下面是一个普通的包装产线的动画，用它来解释运动控制。
package line example包装产线是运动控制非常常见的应用领域。观看了这个视频之后，您应该大概知道它的工作原理了，在解剖这个长线之前，我们一起看下运动控制的专业释义。
运动控制，Motion Control。通过对机械运动部件的位置，力矩，速度，加速度等进行实时的控制管理，使各个运动部件协同的按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动，以达到高精度，低延时的自动控制的目的。运动控制是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。可以说，运动控制技术是工业制造领域应用广泛并且高端的技术。
回到我们这个案例中，将这条产线的解剖如下：
传送带（右边橙色方框框出部分）
包含两个轴，两个外部编码器
一个轴驱动传送带从右向左运动，与它配对的一个外部编码器用于检测伺服电机是否运动到了右侧限位处。
另一个轴驱动传送带从外向里运动，与它配对的另一个外部编码器用于检测伺服电机是否运动到了里面限位处。
码垛机（中间橙色方框框出部分）
2个轴控制机械手臂的水平方向的伸缩
一个凸轮用于控制机械手臂的上下移动，注意观察码垛机上下运动方式，您可以大概了解什么是凸轮以及它的功能。
包装线（左边橙色方框框出部分）
包装机包含的运动控制部件较多，这里列举比较重要的几部分。
3个轴用于组件的速度控制
2个轴用于组件的位置控制
1个齿轮轴
6个凸轮
......
产线运行时，待包装产品被传送带运至码垛机下方，码垛机将产品拿起放到包装线一侧，之后包装线对产品进行包装，包装完成的产品从包装线右侧送出。
在这个案例里，您看到了一条包装产线包含许多电机，凸轮等设备，在运动控制中，这类负责执行某一动作的设备被称之为执行器，伺服电机是用的较多的一类执行器。
可以这么说，执行器就相当于人体中的肌肉，肌肉的伸缩会输出力量，肌肉伸缩的快慢和强弱，输出的力量也不一样。但是，即使是最简单的弯曲手指的动作，也需要大脑，神经系统和手指肌肉的完美配合才能完成，神经系统负责接收翻译大脑的指令，之后快速将指令给传达给肌肉，驱动肌肉伸缩，并将肌肉伸缩的情况传达给大脑。因此，神经系统就相当于运动控制中的驱动器，大脑就相当于运动控制技术中的控制器，同时，遍布全身的感觉器官就相当于运动控制技术中的反馈传感器。
希望上面这样的比喻能让您明白运动控制系统的大致轮廓。 总结起来讲，一个常见的运动控制系统包含4部分：
1. 控制器。用以生成轨迹点，即期望输出。
2. 驱动器。用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号，输出给执行器。
3. 执行器。如液压泵、气缸、线性执行机或电机，用以输出运动。
4. 反馈传感器。案例中的外部编码器就是一种常见的反馈传感器，传感器将执行器的位置，速度，力矩等信号反馈给控制器或驱动器，以实现闭环控制。其他常见的传感器有光电编码器、旋转变压器或霍尔效应设备等。
正所谓"天下武功，唯快不破"，对于运动控制，这个说法也成立。衡量运动控制系统的一个很重要指标就是响应速度。除了响应速度之外，还有下面一些重要的参数，也关乎产品质量和生产效率：
- 控制器支持的轴的数量以及多轴联动，协同工作的性能。多轴联动，协同工作就好比武侠世界里面的"左右互博术"，是高端精妙的技术。
2. 多轴插补、连续插补的精度。在数控机床，磨具雕刻，平面切割等产品中，轴或者刀具的运行轨迹曲线和速度变化往往比较复杂，这要求轨迹曲线要足够平滑，加工速度波动尽可能小，速度变化的拐点要平滑过渡，要求运动控制器有速度前瞻和连续插补的功能。
3. 灵活性和可扩展性。灵活性包括集成的接口，处理的信号种类，改造和升级的难度等，可扩展性包含扩展支持更多的轴，模块等。
4. 当然，对任何系统都适用的如安全性，可用性，稳定性等，对运动控制系统也同等重要。
