民族伺服产业接口互联技术Word文档格式.docx
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上述因素综合在一起，共同促就了国内伺服产业在短短的不足十年时间里实现了从起步到全面扩展的展态势。
近些年来，不甘寂寞的国内工业自动化相关企业已开始纷纷投入到伺服驱动器产品的研发和生产中来，比如数控系统企业中的华中数控、广州数控、航天数控、上海开通、圣维数控、大连光洋等，电机和驱动企业中的华大电机、登奇电机、珠海运控、和利时电机、南京埃斯顿、桂林星辰、东元等，运动控制相关企业中的深圳众为兴、深圳步进等，乃至曾几何时以变频器为龙头产品的台达、普传、汇川等都已纷纷投身伺服产业。
就如十几年前的步进驱动系统和变频驱动技术的普及和开发热潮一样，国内伺服技术开发和自有品牌的伺服产品已大有星火燎原之势。
2.现状：
民族伺服接口技术裹足不前
如前所述，以广数、华大电机为代表的民族数控和伺服厂商以其经济型（低端）战略已经成功地在中国伺服市场占领了一席之地，然而在中高端伺服市场，尚没有可以在性能和功能上足以和欧美日中高端伺服产品一较高下的民族伺服产品，因此目前国内伺服产业的繁荣至多也只不过是在“后步进”时代的低端通用伺服技术泛滥的结果，民族伺服产业的内部竞争态势就“红海”和“蓝海”而言大概也只在一线之间，业内厂家还没有足够的勇气和底气令国内伺服市场不再是国外企业的蓝海，尤其是中高端伺服市场，国人仍旧处于可望而不可及的境地，任由大把的银子被国外中高端伺服产品毫不留情地以高价格赚走。
难道国人就只能一方面在低端伺服市场拼得你死我活、杀得头破血流，另一方面却要眼睁睁地看着外国人毫不费力地在中高端伺服市场赚得盆满钵满，满载而归吗？
我们就不能把战火延伸到中高端伺服市场，乃至烧到外国人的老家吗？
！
情绪的宣泄往往和事实之间存在着巨大的差异，国内伺服技术是继续走低端替代之路呢？
还是向中高端有所突破？
这不仅仅是从事该行业的技术人员的困惑和心痛，也是该行业企业领导人的痛苦抉择。
毕竟做高端不是那么容易，资金投入，技术来源，人力资源，采购供应，制造保障，市场声誉，营销成本等等都将制约走向中高端之路，因此走向中高端，虽然是伺服业界技术人员的梦想，却也是伺服业界决策人员的雷池。
总之，继续走低端还是开始迈向中高端，这是国内伺服相关产业发展到今天不得不面临的一个两难局面。
就国内伺服的接口技术而言，之所以长期裹足不前，几乎始终固守于脉冲串接口，其实存在着一些历史的和系统的必然因素：
1）仿制和替代的需求
国人在工业技术上的落后和缺乏创新能力是长期以来不争的事实，然而又不甘于受制于人，眼瞅着大把的利润被外国人拿走，因而当国人的技术能力和认识水平足以仿制一款进口产品时，就会纷至踏来，竞相模仿，始于上世纪90年代中期的步进热潮，变频热潮就是很好的例证。
近十年来，随着电机技术，控制算法，DSP，电力电子技术日益为国人所掌握和领会，做伺服已经不再是象牙塔中阳春白雪的研究，而是国人可以普遍为之的、有利可图之的产业，因而就做起来了。
不过，由于是初级阶段，加之又多年深受近邻日本有意无意的影响，日系低端通用伺服产品早已被国人用惯了，所以本着替代日系低端通用伺服产品和抢占市场的目标，仿制也就成了必然之举。
2）市场现实和技术惯性的需求
由于日系低端通用伺服产品在国内的使用和影响已然根深蒂固，而且国人早已习惯于在步进电机时代使用脉冲接口形式，因此采用步进接口不仅简单，而且可以直接替代步进电机，提升产品档次，改善产品技术形象。
我们不妨可以称这种广泛采用脉冲接口技术的简易伺服技术为“后步进时代”的低端伺服技术。
以国内数控系统的演进历史来说，本来引进的FANUC3系统是以模拟接口实现全闭环控制，到了Kxx手里，却逐步演化成了步进电机接口，乃至如今的脉冲伺服接口；
还有引进的FANUC6系统，变为Gxx的98x后，起初也不用脉冲接口，可是仍有用户要求使用脉冲接口，于是就只能补上个脉冲接口，只是可惜了FANUC6应有的性能。
3）技术能力使然
目前仍旧是国内伺服技术的初级阶段，因而还存在技术能力上的问题。
伺服和电机本身的技术能力可能还不足以支撑一个高性能的伺服产品体系，因而即便是配上高性能的总线，也会不免显得有些多余和滑稽。
