指仅使用PC 中的CPU 而不借助外部的控制器来控制 伺服驱动器的系统平台。PC 中的CPU 处理所有运动控制的信号和运算，而连接PC 和伺 服驱动器的接口卡只是一种用来传递信号的现场总线卡，如SERCOS、Profibus、CANopen 卡。Beckhoff 公司的TwinCAT NC－PTP、NCI、CNC 提供了一种纯粹基于PC 的软件解 决方案，提供完整的运动控制功能，包括用于复杂运动要求的高端系统。功能强大、不断发 展的PC 平台和TwinCAT 实时内核可靠的实时能力一同为运动控制软件提供了坚实的基础。 TwinCAT NC PTP——点到点轴定位 基于PC的位置控制 TwinCAT NC PTP包括轴定位软件（设定值生成、位置控制）、一个带有 NC 接口的 集成软 PLC 、用于调试的操作程序和一个通过各种总线与轴连接的 I/O 接口。TwinCAT NC PTP取代了传统的定位模块和NC控制器。 基于PC的NC PTP软件 位置控制器通常在PC处理器上进行计算，并通过总线与驱动器和测量系统交换数据。 PC与 PLC一样，能够使轴运动。使用PC可以轻松地对几十个轴同时进行定位。 轴结构 Twi