控制器多任务运行的概念/作用/特点/状态查看方式

XPLC006E功能简介

XPLC006E是正运动运动控制器推出的一款多轴经济型EtherCAT总线运动控制器，XPLC系列运动控制器可应用于各种需要脱机或联机运行的场合。

 

XPLC006E自带6个电机轴，最多12轴运动控制（含虚拟轴数），支持12轴直线插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴设置等功能。

XPLC006E支持多任务同时运行，同时可以在PC上直接仿真运行，编程方式多种可选，支持ZDevelop软件的Basic/PLC梯形图/HMI组态和常用上位机软件编程。

XPLC006E只支持EtherCAT总线轴，不支持脉冲轴和编码器轴。采用EtherCAT总线与驱动器通讯，1ms的刷新周期。

XPLC006E支持PLC、Basic、HMI组态三种编程方式。PC上位机API编程支持C#、C++、LabVIEW、VB、matlab、Qt、Linux、.Net、iMAC、Python、 ROS等接口。

 

→此款产品有XPLC004E、XPLC006E、XPLC008E三个不同轴数的型号可选。

XPLC864E功能简介
 

XPLC864E在XPLC006E的功能基础上做了升级（即上节介绍的XPLC006E的功能都支持），部分资源空间优于XPLC006E，使用方法基本一致，不同之处在于XPLC864E，硬件支持32点输入、32点输出、2个ADC、2个DAC，支持脉冲轴和总线轴混合使用，总实轴轴数为8，除了带EtherCAT接口之外，输出口硬件上可配置为8个轴的脉冲方向信号输出，另带两路编码器输入，可由输入口配置

XPLC864E支持PLC、Basic、HMI组态三种编程方式。PC上位机API编程支持C#、C++、LabVIEW、VB、matlab、Qt、Linux、.Net、iMAC、Python、 ROS等接口。

XPLC系列经济型EtherCAT总线运动控制器支持多种编程方式，支持使用正运动技术自主研发的ZDevelop开发环境的Basic语言和PLC梯形图，上一节讲解了ModbusRTU或ModbusTcp与触摸屏通讯，本节内容主要讲解控制器多任务运行的优势。

  一多任务概念

1.什么是任务

任务是执行I/O刷新和用户程序等一系列指令处理的功能，控制器内的程序均以任务的方式运行，一个任务是指一个正在运行的程序。

2.任务编号的作用

任务编号用于区分任务，没有特殊的含义，任务编号的范围在控制器支持的任务数量内选取。

3.任务类型

任务的类型无需指定，用户可用的任务分两类，自定义的任务和中断任务。自定义任务由用户自行开启，指定任务编号，并编写任务内的代码；中断任务在触发了控制器支持的中断后才会被使用，中断程序执行完成中断任务便停止，中断任务无需指定任务号，按系统默认的任务号运行。

4.任务优先级

任务默认是无优先级的，需要优先执行的任务支持PROC_PRIORITY设置优先级，任务的优先级高表现在一个系统周期中优先执行，再执行其他的任务。

5.多任务

多任务即多个程序模块同时执行，并且能够互不干扰的同时运行，任务的使用由用户自行分配，但不能超过控制器支持的最大任务数。

6.任务数量查询

XPLC006E支持多任务，不同的控制器支持的任务数量不同，支持的具体任务数量，可连接控制器之后，在ZDevelop软件菜单栏“控制器状态”查看或在线命令发送?*max指令查看，如下图，表示该控制器用户可自定义的任务有10个，任务编号范围为0-9。

二多任务作用

 

多任务可以将复杂的程序分成几个部分，分别开任务来同时执行，每个部分的任务是独立的，这样就可以使设备的复杂运动过程变得简单明了，编程更灵活，例如参数更新、加工、急停、IO扫描等可以划分不同的任务模块，没有多任务的场合程序只能顺序执行，使得程序的执行效率十分低下。

在一个控制周期内，不同的任务根据当前执行的指令的差异，任务占用的时间也会有差异，并不完全相同，任务在默认情形下不存在优先级，可通过PROC_PRIORITY指令去设置某个任务的优先级。

如下图所示，设置任务5优先级为3，优先级范围1-10，10最高。

 

三多任务运行特点

1.运动控制器每个运动控制周期(SERVO PERIOD)包含MC、SS、以及用户多任务程序的运行，如下图所示。

 

（1）Motion Control：运动控制、EtherCAT通讯、中断的实现。

（2）运动控制包含：单轴运动控制、多轴插补运动、机械手正反解算法等；EtherCAT通讯包含PDO通讯与SDO通讯。

（3）System Service：包含RS232串口通讯、RS485串口通讯、CAN通讯、EtherNET通讯（MODBUS RTU主从通讯以及ZDevelop相关软件服务）