而且国人对总线技术的认识和掌握能力也有限，况且总线化不仅仅是伺服的问题，上位的控制系统也得总线化，可是国产数控系统目前连全闭环都懒得做，广义运控系统也还远不成气候，眼下哪儿还会顾及总线问题？
所以说技术能力是一个涉及系统化的问题和难题，也就是说，伺服的总线化，应与系统的总线化同步推行，方有市场价值，这个推行过程本身也将是国人技术认识水平和产业能力提升的过程。
3.国外：
总线化伺服接口技术战火正酣
早在国人还醉心于仿制脉冲串接口的日系低端通用伺服产品之前，欧美日的中高端伺服技术体系就已经纷纷摆脱了通过模拟接口进行高精度速度和电流控制或者结合上位控制器进行位置全闭环控制的传统模式，走上了通过同步化串行总线技术进行分布式智能驱动的道路。
根据总线传输所依赖的物理介质的不同，大致可以分为以下几类：
1）基于RS-485和线驱动技术的串行总线技术
CANopen是相对中立的Cia组织公布的一整套协议，其中包括和运动控制有关的伺服通讯协议，在欧美中低端伺服产品应用广泛，不足之处在于基于CAN总线协议，属事件触发型总线，不具备严格的时间同步机制。
其优势在于目前很多DSP和MCU上都集成有CAN总线控制器接口。
DeviceNet是以Rockwell为主要发起人的ODVA组织在CAN总线基础上开发的一套包括伺服控制的通讯协议，与CANopen类似，由于是基于CAN总线协议，也属余事件触发型总线，不具备严格的时间同步机制，在欧美日中低端伺服产品中应用非常广泛。
ProfibusDP是Siemens公司特有的Profibus总线技术中的一种类型，具备一定能力的软实时同步触发机制，在伺服接口技术中有较多应用，但影响力远不及Profibua本身，这可能源于其不上不下的性能和相对较高的技术复杂度和实现成本。
三菱公司特有的SSCNETII，安川公司发起的MECHATROLINK-II，等专用于伺服接口的串行总线技术也基于RS-485，而且从协议机制上都具备较好的时间同步能力，但是SSCNETII并非开放式协议，MECHATROLINK-II的技术影响力也颇为有限。
Siemens公司的840和810中高端数控系统中与伺服互联有关的总线也是基于RS-485的某种实时总线技术，可能未必是纯粹的串行总线，而且也公开，不过已经使用了十几年之久了，也不愧为一种不为人知的经典的基于RS-485的总线技术。
研华公司特有的AMONet也是一种基于RS-485的用于多伺服连接的串行总线协议，不过目前仅仅是研华用于连接低端通用的一种内部协议，尚未见伺服厂家直接集成使用。
此外Schneider公司发起的Modbus，三菱公司发起的CCLink等基于RS-485的现场总线也多少具备一些伺服通讯能力，但并非主要目标，也不是主流应用。
最后，值得一提的是TTP技术，即时间触发协议（TimeTriggedProtocal），以及由TTP技术派生的TTCAN，FlexRay等基于RS-485或线驱动技术的时间触发的串行总线技术已具备非常优秀的等时同步能力，不过目前尚未见到相关技术在伺服产品中的大规模应用。
2）基于光纤的高速串行总线技术
FANUC公司数控内部专用的FSSB高速光纤总线是一种非常典型的光纤环网高速串行总线，虽然其报文结构和同步能力不公开，但根据FANUC数控系统的多轴同步控制能力估计，FFSB应该是一条数据传输率和等时同步能力都很不错的高速同步总线，其连接拓扑结构是以双联光纤接头将两根并行光纤由控制器端的一出一入接至驱动器，再由驱动器中继后，转接至下一驱动器，最后一个驱动器的中继转接端口甩空，以此构建了一个由控制器到驱动器的光纤环网。
SERCOS总线是以Rexroth公司为主要发起人的一种基于光纤的开放式伺服串行接口总线标准，SERCOS总线的诞生的初衷是为了打破控制器的寡头垄断地位，因此Siemens公司在作为发起人之一，参与了几年之后，便抽身退出了。
SERCOS总线1989年亮相，1991年成为欧洲标准，1995年成为国际标准，2001年成为中国国家标准。
SERCOSII采用可见的红光波长，控制器端的光波输出由光纤接至驱动器的光电输入，经电气转接和逻辑中继后，再由光纤接至下一驱动器，最后一个驱动器的输出由光纤接至控制器的输入，由此构成一个非冗余的光纤环网。