运动控制在工业自动化领域应用非常广泛，几乎每一个自动化平台以及高端装备都得到了广泛的应用。
许多对机械和自动化感兴趣的同学很可能看过下面这样的视频。
SIEMENS CNC这是一段使用西门子数控机床加工金属零部件的视频，运动控制技术在数控机床产品中的应用更为高端，也更复杂。高端数控机床体现了一个企业甚至一个国家的综合实力，看过类似《大国重器》或《超级装备》这些节目的同学可能知道，加工高精度零部件，如航空发动机的大尺寸风扇和高压涡轮，就需要顶级的数控机床。
目前中国正在大力推进"中国制造2025"这一宏伟战略，这个战略特别强调了要在高端设备，尤其是高档数控机床领域取得突破（《中国制造2025计划》第6章第2节），这说明高端设备对我们国家工业发展有多么重要，同时也反应了发展高端设备的紧迫性，相信从事机械和自动化行业的同学对此一定深有感触吧。
国内做运动控制的厂家不少，深圳众为兴是一个代表型的企业。他们的运动控制卡种类繁多，有普及型，高性能型，总线型等。深圳正运动是另外一家做运动控制的企业，他们也推出了一系列的运动控制产品。
但结合全球自动化行业来看，西门子是一个技术实力雄厚的大玩家。无论是"一带一路"还是"中国制造2025"，西门子都深度参与其中。
西门子运动控制解决方案
西门子在运动控制领域有完善，成熟的解决方案。西门子有两大产品系列，分别是基于SIMATIC PLC的运动控制以及西门子的高端运动控制系统SIMOTION。
熟悉PLC的同学知道，PLC是功能全面的控制器，它专为复杂的工业环境下控制数字式或者模拟式的输入输出来控制各种机械设备和生产过程，我国也在上世纪七十年代推出了自主知识产权的PLC并且在工业领域使用。
当然，PLC也可以用来做运动控制，使用西门子的PLC做运动控制也有较长的使用历史。在三峡电站的泄洪闸门控制系统中便使用了当时行业中最为先进的SIMATIC S7-400（如果想了解更多关于三峡电站的泄洪闸门控制系统的信息，请参考陈忠华教授的文章《三峡大坝泄洪工程介绍》）。作为全能型产品，使用PLC做简单的运动控制具备成本低，维护容易等优点，在中低端运动控制场景比较受欢迎，常见的使用场景有工厂的简单的包装产线，装配工业等等。
使用PLC作为运动控制器较难满足复杂运动控制的场景。在快速反应，多轴协同，轨迹生成和运动插补方面，往往使用专用的运动控制系统。例如大家经常看到的多轴联动加工设备，以及高端数控机床等场景，在这方面，西门子的SIMOTION运动控制产品系列，具备较大的优势，这也是本文重点介绍部分。
运动控制系统SIMOTION
SIMOTION全称Siemens Industry Motion，即西门子工业自动化运动控制。SIMOTION运动控制系统在高端工业自动化的各个领域皆有面向全生命周期的解决方案。
- SIMOTION D 硬件平台
SIMOTION D是西门子响应性能最高的高端运动控制器。通过跟SINAMICS驱动器集成，一个控制器可以最多控制128个轴，最小循环时间达到0.125毫秒。SIMOTION D和SINAMICS的集成，实现了运动控制，工业和PLC的所有功能。具备循环频率高，产品质量可重复，成本节约可观，控制柜内的空间要求较低，并且可在恶劣运行条件下使用，如高温，含有有害其他的环境中运行等。非常适合分布式或者模块化自动化解决方案，尤其针对复杂机器需要时间苛刻的多轴同步。许多高端运动控制场景采用了这种集成方式，例如文章开头介绍的热压机案例。
- SIMOTION C 硬件平台
SIMOTION C控制器是西门子模块化水平最高的高端运动控制系统，最多可以支持32个轴协同运行。SIMATIC S7-300 PLC产品线中的 I/O 模块可添加到 SIMOTION C，对集成的板载I/O 加以补充。SIMATIC S7-300 PLC的模块化设计让基于 PLC 的运动控制系统极为灵活。由于具备多种可能的接口，SIMOTION C 可集成在各种方案中。基于 PLC 的系统可处理各种信号，还可以管理高端运动控制功能，如路径插补和分布式同步。SIMOTION C 控制器提供了模拟量、数字量、步进驱动器和液压驱动器接口以及 PROFINET、PROFIBUS 和工业以太网接口，连接方式多种多样。