（4）TASK0、…、TASK21：对应于各个任务的运行，任务编号从0开始，第0个任务到第21个任务。

2.不同类型文件的任务执行规则。

Basic的所有任务只扫描运行一次便停止（除非程序内有WHILE死循环才会一直运行）。一个工程项目下Basic文件支持同时存在多个自动运行任务，自动运行任务是上电后同时开启的，无先后顺序。

由于PLC程序是自行循环扫描的，故在一个工程项目下建议PLC只设置一个主任务循环，PLC子程序若以任务开启，只运行一次。设置方法为给PLC文件只一个自动运行任务号或者在其他任务中开启一个PLC任务，那么这个PLC任务便为PLC的主任务。

HMI程序必须要以一个任务去启动，否则下载程序后无法运行HMI，初始化函数只扫描执行一次，周期函数循环扫描。一个工程项目下HMI文件仅支持一个，组态程序要运行只能通过给HMI文件设置自动运行任务号。

控制器同时处理四个任务，如上图，任务0123之间是并行的，互不干扰，控制器下载程序之后这四个文件任务同时启动，同时还能在文件任务执行的时候，使用任务指令开启SUB子程序任务或标记任务，SUB子程序任务或标记任务一旦开启，便与主程序无关，任务运行停止后可重复触发任务执行。
 

3.控制器多任务的优势。
 

（1）程序模块化：用户可以将程序编写成多个较小的、特定的程序，来实现客户设备指定的功能。

（2）并发性：每个任务可以独立运行，任务开启后，不受其他任务的影响。

（3）简化错误处理：划分多任务运行后错误处理变得简单，只需处理出错的任务。

（4）命令交互：程序处于运行状态时，用户也可以随时进行命令交互，如在线修改运动参数，在线命令栏发送指令等，其他程序不受影响。

 

四多任务状态查看

 

任务状态有三种，正在运行、停止和暂停，任务状态查看有如下3种方式。

1.任务指令查看。

PROC_STATUS：任务状态查看，只读参数。返回值：0-任务停止，1-任务正在运行，3-任务暂停中。

示例：
 

PRINT PROC_STATUS(0)         '打印任务0状态

?*PROC_STATUS '打印控制器支持的所有任务的状态

如下图 4-7，Basic任务0和1已运行完停止，PLC任务2正在运行。

2.任务窗口查看。

在菜单栏“调试”→“启动/停止调试”打开任务窗口（如下图所示），任务窗口可以查看已经开启的任务的任务编号、运行状态、当前文件和运行行号，看不到未开启的任务。

Basic的任务在程序扫描完成后，任务变为Stopped状态，PLC主任务由于会循环扫描，所以一直处于Running状态。

3.打开菜单栏“调试”→“故障诊断”窗口。

可查看控制器的支持的所有任务编号的状态、所处的文件和运行的行号。窗口也可以显示各任务报错的故障信息，如下图所示。

 

五多任务启动与停止

 

1.多任务操作指令


多任务主要操作指令如下：

（1）END：当前任务正常结束

（2）STOP：停止指定文件运行的任务

（3）STOPTASK ：停止指定任务

（4）HALT ：停止所有任务

（5）RUN ：启动新任务运行一个文件

（6）RUNTASK：启动新任务运行一个SUB或者运行一个带标签的程序

（7）PAUSETASK：暂停指定任务

（8）RESUMETASK：恢复指定任务，恢复后任务从停止处继续往下执行

Basic和PLC的任务操作均是使用以上指令。


 

2.多任务启动


 

任务启动有三种方式，分别是自动运行任务号设置、RUN指令和RUNTASK指令，使用指令开启任务时，程序扫描执行到该指令后再开启任务。(开启任务时注意任务编号的填写，任务不能重复开启)

（1）自动运行任务号：在“文件视图”窗口设置自动运动任务号。控制器上电后首先执行带自动运行任务号的文件，自动运行任务号Basic文件可设置多个，PLC文件和HMI文件仅支持一个。自动运行文件为并行运行，上电后同时开启。

（2）RUN指令将文件作为一个任务启动。

示例：RUN "TuXing_001.bas",2 '将TuXing_001.bas文件作为任务2启动

（3）RUNTASK指令将SUB子程序或带标签程序作为一个任务启动。可跨文件开启全局定义的SUB子程序，要开启任务的标签程序只能存在本文件内。

示例：RUNTASK 1,task_home '以任务1启动task_home子程序


 

3.多任务停止


 

停止任务指令有STOPTASK，STOP，HALT三种。(任务停止再启动就会从头执行任务)