SERCOSs，而且拥有非常完备的伺服通讯和应用层协议体系，可以称作伺服串行接口总线的典范，一经退出便倍受国际伺服厂商的支持和青睐，只是SERCOS接口的实现成本和开销较大，因此也多少限制的SERCOS推广，也未必能够为国内目前普遍采用的单芯片DSP系统平台的资源能力和国内伺服产业现有开发力量及组织模式所支持。
s等时同步间隔，同步抖动优于1II可以达到最高16Mbps的传输率和最小62.5
SSCNETIII总线是三菱公司SSCNETII的升级版，物理层媒介由RS-485转为速度更高、抗干扰能力更强的光纤，传输速率高达50Mbps，最小同步间隔0.44ms，可同步传输指令数据和32位绝对式反馈信息。
MACRO总线虽然已是昨日黄花，不过在适用于运动控制的串行光纤总线的发展历史中还是值得一提的元老派，MACRO由PMAC运动控制卡的制造商DeltaTau公司提出的一种传输速率不低的串行光纤总线，囿于非开放性等因素，其应用面始终限于DeltaTau自身的产品体系。
3）基于实时工业以太网的高速串行总线技术
EthernetPOWERLINK可能是最早完成实用化的适用于运动控制的实时工业以太网高速串行总线，EthernetPOWERLINK最初由B&
R公司提出，后发起成立了EPSG开放式标准化组织，负责该技术的发展和推广工作。
EthernetPOWERLINK采用成熟的Ethernet物理层标准和IEEE-1588网络定时标准，应用层直接采用CANopen的现成协议，早期主推的网络拓扑为带交换机的星形结构，也可以采用环网冗余拓扑结构。
Ethernets，子站设计无需ASIC，可由ARM单片机或FPGA实现。
除BPOWERLINK同步间隔可以达到ms以下量级，同步抖动优于1&
R公司外，Baldor公司目前也在主推该技术。
s以下量级，宣称的同步抖动可以低至几十ns，主站可采用普通网卡，子站可采ASIC或FPGA。
EtherCAT是当前最具实用化意义并适用于运动控制的开放式实时工业以太网高速串行总线技术，EtherCAT最初由Beckhoff公司提出，后发起成立了ETG开放式标准化组织，负责EtherCAT开发和推广工作。
EtherCAT同样基于Ethernet物理层和IEEE-1588标准，应用层也可以采用CANopen或SERCOS的现成协议，网络拓扑为环网冗余结构。
EtherCAT的同步间隔可以达到百
SERCOSIII是Rexroth公司主导的SERCOS总线的升级版本，鉴于采用光纤媒介的原SERCOS体系较低的传输速率和较高的实现成本，以及实时工业以太网的普及趋势，SERCOSIII也最终走上了以低成本铜线传输为媒介的Ethernet物理层标准，可能是由于SERCOS技术本身具有很强的网络同步和定时能力，因而在SERCOSIII中未见IEEE-1588的踪影，SERCOSIII的站点设计为带中继的双网口结构，便于连接成环网冗余结构，而且SERCOSs，站点接口电路主推基于FPGA的IP核。
目前SERCOSs，同步抖动优于1III还允许子站间直接通讯。
SERCOSIII的同步间隔可以低至31.25III的推广是个问题，主推手大概只有Rexroth公司，过去曾积极参与SERCOS推广的Rockwell公司也正式宣布放弃对SERCOSIII的支持。
ProfinetIRT是Siemens公司在Profibus协议基础上主推的适用于运动控制的开放式实时工业以太网高速串行总线技术。
ProfinetIRT也是基于Ethernet物理层和IEEE-1588标准，声称具有很强的等时同步传输能力，但是普及程度远不及Profibus和普通Profinet，可能是源于其协议的复杂性和接口芯片的高成本，此外Siemens还在ProfinetIRT之外，又推出了另一个基于实时工业以太网技术的DRIVE-CLiQ内部总线，专用于Siemens自己的控制器和驱动器产品线之间的内部互联，DRIVE-CLiQ的推出，已然将ProfinetIRT的应用推向了控制器级的上层应用，并有效地封闭了的驱动器产品线的接口，使得ProfinetIRT的开放性无法深入到这个层面，从另一个侧面保护了Siemens自己的利益。
