在自動化運動控制領域當中，目前市場應用最廣泛的控制系統主要為PLC-Based與PC-Based(圖1)。傳統PLC控制器較為封閉性且開發後較不易作更動，新舊技術或設備無法有效融合或取代，替換成本相對較高，升級也較不易。此外，因工業4.0與設備聯網需求不斷提高，控制器處理的資料量越來越龐大，舊有的系統難以處理大量的資料，控制系統必須升級或是增加IPC來處理，這樣的解決方式對於使用者來說，不但成本增加也十分耗費功夫。
PLC通訊協定整合有挑戰
PLC產生於上世紀70年代初，最主要目的用於簡單的邏輯控制應用，其可靠性、小體積、具備Real-Time，抗干擾能力強，平均無故障率時間間隔(MTBF)可達50萬，甚至100萬個小時。但PLC控制系統有幾點瓶頸須要克服：以台灣使用者最熟悉的階梯圖程式語言(Ladder)為例，開發簡單邏輯控制非常方便，但對於架構複雜的運動控制難以實現，針對需要大量計算的控制系統而言，PLC無法進行複雜數學運算與路徑規畫，此外市面上PLC廠商百家爭鳴，各家PLC皆有自己特有的通訊協定，如何進行整合變成是一大難題。
反觀PC-Based控制系統，可以輕易融入到網路資訊系統中，具有支援圖形處理、複雜數學運算、複雜的運動控制、大型存放區、強大的PC運算能力、開放性架構等優勢，對於複雜的控制系統須整合大量的設備，如運動控制與機器視覺之整合、I/O邏輯控制與巨量資料的存取等，PC-Based控制器兼具穩定度與彈性。PC-Based控制器與一般商業電腦相比，具有防塵、抗電磁、耐高低溫等優點的發展，以IPC、I/O及監控裝置、控制網路組成的自動化系統逐漸成為工業自動化的另一種實現方式。
三大PC-Based控制系統各有所長
現行PC-Based控制系統可分為而分為ASIC-Based、DSP-Based(圖2)、現場總線(Fieldbus)分散式控制。
．ASIC-Based
ASIC-Based為特殊用途積體電路或專用積體電路，控制架構為連結泛用型伺服驅動器，並以脈衝訊號為數位控制介面，其脈衝的頻率以及解析度決定了控制的精度與響應時間。許多運動控制器會採用具有運動功能的ASIC，來達到各種高低階的運動控制，整體的指令集執行速度快，但是缺乏可程式化能力，所以並無擴充能力，整體性能、功能與靈活度受到限制，在無法以軟體改變製造模式的情況下，設備開發往往須花費大量時間。
．DSP-Based
在加工技術工藝不斷的創新與進步下，複雜的運動控制軌跡均無法由專用晶片(ASIC-Based)滿足產業的需求，數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)與可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)控制的問世，開放性運動控制核心現已在市場大量出現。
DSP具有強大的資料運算處理功能，以極快速的採樣週期與即時運算，進行複雜的運動方程式計算，如多軸同動、Path規畫、龍門控制與直線、圓弧補間，讓運動控制的運動更加平穩，精度愈高，速度也愈快。
FPGA則針對需要重複改變組態的電路，利用其邏輯閘特性，讓開發者可依自身需要加以改變設計，快速的邏輯反應可應用在即時的IO控制。DSP加上FPGA的系統架構下，以軟體為基準的Softmotion控制系統在市場上越來越多，以研華Softmotion為例，在DSP-Based系統下以1ms週期進行即時運動計算，經由驅動層(Driver)連接Common Motion API(SDK)實現程式開發。
．分散式控制
隨著乙太網路的普及與廣泛的被應用於工業環境中，工業乙太網路技術也朝向快速的響應時間與精準的即時性(Real-Time)的趨勢，且工業乙太網路具有開放性架構，有別於以往專用的運動控制網路，使得系統整合商更可在此架構上開發更多的功能與產品。再者，分散式架構對大型的機器設備而言，更可以達到省配線、省線材建置成本，且擁有較短的維修維護時間，也因以通訊方式進行運動控制，其現場抗雜訊干擾的優點更是解決集中式架構所面臨的問題。圖3為EtherCAT系統架構。
EtherCAT通訊線採用了乙太網路線材，對於線材的取得便利性與成本均有其優點，利用其主從式架構，主端的EtherCAT主卡可以與從端的設備進行即時性的運動控制資料與I/O資料做交握(Hand-Shaking)的處理，其最大的軸數可以支援到64軸，並最快能達到250µs Time-Deterministic運動控制與200µs IO即時控制效能。除此之外，EtherCAT開放的通訊協定使Master主卡可支援目前市場上任一家的符合EtherCAT規範的EtherCAT伺服驅動器。
PC-Based實現Real-Time運動控制
在PC的市場上，Microsoft的作業系統已成為主流，但Windows作業系統只能達到3~5ms的弱即時(Soft Real-Time)，對於需要小於1ms反應時間的運動控制系統來說，不能算是強即時(Hard Real-Time)的作業系統，與PLC-Based控制系統相比，PC-Based在Real-Time控制能力較為不足，為了達到精準的運動控制，PC-Based使用者常會考慮在使用的作業系統(OS)，架設一個具有即時性的環境。但實現Real-Time環境對一般使用者而言非常不易：
1.耗費大量資源在於軟體開發，後續整合與維護不易。
2.具備Real-Time的作業系統，需要額外使用費用，成本因而提高。
3.消耗CPU效能實現Real-Time軟體運算、控制排程與資源調整分配。
若以作業系統來實現Real-Time控制，目前市面上PC-Based即時的作業系統有VxWindows、QNX、RTX與inTime等，這些即時的作業系統都必須支付權利金且價格昂貴；再者就是利用Open Source Linux作業系統實現Real-Time控制，但由於運動控制軟體技術掌握在各廠商上，若軟體不支援Linux系統，就算有Real-Time作業系統也無法進一步實現運動控制。
另一種方式，可由運動控制廠商提供免費的Real-Time環境來實現，以研華為例，提供ARES(Advantech Real-Time Enhanced Scrip)即時腳本來實現Real-Time控制系統(圖4)，使用者可在ARES開發環境編寫Real-Time控制流程，將寫好的程式編譯並下載至EtherCAT主卡PCI/PCIE-1203，藉由EtheCAT主卡實現Real-Time運動控制流程。
PC-Based解決方案有著下列優點：
1.PC為一個無所不在的平台且使用者非常熟悉此系統。
2.Windows提供一個便於使用、多工的開發環境。
3.PC-Based系統可直接實現UI，毋須外接HMI模組。
4.PC-Based為開放環境，可整合不同硬體、軟體，通訊協定。
5.PC-Based可實現複雜演算法。
6.PC-Based結合RTOS，使用運動控制更加即時。
7.使用特定運動控制Script，如研華ARES，簡化並加快開發速度。
新一代的運動控制技術正在快速發展，PC-Based已成為世界各國的趨勢，將IPC結合運動控制卡的混和控制系統成為一種最佳的解決方案。