开启任务时，一般先使用STOPTASK停止任务，再RUNTASK开启，避免任务出现重复开启报错。

（1）STOPTASK支持停止文件任务、SUB子程序任务和带标签的任务。

示例：STOPTASK 2 '停止任务2

（2）STOP指令支持停止Basic文件任务，推荐使用STOPTASK指令，操作更简单。

（3）HALT指令停止所有任务

示例：HALT '停止项目内的所有任务

→快速停止所有任务还可以使用软件菜单栏的“紧急停止”按钮、如下图，项目内有两个任务，下载运行后，任务0和任务1正在运行中。

→发送在线命令：STOPTASK 0

→发送在线命令STOPTASK后停止任务0。

→再次启动任务可以再次下载程序。

上方程序不能使用RUN指令开启自动运行文件任务0，因为任务0中自动开启的任务1仍在运行，若使用指令再次开启任务0，会导致任务1重复开启。若停止的任务1，则可以使用RUNTASK指令单独开启任务1。


 

4.任务暂停与恢复


 

暂停任务使用PAUSETASK指令，恢复任务使用RESUMETASK指令。恢复后任务从暂停处继续向下执行。暂停的任务支持停止。

（1）PAUSETASK：暂停指定任务

示例：PAUSETASK 1 '暂停任务1

（2）RESUMETASK：恢复指定任务

示例：RESUMETASK 1 '继续运行任务1

→如下图，项目内有两个任务，下载运行后，任务0和任务1正在运行中。

→发送在线命令控制任务的暂停或恢复。

→在线命令发送：PAUSETASK 0 '任务0被暂停

→在线命令发送：RESUMETASK 0 '任务0恢复运行状态

 

六多Basic和PLC任务相互调用


 

1.Basic调用PLC任务


 

（1）Basic文件内使用RUN指令调用PLC文件，如下图所示。

（2）Basic文件内使用RUNTASK指令调用PLC内LBL指令定义的子程序，如下图。

2.PLC调用Basic任务


 

PLC内使用EXE或EXEP(脉冲执行)指令，调用Basic的任务指令，从而调用Basic文件任务或子程序任务，如下图所示。

 

 

七多任务调用示例


 

由于XPLC864E控制器ZDevelop的三种编程方式都支持，同时还支持多种插补功能，给出下面两个不同的多任务程序案例参考。

程序下载运行，首先启动带自动运行任务号的文件，自动运行任务号可设置多个，也可以只设置一个，其他的文件任务采用RUN指令开启。

之后根据要调用的程序所处位置，在自动运行的文件中加入RUN或RUNTASK指令调用其他任务执行。

最后在编程时按功能进行模块划分，每个模块指定一个任务号运行，模块程序块在需要时才调用任务执行，减少程序扫描时间，提高控制器的执行效率。


 

1.Basic多任务编程


 

示例程序分为两个Basic文件，Main文件上电自动以任务0运行，其他任务在任务0中使用指令开启，如下图所示。

→示例程序多任务调用的框架如下图所示。

 

（1）文件一：Main.bas

 

RAPIDSTOP(2)

WAIT IDLE

GlobalInit     '参数定义

AxesInit       '轴参数初始化

WHILE 1

   IF  SCAN_EVENT(IN(0))> 0 THEN     '启动主运动    

      STOPTASK 2  

      'Basic开启任务调用Basic文件

      RUN "TuXing_001.bas",2   '以任务2运行主运动程序    

   ENDIF

   IF  SCAN_EVENT(IN(1))> 0 THEN      '停止

      sub_stop

   ENDIF

   IF  SCAN_EVENT(IN(2))> 0 THEN      '回零

      RUNTASK 1,task_home  '以任务1启动回零

   ENDIF

WEND

END '主程序结束

 

'''参数定义

GLOBAL SUB GlobalInit()  

   '主程序

   GLOBAL CONST AXISNUM = 3    '总轴数

   GLOBAL g_state'控制器状态

   g_state = 0   '0--初始状态；1--待机；2--回零；3--运行

   GLOBAL deal_home  '回零标志

   deal_home = 0    

END SUB

 

''' 轴参数以及IO的定义

GLOBAL SUB AxesInit()

   BASE(0,1,2)

   DPOS=0,0,0

   MPOS=0,0,0

   UNITS = 100,100,100  '脉冲当量

   ATYPE = 1,1,1  '步进方式

   SPEED=100,100,100

   LSPEED=0,0,0  '起始速度

   CREEP=10,10,10  '回零反找速度

   ACCEL=1000,1000,1000

   DECEL=1000,1000,1000

   SRAMP = 20,20,20  'S曲线时间设置 

   DATUM_IN=8,9,10  '原点输入配置

   REV_IN=-1,-1,-1  '负向限位，与原点连到一起

   FWD_IN=-1,-1,-1    '正向限位

   ALM_IN = -1,-1,-1

   '特殊IO反转改为常开输入

   INVERT_IN(8,ON)