CIPMotion由Rockwell公司主导的ODVA组织主推的Ethernet/IP开放式实时工业以太网高速串行总线技术中专用于运动控制的一个子集，CIPMotion也是基于Ethernet物理层和IEEE-1588标准，也具有很强的等时同步传输能力，因而Rockwell公司已正式宣布在未来的产品线虽然会维持对原SERCOS技术的支持，但是将彻底放弃对SERCOSIII的支持，并全面转向自己的CIPMotion和Ethernet/IP体系。
10V模拟接口和位置反馈接口，因而SynqNet非常强调多轴间位置反馈的采样同步和速度指令的刷新同步，因而在某种意义上，SynqNet并非一个完整的运动控制总线，当然SynqNet也具备网络初始化和节点配置等功能。
SynqNet采用环形冗余的网络拓扑结构，站点接口电路推荐使用基于FPGA的IP核。
SynqNet是Danaher公司推出的基于实时工业以太网物理层的一种高性能数字运动控制网络，其初衷是在由上位控制器和速度伺服实现高性能位置闭环控制的经典位置控制系统中，由单一网络取代的传统的
此外安川公司主导的MECHATROLINK标准化组织也已经将采用RS-485物理层MECHATROLINK-II总线升级为采用实时工业以太网物理层的MECHATROLINK-III，数据传输率由10M提升为100M；
Heidenhain也在其控制器产品中采用了自有的基于实时工业以太网物理层的HSCI串行控制接口，以单一总线统一了控制器到驱动器、数字I/O、乃至操作面板的所有接口。
以上列举了一些适用于伺服接口的串行现场总线接口技术，纵观这些技术的现状和发展趋势，我们不难发现如下一些特点：
1）种类繁多，各自为政
现场总线国际标准IEC61158历经四版发展今天，不仅未能统一现场总线间的开放性和互操作性，而且越来越多的公司纷纷推出其各自的现场总线技术，使得该标准目前收录的现场总线技术总数已高达20种之多，俨然成了大杂烩。
此外，还有众多未列入标准目录的公开或非公开的现场总线技术，以及基于消费类串行总线IEEE1394和USB的一些振动控制总线等，真可谓天下大乱，群雄纷争了。
2）高速化、以太网化
从SERCOS到SERCOSIII，Profibus到Profinet，DeviceNet到CIPMotion，Modbus到ModbusTCP，SSCNET到SSCNETIII，MECHATROLINK到MECHATROLINK-III等等，无不经历着速度和物理层媒介的升级，再加上EthernetPowerlink，EtherCAT，SynqNet，HSCI等基于实时以太网的高速串行同步总线的问世，实时以太网技术已然成为运动控制器和伺服驱动器之间的分布式串行同步接口的技术发展方向。
3）网络定时技术和IEEE-1588标准的广泛采用
EthernetPowerlink，EtherCAT，ProfinetIRT，CIPMotion等实时以太网的高速串行同步总线无一例外都采用了IEEE-1588网络定时标准，甚至以时间触发机制著称的TTP协议的实时以太网升级版本TTEthernet都转而采用了IEEE-1588网络定时标准。
此外SERCOSIII，SynqNet，SSCNETIII，MECHATROLINK-III，FSSB，HSCI等等也都有各自的延时侦测和补偿功能，以及相应的网络定时和网络同步功能。
4）标准间的相互融合和借鉴
虽说面市的串行总线标准越来越多，但标准之间的相互融合和相互借鉴也是大势所趋。
比如EthernetPowerlink在应用层协议方面对CANopen的融合，EtherCAT在应用层协议方面对SERCOS和CANopen的融合，Profinet在I/O接入协议方面对Interbus的融合，IEEE1394自动化协议对CANopen的融合等等。
5）国际大厂间的合作
ModbusTCP与Ethernet/IP的全面合作引发的国际工业自动化大厂Rockwell和Schneider与国际网络设备供应大鳄Cisco之间的合作，以及国际FPGA领域大厂Xilinx，Altera，Lattice以及众多IP供应商与实时以太网高速串行同步总线主流供应商之间的合作，都将极大地促进实时以太网高速串行同步总线技术的发展和普及。
