尺寸規劃備註7 min readUpdated 2026-03-15By Upage Motion Engineering
CPU負載估算
多軸控制器的CPU負載主要取決於軸數、控制迴圈更新率（如位置環、速度環、電流環）以及通訊協定（如EtherCAT、PROFINET）。
一般建議保留20-30%的CPU裕量，以應對突發任務（如PLC程式掃描、HMI通訊或MES資料交換）。
對於高精度應用（如雷射切割或CNC），每個軸的計算負載約為0.5-2% CPU（取決於處理器效能與控制演算法）。
- 軸數增加時，CPU負載呈線性增長，但需注意中斷服務常式（ISR）的累積延遲。
- 使用STO（安全轉矩關斷）功能時，需額外分配安全邏輯的處理時間。
週期時間目標
典型多軸控制器的週期時間目標：一般運動控制（如輸送帶）為1-4 ms，高速定位（如裝配機器人）為0.5-1 ms，而高動態回應（如伺服壓力機）需低於0.25 ms。
週期時間受軸數、通訊抖動（Jitter）及I/O更新率影響。例如，使用EtherCAT時，每個從站會增加約10-50 µs的匯流排週期。
若軸數超過控制器建議值（如8軸或16軸），需降低控制迴圈頻率或採用分散式時鐘同步（Distributed Clocks）以維持穩定性。
- 建議使用示波器或軟體工具（如TwinCAT Scope）量測實際週期抖動，確保低於目標值的10%。
- 對於多軸同步應用（如電子凸輪），週期時間的穩定性比絕對值更重要。
I/O頻寬與軸數限制
I/O頻寬取決於匯流排類型（如EtherCAT可達100 Mbps，PROFINET IRT為100 Mbps）及從站數量。每個軸通常需要2-4個數位輸入（如極限開關、歸零感測器）和1-2個類比輸出（如轉矩指令）。
當軸數超過16時，建議使用分散式I/O或匯流排耦合器（Bus Coupler）以減少主站負擔。
若整合RFID或視覺系統，需預留額外頻寬（例如每個RFID讀取器約佔1-5%匯流排負載）。
- 計算I/O點數時，需包含安全相關輸入（如緊急停止、光柵）及診斷資料。
- 對於OEM設備，建議預留20%的I/O擴充空間以因應未來修改。
Frequently Asked Questions
可參考控制器廠商提供的軸數預算表（如Beckhoff的TwinCAT CPU負載計算器），或使用經驗公式：總CPU負載 ≈ (軸數 × 每軸負載%) + 通訊負載% + 安全負載%。例如，8軸系統若每軸佔1.5%，通訊佔10%，安全佔5%，則總負載約27%，建議選用中高階處理器（如Intel Core i5以上）。
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