   INVERT_IN(9,ON)

   INVERT_IN(10,ON)

   MERGE = ON  '缺省配置以主轴0进行的为连续插补

   CORNER_MODE = 2'启动拐角减速

   DECEL_ANGLE = 15 * (PI/180)'开始减速的角度 15度

   STOP_ANGLE = 45 * (PI/180)'降到最低速度的角度45度

END SUB

 

GLOBAL SUB task_home()

   g_state = 2   '回零中 

   FOR i = 0 TO AXISNUM - 1

      BASE (i)  '选择参与运动的轴

      CANCEL(2)  '停止

      WAIT IDLE

   NEXT    

   FOR i=0 TO AXISNUM-1

      SPEED(i)=50      '回零速度

      HOMEWAIT(i)=100    '反找等待时间

      DATUM(3) AXIS(i)  '回零方式

   NEXT 

   WAIT UNTIL IDLE(0) AND IDLE(1) AND IDLE(2)

   WA 10

   PRINT "回零完成..."    

   BASE(0,1,2)    

   DPOS=0,0,0

   MPOS=0,0,0    

   g_state = 1    '回零完成，回到待机状态 

   deal_home = 1   '回零完成标志

END SUB

 

GLOBAL SUB sub_stop()    '停止

   STOPTASK 2       '停止运动主程序

   STOPTASK 1    '

   RAPIDSTOP(2)

   WAIT IDLE

   g_state = 1    '轴停止，回到待机状态   

END SUB

 

（2）文件二：TuXing_001.bas

 

IF deal_home = 1 THEN        '判断回零是否完成，执行主程序模块

   g_state = 3     '运动中

   PRINT "开始运动..."

   TRIGGER

   BASE(0,1,2)

   MOVEABS(0,0,0)

   MOVE(100) AXIS(2)

   MOVECIRC(200,0,100,0,1)    '半径100顺时针画半圆

   MOVE(0,-200)

   MOVECIRC(-200,0,-100,0,1)

   MOVE(0,200)

   WAIT IDLE(0)  

   WAIT IDLE(2)

   PRINT "结束运动..."

   g_state = 1     '运动完成 

ELSE

   PRINT "轴未回零,请先回零..."

ENDIF

END

 

示波器采样各轴位置曲线和XY模式下的合成轨迹。

位置曲线

XY模式下的合成轨迹

2.Basic和PLC多任务混合编程


 

PLC文件任务建议只设置一个，若同时运行两个PLC文件任务，会提示告警信息：Warn file:"PLC2.PLC" line:1 task:2, can not set PLC main task, task:1 already be set.

含义是PLC已经有一个主任务1了，但任务2仍能正常运行，如下所示。

PLC文件或Basic文件内使用RUNTASK指令开启的PLC子程序任务只能运行一次，与PLC内开启PLC子程序效果一致。

→Basic文件内使用RUNTASK指令开启的PLC子程序任务，如下图：

→PLC文件内使用RUNTASK指令开启的PLC子程序任务，如下图：

示例：如下图所示，Basic文件用于参数初始化，PLC文件用于条件控制轴运行。Basic文件由自动运行任务号0开启，PLC文件由Basic文件内的RUN指令开启，开启之后循环扫描。

 

示例程序：


 

（1）Basic文件程序

 

RAPIDSTOP(2)

WAIT IDLE(0)

WAIT IDLE(1)

'参数初始化

BASE(0,1)          '选择XY

DPOS = 0,0

MPOS = 0,0

ATYPE=1,1          '脉冲方式步进或伺服

UNITS = 100,100    '脉冲当量

SPEED = 100,100

ACCEL = 500,500

DECEL = 500,500

FASTDEC=2000,2000

SRAMP=100,100      'S曲线

MERGE = ON         '启动连续插补

RUN "PLC1.PLC" ,1  '调用PLC文件任务

 

（2）PLC文件梯形图程序，上方Basic程序用PLC梯形图实现如下图。

（3）PLC梯形图对应语句表程序。（注意：PLC梯形图和语句表之间支持互相转换）

 

//直线插补运动

LD M8002

ZRST M0 M10

LDP X0

DEMOV K300 D0

DEMOV K400  D2

// IN1上升沿启动运行,IN2按下运动快速停止

LDP X1

OR  M0

ANI  M1

ANI  X2

OUT M0

EXEP    @TRIGGER

MOVE D0 D2

LD M8100

PLS M1

END

 

（4）直线插补运动效果图。位置曲线，XY模式下的合成轨迹。

 

位置曲线

XY模式下的合成轨迹

 本次，正运动技术经济型EtherCAT运动控制器(五）：多任务运行，就分享到这里。

 

　　审核编辑：汤梓红