自动化概念

关于集中式和分布式自动化的概念

自动化方案的分布式设计意味着分布的智能性，需要分布的控制器处理所有的过程任务。
自动化方案的集中布局意味着一个或者多个集中控制系统执行任务，并且，仅仅是网络上节点的很少的工作。
对自动化概念的选择决定了应用速度的需求。
集中的方案更趋向于来适应过程工业应用，而分布式更适应于很多驱动功能包含在内的机械自动化。
分布式方案通常达到很高的速度，使得机器更加模块化。
POWERLINK系统是一种理想的分布式自动化方案，但是，也同样可以应用到集中的控制设计中。

应用性能-集中或分散控制

一个自动化概念可以顺应集中或分散的方法,而选择取决于---是否网络需要确定性的定时，随着硬实时需求的日益增长，分布式设计更优于集中性设计，然而，换个说话，也无法绝对的割裂分布与集中概念，任何集中的概念也同时包括了分散的结构，并且所有的分布式概念也有集中的部分，基础的区别在于控制任务的扩展需要重新分配，控制器仅仅-----
，反之，分散概念将会将同时掌控整个任务，分布式意味着集中控制器将承担部分本地的数据处理，智能组件，然而，那也呼吁不同通信路由而不是..那些在集中组织的自动化方案中发现的。

分布式自动化设计：驱动控制器集成到驱动单元中（即Motion cotroller被集成到驱动器中）

两种网络结构类型的混合应该以给定的定时需求来进行平衡，要确保给予实际执行最小的可能努力。以下的理想化范例将说明为什么集中的控制概念通常对于实时性要求不高的应用是合适的选择。在过程工业应用中，它只是依赖于较低要求的确定性定时，一个自动化系统通常只是应用在监控和控制化工过程的任务，分布在各个工厂的单元传感器网络，一个集中的控制器用以响应这些由传感器传送的所有阀门开度，温度、液位和其它参数。执行器及阀必须分配由控制器在百分之一秒内给予处理。

同时控制器单元也必须处理一些的数据堵塞，在这种情况下，计算能力的需求对于网络传输速度而言是中度的，虽然如此，实时性在一些过程中仍然必要，当然，仅仅是软实时形式，允许在执行器触发和执行事件发生之间数1到10mS的延迟。一个自动化系统采用集中架构也就能够很好的满足这些应用的需求，当然，这仅仅是一个例子，由于在过程控制中越来越多的主机要求实时性，如果事件要求苛刻的实时驱动能力，例如那些在微妙级间隔的要求，必须得到控制和协调，分布式控制概念则将是一个更好的选择，这个概念仅在“分布式智能”基础上才能得以执行。

POWERLINK —— 一个理想的适应于分布式控制的结构

获得硬实时特性需要最短可能的时钟循环，如前所述，即使个别驱动器涉及到应用中，一个集中的控制器也必须发送大量的数据来实现必需的速度，POWERLINK，因此提供了一个理想的分布式自动化组件，并且具有很好的智能性，除了时钟循环周期，另外两个实时通信系统的关键特性也是期望的-交叉通信的能力及自由选择的拓扑结构必须用于建立或扩展系统。

交叉通信使得各组件之间可以直接通信而又无需通过主站设备，所有设备可以通过广播形式发送数据到网络，而同时其它节点也可以接受这些传输，在同步生产单元，例如，所有在电机上的旋转编码器跟随一个主轴编码器以简单的方式实现同步，它的好处在于节省了大量的时间，降低了对控制器的任务需求，允许更多的经济型控制器被应用。

任意的拓扑选择对于模块化的系统设计非常重要，机器的升级，扩展和增加新的安装都是可能的，或者仅仅是一个大的费用，在系统拓扑混合中，POWERLINK，换句话说，带来了无限自由的扩展而同时对实时性却毫无损伤。

由于高稳定性，POWERLINK目前广泛的应用于各个实时性要求很高的分布式控制领域，这包括机器人的同步驱动，CNC的轴控制，它可以控制世界上最快的印刷机，或者过程控制的电厂。在法国，一个20000个I/O点的系统采用了POWERLINK作为其总线系统，POWERLINK甚至被创新的应用到液压系统中，在这种情况下，虽然控制任务由中央单元处理，但控制循环得以通过总线实现闭环，POWERLINK使得自动化变得更加简单和实用。

最快的循环扫描可能性：伺服轴

当前的伺服控制器均采用16kHz的时钟频率，一方面，它运行在人的耳朵能够感觉的极限频率下，另一方面，在物理频谱范围内它依然是有效的。在这个频率下，每个时钟周期为31.25微秒。

模块化的机器概念

集中的结构倾向缺乏柔性，不便于调整已存在的单元，替代和增加也是比较困难的，任意的扩展都会影响到自身结构内核的变化。分布式系统的考虑在于自治能力的组件可以提供用户更大的柔性，在一些情况下，更高的速度，带来机器模块化概念设计的便利。模块化设计的机器是通过具有自治能力的组件来实现功能的扩展，同时却无需改变机器的内核。

Central automation scheme: the control loop is closed via the bus.

驱动器处理一个任务，在每个周期来，轮廓生成器为每个周期计算机伺服轴的加减速，一个转体的定位控制器注册和调整轴的位置，另一个控制器计算转动频率和运动的速度，电流控制器决定运动的力量和扭矩输出，这些计算可以两个地方中进行，驱动器自身，这样驱动器就集成了强大的计算机处理能力，或者一个集中的控制器也可以执行这些任务。

对于集中的计算而言，这显然需要非常大的带宽来处理计算数据，并且，如果是必须控制几个轴，大量的计算将发生在控制器中，即使很少的几个轴也会产生大量的过程数据，这导致每个循环速度非常高，主站，如控制器，必须高速计算和传输到从轴，例如，驱动器，而驱动器也将将产生大量的状态反馈值，控制循环通过总线实现闭环，这使得应用的功能可能被打折（见插图：集中控制应用性能）此外，现代伺服时钟达到16kHz，对于通过外部单元来控制它们而言，提出了非常高的计算能力要求，所有这些考虑都可由分布式控制单元来实现：

更快的计算和响应时间
降低主站/中央单元的负载
总线上的低堵塞
简化机器的模块化扩展
更安全和柔性的应用

如果现场总线提供一个正确的通信下部构造，分布式智能的好处仅可以被用于在硬实时下处理分布式任务。