既有轴卡式运动控制的精准度高、商业模式也已成熟，仍会是制造业的主流选择，软体运动控制虽然仍处观察期，不过其高弹性与相容性特色也为智慧制造系统所需，未来将持续存在，成为市场应用的多元选项之一。

运动控制是自动化系统的基础，近年来因应工业4.0所掀起的智慧化浪潮，若要成功落实在制造业中，精准的控制技术将是系统能否稳定运作的关键因素。在自动化领域中，运动控制技术发展已久，目前市场的主流作法是以硬体卡控制马达，其精准度早已获得市场验证，不过由于运动控制架构的控制核心，目前多为全球大厂掌握，导致使用企业的自动化系统架构受制于人，近年来有厂商推出软体运动控制，此架构透过工业电脑与RTOS的软硬结合，打造出高弹性与高即时性的控制平台。

多元处理器迎来开放式架构时代

目前自动化市场所采用的运动控制架构，是以CPU作为运算核心，再以运动控制卡负责处理运动控制讯号，用以分散CPU的运算负载。后来DSP与FPGA两种运算技术开始被应用到运动控制领域中，开启了开放式运动控制时代，与SoC、微处理器、ASIC相较，DSP与FPGA不但效能相当，而且更具弹性。

其中DSP由于资料处理能力强大，即便在复杂的控制环境中，依然可取得极小采样周期，且其即时运算效能可进行复杂运动学、动力学运算，在误差补偿、运动规划与高速即时多轴插补方面的表现相当出色，在此特色下，运动控制的动作可更平稳、精准、快速，因此其应用相当广泛。

图1 : 软体运度控制架构透过工业电脑与RTOS的软硬结合，打造出高弹性与高即时性的控制平台。（source：KINGSTAR）

至于FPGA的优势则在于可程式特色，设计者可依本身需求改变电路组态，除了适用于有变更设计需求的产品外，产品数量不多或开发期偏短者也可采用FPGA，借此加速产品上市时程、降低开发成本，而在此类运算核心下，软体运动控制技术也有了发挥的空间。

与现行的轴卡控制技术相较，软体运动控制的发展历史较短，厂商坦言，目前市场接受度仍有限，不过自动化技术多应用于企业运作系统。在此类系统中，稳定度向来是第一要求，除非既有技术出现重大缺陷才有机会更换，否则自动化市场对于新技术的观察期一直都较长，而观察产业现况，传统轴卡并未出现需要立即更换的缺陷，软体运动控制的导入触因也未发生，因此过去一段时间，市场仍未出现大幅成长。

软体运动控制兼具即时与高弹性特色

即便发展不如预期，软体运动控制厂商还是看好此技术的未来潜力。制造业向来是各国的经济主力，作为全球制造重镇，台湾业者也致力打造产业供应链，不过在整体布局中，控制器仍是台湾厂商力有未逮的关键零组件。由于控制器需以深厚的自动化技术为基础，而此技术现在都掌握在西门子、三菱、发那科等全球大厂手中，台厂在此的实力有限，自制的控制器产品相当少，因此在这方面过去往往受制于人。

虽然在传统的自动化技术跟大厂有一段距离，不过这不代表无法可解，如果将高运算效能工业电脑与高即时性RTOS加以整合，不但可打造出足以媲美自动化大厂的控制器，而且其高弹性更适合应用于工业4.0时代所需的制造系统。

图2 : 智慧化要成功落实在制造业中，精准控制技术将是系统能否稳定运作的关键因素。 （source：Motion Control & Motor Association）

软体运动控制的作法，是整合具备高度开放特色的PC Based软硬体，使用者不须加装运动控制卡或影像撷取卡，只要安装软体，就可在市场上已有的工业电脑上运行机器视觉与运动控制。至于在作业系统与通讯协定部分，此类系统会采用RTOS与EtherCAT，以满足自动化系统所需的即时性与高弹性。

RTOS解决了过去PC Based控制器为市场诟病的即时性问题，其精准的循环时间，让工业电脑达到与全球大厂的控制器相同效益。至于EtherCAT则是近几年市场最热门的工业通讯标准之一，目前各大厂商纷纷推出支援此一标准的产品，因此选用EtherCAT的运动控制架构，可以避免过去不同工业厂牌产品之间难以相容的问题。

EtherCAT由德国自动化大厂Beckhoff制定，主张藉由软体控制器技术，搭配单一线路，用以取代传统控制器硬体及复杂布线结构，由于Beckhoff角色相对于一干大厂更显中立，较不涉及商场间利益冲突问题，辅以协定深具资料同步过程的讯号抖动量低、资讯传输延迟时间低，及硬体成本低等诸多优势，确实甚具诱因，遂让全世界众多厂商趋之若鹜，群起加入支援行列，相关产品相继问市，影响所及，也一步步将EtherCAT推向主流地位。

这几年、美、日与台湾各大工业电脑供应商都陆续端出EtherCAT解决方案，包括研华、凌华、新汉、台达电…等，都有相关布局，这几年的自动化大展，各厂商皆推出EtherCAT产品，成长也逐渐加速，主要原因在于ETG协会开放技术给会员，目前全球会员与产品数量都快速增加，再加上EtherCAT有快速、多轴同步性高、可控制从端数量多等特色，热潮从欧美市场逐渐进入亚洲。

满足工业4.0数位需求

除了高效能与高弹性之外，PC Based也为软体运动控制带来另一优势，此一优势在工业4.0所带来的数位化革命中尤为明显。工业4.0核心诉求是让制造资讯的价值最大化，要达到此愿景，就必须连结工厂内的OT与企业中的IT两大系统，让OT系统的数据得以无缝传送到IT系统中，加以储存、分析，并让资讯以可视化方式呈现在使用者面前，借此提升管理效益。

此一机制的第一步，是先撷取机台运作数据，而目前轴卡式运动控制的作法，必须先在底层建置感测器，取得上述数据后，再传送至上层平台，这种叠床架屋的架构过于复杂，不仅会拖长导入期，复杂架构也会影响系统运作的稳定性，而软体运动控制原本就可即时记录，因此架构会更为简洁，稳定性也会更高。

观察市场发展趋势，既有的轴卡式运动控制，不但精准度高，而且商业模式早已成熟，因此仍会是制造业的主流选择，至于软体运动控制虽然仍处观察期，不过其高弹性与相容性特色也为智慧制造系统所需，因此市场人士认为，此技术未来将持续存在，成为市场应用的多元选项之一。

*刊头图（source：Motion Control & Motor Association）