4.曙光：
国内总线化伺服接口技术未雨绸缪
民族伺服产品绝不能停留在“后步进时代”的脉冲接口上裹足不前，民族伺服产业也绝不能因为分到了一点点日系低端通用伺服的替代市场就满心欢喜、怡然自得。
还是看看我们的近邻日本，当采用脉冲接口的日系和仿日系低端通用伺服充斥于中国市场，贻害于中国的工业自动化行业的时候，其实日本人早已发展到了以FSSB、MECHATROLINK-III、SSCNETIII等串行实时总线进行中高端运动控制和伺服互联的水平，看看FANUC、三菱和大隈、Mazak的数控系统，瞧瞧三菱和安川的中高端运动控制产品，有哪个还在继续使用脉冲接口？
因此，早日走出脉冲接口一统天下的阴霾是提升民族伺服产品档次，升级民族工业自动化产业的现实需求，国内伺服接口技术的网络化是大势所趋，是技术和市场发展的必由之路。
然而国内伺服接口到底该采用采用何种总线，这也确实是一个难题。
纵观国际伺服接口技术领域，真是群雄并起，战火正酣，既存在着RS-485，光纤和以太网的物理层媒介之争，也存在着各种总线协议和技术之争。
如前面所述，欧美日发达国家十几，二十年间冒出那么多的总线和标准，从基于RS485的CANopen、DeviceNet、ProfibusDP、MECHATROLINK、SSCNET等等，到基于以太网的Powerlink、EtherCAT、SERCOSIII、ProfinetIRT、CIPMotion、SynqNet、MECHATROLINK-III、HSCI等等，再到基于光纤的SERCOS、FSSB、SSCNETIII、MACRO等等，甚至火线（IEEE1394）和USB也加入了混战，可谓林林总总，令国人目不暇接，无所适从，其中有些还已经成了咱们的国家标准，可是对于国内产业现状又有什么指导意义和贡献呢？
国际著名工业调查和咨询公司ARC曾指出，未来的总线技术将分为平台拉动型和应用拉动型。
平台拉动型，是由那些具有行业领导地位和市场垄断能力的大公司、大集团拉动的，比如Schneider的ModBus及ModBusTCP、Siemens的Profibus及Profinet、Rockwell的DeviceNet及Ethernet/IP，这些总线技术的发展将随各自公司的产品线和行业解决方案一道推广；
应用拉动型，比如CANopen、SERCOS、PowerLink、EtherCAT等等，都是一些独具特色，具有某些独特的行业应用背景和能力的总线技术，而其始创者和发起人可能拥有某些独到技术，但未必具有行业领导能力或垄断性，这些总线的发展，将随具体应用和行业的特殊需求而动。
既然国际上的伺服接口总线现状如此混乱，而且众多业内厂家也喜欢纷纷制定自己的接口协议或标准体系，跑马圈地，加之ARC的成败论和事实标准观点，所以国人也完全没有必要抱定哪个国际标准不放，只要是有效的，就是可行的。
在这一点上，大连光洋就非常有魄力，在国内率先推出了基于工业以太网物理层的实时串行总线GLINK，该总线集运动和I/O于一身，能够以单一总线技术解决数控系统中轴单元，I/O单元和操作面板的全部连接，其体系与Heidehain公司的HSCI颇有异曲同工之妙，GLINK总线在轴单元的互联中采用环网冗余拓扑，通过配置阶段的网络延时预判和补偿，可以达到几十ns级的精细轴间同步抖动，因而目前并未使用IEEE-1588网络定时协议。
浙大中控继推出国内第一个面向过程自动化的实时工业以太网总线标准EPA，并成功进入IEC61158国际标准之后，又结合IEEE-1588标准，面向运动控制领域推出了EPA-NC标准，该标准目前还采用星形连接的网络拓扑，据称未来也可以采用环网冗余的网络拓扑。
华中数控在2007年的北京国际机床展上匆匆推出了一个基于专用Hub的星形连接和广播同步的实时以太网接口技术，仅仅时隔一年之后，就彻底摒弃了原有方案，于2008北京数控机床展上重新推出了采用环网冗余连接的实时以太网接口Ethernet-CNC，而且也能够以单一网络连接轴单元和I/O单元。
此外，沈阳高精数控早在数年前就推出了基于RS-485物理层和RJ-45接口的SSB同步串
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