引言

在國內(nèi)目前的注塑機(jī)行業(yè)里，使用液壓傳動(dòng)的居多。對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行全電機(jī)化是市場(chǎng)新要求，也是必然趨勢(shì)。采用伺服系統(tǒng)對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行全電動(dòng)化，是現(xiàn)在比較流行的做法。但由于伺服系統(tǒng)成本高，再加之海關(guān)稅和增值稅，使得伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上缺乏價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。考慮到性價(jià)比和現(xiàn)在的技術(shù)，選擇矢量控制變頻器和帶有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制器控制三相交流異步電機(jī)，并采用智能控制算法，對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行全電動(dòng)化，是一種可行的方案。

采用Itron規(guī)格編寫的RTOS與其它RTOS相比較，具有效率高、可靠性好、編程容易、移植性強(qiáng)、易于調(diào)試、簡(jiǎn)化通訊標(biāo)準(zhǔn)、高度的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，是世界上工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這表明Itron有潛力變成嵌入式RTOS的世界標(biāo)準(zhǔn)之一。

TH0030A運(yùn)動(dòng)控制器及其實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

嵌入了Itron RTOS運(yùn)動(dòng)芯片的運(yùn)動(dòng)控制卡TH0030A-MC，主要有兩大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：采用Itron規(guī)格編寫的RTOS和功能強(qiáng)大的PCL6045芯片。

采用Itron規(guī)格編寫的RTOS和采用Itron規(guī)格編寫的RTOS具有以下特點(diǎn)。

A） 新內(nèi)核、可移植性ID，TaskConfig指任務(wù)的結(jié)構(gòu)

B） 布局省線

TH0030A-MC所有的信號(hào)輸入、輸出量，都做在幾塊單獨(dú)的小板上，而不在主板上。每塊小板控制一個(gè)軸，有幾個(gè)軸需要控制，就添加幾塊小板。每塊小板和主板之間的通訊通過一根ARCnet即可實(shí)現(xiàn)，省去了大量連線的麻煩，并可保證速度。另外，每塊小板可以根據(jù)需要被單獨(dú)地安裝在任何位置，而不必考慮和其它小板及主板之間的關(guān)系。

C） 多任務(wù)

Itron RTOS屬于搶占式操作系統(tǒng)，每個(gè)任務(wù)被分配一定的時(shí)間做處理，并有狀態(tài)表示：“run”、“ready”、“wait”、“suspend”、“wait-suspend”、“dormant”“non-existent”。

D） 人機(jī)界面

在TH0030A-MC上，應(yīng)用Itron規(guī)范編寫一個(gè)log file的任務(wù)，配合VB界面，通過以太網(wǎng)通訊，在程序運(yùn)行的時(shí)候，可以方便地在PC上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)程序目前執(zhí)行到什么地方。這樣，方便了用戶調(diào)試自己的程序，也利于數(shù)據(jù)的檢測(cè)。

E） 實(shí)時(shí)性

Itron對(duì)于實(shí)時(shí)性的思路是：嵌入式系統(tǒng)在硬件優(yōu)化和軟件效率之間折衷考慮。Itron規(guī)范對(duì)應(yīng)該通過微控制器硬件層次結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的那些特征標(biāo)志，和應(yīng)該根據(jù)硬件及其功能性質(zhì)優(yōu)化的那些成份，都做了明確的區(qū)分。影響實(shí)時(shí)應(yīng)用中響應(yīng)時(shí)間的那些因素，一般都與作業(yè)轉(zhuǎn)換功能和中斷處理例行程序有關(guān)。Itron規(guī)范規(guī)定，在規(guī)定的高速作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間上，可以將寄存器換出。也可以在發(fā)生外部中斷時(shí)，旁路RTOS啟動(dòng)運(yùn)行一個(gè)中斷處理程序。

F） 推廣能力

對(duì)于把RTOS用在工業(yè)實(shí)時(shí)控制上，Window CE還不夠成熟，VxWorks價(jià)格太昂貴，Linux實(shí)時(shí)性太差，Itron則沒有它們的缺點(diǎn)，適合推廣。

功能強(qiáng)大的PCL6045芯片

對(duì)于TH0030A運(yùn)動(dòng)卡，用戶可自己編寫和調(diào)用C語言函數(shù)對(duì)PCL6045芯片上的每個(gè)寄存器操作。PCL6045芯片可以同時(shí)控制四個(gè)軸。它可以對(duì)編碼器的數(shù)值產(chǎn)生倍頻；可自行計(jì)算速度上升或下降的加速度或S曲線；可設(shè)定指令位置、計(jì)算機(jī)器實(shí)際位置、計(jì)算偏差位置；可鎖住它們的位置；保存外部中斷狀態(tài)、錯(cuò)誤中斷狀態(tài)、事件中斷狀態(tài)；可軟件重置寄存器：可重置控制位置寄存器或機(jī)器位置寄存器等等。它使得對(duì)于多軸的位置或速度控制等，變得輕而易舉。