SIMOTION C控制器具有三个型号，分别为C230-2,C240,C240PN,其中C240PN带Profinet接口，支持Profinet IRT通信，可能有些同学不是特别了解基于PLC的运动控制系统如何组态，下图给出了一种可能。
- SIMOTION P 硬件平台
SIMOTION P工业PC是西门子最坚固耐用的高端运动控制系统，灵活开放，性能卓越，故障率接近于零是它的突出特点，跟SIMOTION P一样，它最多支持128个轴。它具有丰富的 PLC 和运动控制功能，SIMOTION P 适合广泛的应用，而且采用开放式 Windows 操作系统，易于集成。它的PROFINET IRT 的循环时间为 0.250 ms，性能十分出众，适用于具有极高性能要求的应用，例如，采用高动态位置和压力控制回路的液压应用。
SIMOTION P分为标准型和嵌入型。标准型配有强大的 Intel Core i7 处理器，它通过高速计算能力（无风扇）来确保最高性能。由于采用 Windows 7 Ultimate 操作系统，便于集成到新环境以及现有环境中。一个高速内置固态硬盘提供存储功能。超紧凑嵌入型 SIMOTION P 采用强大的 Intel Core i3 处理器，并且无风扇运行。借助于 Windows Embedded Standard 7 操作系统，它可与其所在环境理想连接。该嵌入型运动控制系统采用内置的 CFast 存储介质，可以在没有屏幕的方式下使用。
- 博途（TIA portal）软件平台
接触过西门子自动化平台的同学多少有些了解博途（TIA portal），它是一款采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件。博途满足工程组态和运行系统功能方面的极高要求。 可扩展的运行系统确保为所有机械工程任务提供正确功能。 PLC 功能、执行系统、工艺和开放架构的软件包以及功能库的组合提供了独一无二的功能性。 在组态、编程、测试或调试方面，所有任务都具备大量的图形化支持。
如果想了解更多关于西门子运动控制系统，请访问西门子运动控制主页：https://new.siemens.com/cn/zh/products/automation/systems/motion-control.html
动手搭建自己的运动控制平台
下面作者给对运动控制感兴趣的同学提供一些搭建运动控制平台的方案。
- 方案1：SIMATIC S7-200 SMART PLC
200 SMART是西门子低端PLC的代表，性价比极高，在中低端自动化市场占有率相当高，据作者了解，有个加拿大客户使用200 SMART PLC搭建了长达40公里的采矿平台。您可花费不到700块钱就能买到具有3个运动控制轴的PLC，具体型号为ST20，您可以在电商平台购买到，同时200 SMART的组态软件是免费的！
- 方案2：开源硬件
对开源硬件熟悉的同学，可以从电商平台购买各式开发板打造自己的运动控制平台，这里我给大家一些选购建议。
1. STM32F4开发板或者F407工控板，他的扩展性很强并且还有大量视频教程。
2. EdgeBox-RPI树莓派是一款使用树莓派3核心板设计的工业控制器。性能强劲，集成常见工业通讯接口和协议是它的优点。国外有厂商就采用它做了许多工业控制器。
本文由西门子工程师撰文回答，希望对题主和关注这个话题的知友们提供帮助
西门子工业自动化产品（成都）有限公司
嵌入式软件工程师 肖年俊
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来源：知乎 www.zhihu.com
作者：西门子中国
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