摘要： 通过长期努力，首次成功地将嵌入有itron规格的RTOS运动应用到全电动注塑机的控制系统，提出了独特的电机方案和有效的过程控制算法。本文着重介绍一种嵌入式 RTOS的标准——itron规格，和在其规格上开发的TH0030A运动卡，以及全电动注塑机控制系统的实现。
1 引言 1.1 全电动注塑机的发展及其优点 在国内目前注塑机行业里，使用液压传动的居多。对注塑机进行全电机化是市场新要求，也是必然趋势。采用伺服系统对注塑机进行全电动化，是现在比较流行的做法。但伺服系统，成本高，再加之海关税和增值税，伺服系统的产品将在市场上缺乏价格的竞争力。考虑性价比和现在的技术，选择矢量控制变频器和带有实时操作系统的控制三相交流异步电机，并采用智能控制算法,对注塑机进行全电动化，是可行方案。
1.2 RTOS应用中itron迅速崛起 采用itron[1]规格编写的RTOS与RTOS相比较，具有效率高、可靠性好、编程容易、移植性强、易于调试、简化通讯标准、高度的开放性、标准化，是世界上工业应用最为广泛的实时操作系统等优点，表明了itron有潜力变成嵌入式RTOS的世界标准之一。
图1 task状态转换
图2 全电动注塑机控制系统结构
2 TH0030A运动及其实时操作系统 2.1 TH0030A运动控制卡（TH0030A－MC）及其RTOS的特征 嵌入了itron RTOS运动芯片的TH0030A－MC，主要有两大技术优势：采用itron规格编写的RTOS和功能强大的PCL6045芯片。
2.2.1 采用itron规格编写的RTOS （1） 新内核、可移植性、基本差别 在TH0030A－MC上使用的RTOS不是从Window CE,Windows9X/NT, VxWorks,Linux等系统移植过来的，TH0030A－MC的RTOS是使用itron规格编写，具有全新的内核和任务调度、内存管理策略。 通过平台可快速移植和使用方便是itron的最大优点。由于嵌入式软件行业非常分散，在全世界有50多个软件厂家，如果有一个像itron这样的标准，就会使嵌入式软件产品的开发者，稍加修改就可以把软件用于以后的应用中，而无须考虑他们使用的是什么样的微处理器。 Itron RTOS与RTOS之间的基本差别在于，RTOS用软件中断来自内核程序库的调用功能；itron RTOS则是规定使用标准的C格式调用，并且支持C/C++编程。（2） 布局省线 TH0030A－MC所有的信号输入、输出量，做在n块单独的小板上，不在主板上。每块小板控制一个轴，有几个轴需要控制，就添加几块小板。每块小板和主板之间通讯通过一根arcnet即可，省去了大量连线的麻烦而且高速。另外每块小板可以根据需要，被单独的安装在任何位置，而不必考虑它和小板、主板之间的关系。（3） 多任务 属于抢占式操作系统，每个任务被分配一定的时间做处理，并有状态表示：“run”、“ready”、“wait”、“suspend”、“wait-suspend”、“dormant”“non-existent”。每个状态的转换见图1。 在多任务中的诸多程序是并行执行的。采用优先权调度方式。每项任务被指定一个优先级，并采用一个叫做任务身份证（ID）的号码指定作业。任务块（TCB）含有用以管理作业的信息。Itron RTOS通过系统调用指令按TCB的数值来处理设定和修改。 与RTOS不同的是，Itron RTOS可通过C语言函数对任务进行操作，如下：cre_tsk（ID_Task,TaskConfig）创造一个任务；sta_tsk（ID_Task,0）启动一个任务；slp_tsk（）休眠一个任务;ter_tsk（ID_Task）中止一个任务等。另外，这些函数的调用可以放在程序的任何地方，可以在需要的时候调用。（其中，ID_Task：任务的ID；TaskConfig：任务的结构）（4） 人机界面
图3 task流程图
图4 全电注塑机控制原理框图 在TH0030A－MC上，应用itron规范编写一个log file的task，配合VB界面，通过Ethernet通讯，在程序运行的时候，可以方便地在PC上实时监测程序目前执行到什么地方。这样，方便了用户调试自己的程序，也利于数据的检测。（5） 实时性 itron对于实时性的思路是：嵌入式系统在硬件优化和软件效率之间折衷考虑。1）itron规范对应该通过微硬件层次结构标准化的那些特征标志，和应该根据硬件及其功能性质优化的那些成份，都做了明确的区分。2）影响实时应用中响应时间的那些因素，一般都与作业转换功能和中断处理例行程序有关。Itron规范规定，在规定的高速作业转换时间上，可以将寄存器换出。也可以在发生外部中断时，旁路RTOS以启动运行一个中断处理程序。（6） 推广能力 对于把RTOS用在工业实时控制上，Window CE是最近一两年的事，还不够成熟；VxWorks价格太昂贵；Linux实时性太差。Itron则没有它们的缺点，适合推广。
2.2.2 功能强大的PCL6045芯片 对于TH0030运动卡，用户可自己编写和调用C语言函数对PCL6045芯片上的每个寄存器操作。该PCL6045芯片可以同时控制四个轴。它可以对编码器的数值产生倍频；可自行计算速度上升或下降的加速度或S曲线；可设定指令位置、计算机器实际位置、计算偏差位置；可锁住它们的位置；保存外部中断状态、错误中断状态、事件中断状态；可软件reset寄存器：可reset控制位置寄存器或机器位置寄存器等等。它使得对于多轴的位置或速度控制等，变得轻而易举。
3 TH0030A运动卡的应用 在注塑机这个行业里，控制对象要求高精密（射胶部分）、高响应（保压部分）、安全可靠（锁模部分），故选择TH0030A运动卡。控制系统的结构如图2所示。 上位有三大主要功能：设定控制参数和目标；显示控制结果；协调机器各环节的动作顺序。 运动-主要功能是在上位的协调下，完成过程控制，如压力、位置以及速度的控制，并把控制的结果和相关状态传递给上位。具体地，就是实现射胶电机、溶胶电机、开锁模电机和顶出电机的控制。 控制流程可以描述为：由上位指令要实现何种控制（例如射胶的速度或压力控制），运动将根据接受到的指令和实际状况，给出控制调节信号至变频器；变频器驱动电机旋转，电机通过永磁皮带与滚珠丝杠相连，将圆周运动转换成直线运动，从而实现速度、压力或位置的控制。（1） 程序基本设计思路（软件）,见图3。（2） 全电注塑机控制原理框图（硬件）,见图4。
4 结束语 itron规格在国内目前鲜为人知，但其丰富的功能、优越的性能，及其开放性的政策，使得itron规格有潜力变成嵌入式RTOS的世界标准之一。另外，注塑机行业全电机化是必然趋势，用变频技术实现是可行的。基于独到的见解和大胆的设想，使用特制诱导电机、嵌入式运动控制卡、自主开发的控制算法，我们开发成功了低成本、高性能的诱导全电动注塑机。使机器的电气成本同比降低50%左右，机器的控制性能比油压注塑机有大幅度的提高，而不逊于国内厂家开发的通常概念的永磁全电动注塑机，在稳定性和寿命方面更有其优势。