TH0030A運(yùn)動(dòng)卡的應(yīng)用

在注塑機(jī)這個(gè)行業(yè)里，控制對(duì)象要求高精密（射膠部分）、高響應(yīng)（保壓部分）、安全可靠（鎖模部分），故選擇TH0030A運(yùn)動(dòng)卡。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 全電動(dòng)注塑機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上位控制器有三大主要功能：設(shè)定控制參數(shù)和目標(biāo)；顯示控制結(jié)果；協(xié)調(diào)機(jī)器各環(huán)節(jié)的動(dòng)作順序。運(yùn)動(dòng)控制器的主要功能是在上位控制器的協(xié)調(diào)下，完成過程控制，如壓力、位置以及速度的控制，并把控制的結(jié)果和相關(guān)狀態(tài)傳遞給上位控制器。具體地，就是實(shí)現(xiàn)射膠電機(jī)、溶膠電機(jī)、開鎖模電機(jī)和頂出電機(jī)的控制。

控制流程可以描述為：由上位控制器發(fā)出指令要實(shí)現(xiàn)何種控制（例如射膠的速度或壓力控制），運(yùn)動(dòng)控制器將根據(jù)接受到的指令和實(shí)際狀況，給出控制調(diào)節(jié)信號(hào)至變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)通過永磁皮帶與滾珠絲杠相連，將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)速度、壓力或位置的控制。

軟件程序的基本設(shè)計(jì)思路如圖2所示， 全電注塑機(jī)的硬件控制原理框圖如圖3所示。

圖2 任務(wù)流程圖

在TH0030A-MC上使用的RTOS不是從Window CE、Windows9X/NT、VxWorks、Linux等系統(tǒng)移植過來的，它使用Itron規(guī)格編寫，具有全新的內(nèi)核和任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理策略。

通過平臺(tái)可快速移植和使用方便是Itron的最大優(yōu)點(diǎn)。由于嵌入式軟件行業(yè)非常分散，在全世界有50多個(gè)軟件廠家，如果有一個(gè)像Itron這樣的標(biāo)準(zhǔn)，嵌入式軟件產(chǎn)品只要被稍加修改就可用于以后的應(yīng)用中，而無須考慮開發(fā)者使用的是什么樣的微處理器。

Itron RTOS與其它RTOS之間的基本差別在于，其它RTOS用軟件中斷來自內(nèi)核程序庫的調(diào)用功能；Itron RTOS則使用標(biāo)準(zhǔn)的C格式調(diào)用，并且支持C/C++編程。

在多任務(wù)中的諸多程序是并行執(zhí)行的，采用優(yōu)先權(quán)調(diào)度方式。每項(xiàng)任務(wù)被指定一個(gè)優(yōu)先級(jí)，并采用一個(gè)叫做任務(wù)身份證（ID）的號(hào)碼指定作業(yè)。任務(wù)塊（TCB）含有用以管理作業(yè)的信息。Itron RTOS通過系統(tǒng)調(diào)用指令按TCB的數(shù)值來處理設(shè)定和修改。

與其它RTOS不同的是，Itron RTOS可通過C語言函數(shù)對(duì)任務(wù)進(jìn)行操作，如：cre_tsk（ID_Task， &TaskConfig）創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)；sta_tsk（ID_Task，0）啟動(dòng)一個(gè)任務(wù)；slp_tsk（）休眠一個(gè)任務(wù)；ter_tsk（ID_Task）中止一個(gè)任務(wù)等。另外，這些函數(shù)的調(diào)用可以放在程序的任何地方，可以在需要的時(shí)候調(diào)用。（ID_Task指任務(wù)的

圖3 全電注塑機(jī)控制理框圖

結(jié)語

Itron規(guī)格在國內(nèi)目前鮮為人知，但其豐富的功能、優(yōu)越的性能，及其開放性的政策，使其有潛力變成嵌入式RTOS的世界標(biāo)準(zhǔn)之一。另外，注塑機(jī)行業(yè)全電機(jī)化是必然趨勢(shì)，用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)是可行的。基于獨(dú)到的見解和大膽的設(shè)想，使用特制誘導(dǎo)電機(jī)、嵌入式運(yùn)動(dòng)控制卡、自主開發(fā)的控制算法，本文成功開發(fā)了低成本、高性能的誘導(dǎo)全電動(dòng)注塑機(jī)。機(jī)器的電氣成本同比降低了50%左右，控制性能比油壓注塑機(jī)有大幅度的提高，不遜于國內(nèi)廠家開發(fā)的通常概念的永磁全電動(dòng)注塑機(jī)，在穩(wěn)定性和壽命方面更有其優(yōu)勢(shì)。

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