用于卷绕设备的恒张力控制器及控制方法

1.一种用于卷绕设备的恒张力控制器(10)，其特征在于：
包括通用工业CPU模块(100)、FPGA主机板(110)和MDI接口板(109)以及人机交互组件(108)，所述通用工业CPU模块(100)包括主CPU单元(101)、显示模块接口(102)、串行或网络接口(103)、随机存储器RAM(104)、外置存储器(105)和显示设备(106)、连接总线(107)；所述FPGA主机板(110)包含各现场可编程门阵列FPGA(111)；所述MDI接口板(109)包含复杂可编程逻辑器件CPLD(112)；所述通用工业CPU模块(100)通过连接总线(107)与FPGA主机板(110)进行数据交换；所述MDI接口板(109)通过RS485串行接口与FPGA主机板(110)完成数据交换；
所述控制器(10)通过运行在通用工业CPU模块(100)内的系统软件，以及对现场可编程门阵列FPGA(111)和复杂可编程逻辑器件CPLD(112)进行硬件连接方式编程，使其中大量的逻辑门连接成为符合要求的硬件电路，从而最终实现对工业设备在卷绕时的张力控制。
2.如权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
所述通用工业CPU模块(100)为PC104微控制器装置，采用Rtlinux操作系统作为系统平台。
3.如权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
利用硬件描述语言VHDL将所述现场可编程门阵列FPGA(111)在逻辑上分成outa高速I/O输出模块(201)、ina高速I/O输入模块(202)、s_da高速串行数/模转换模块(203)、keyboardio键盘I/O管理模块(204)、encoder编码器模块(205)和ad高速串行模/数转换模块(206)，以便对卷绕设备驱动控制信号、编码器反馈信号、极片位置反馈信号、张力反馈信号以及MDI接口板(109)上的串行输入输出信号进行处理。
4.所权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
用硬件描述语言将复杂可编程逻辑器件CPLD(112)在逻辑上分成去抖动电路(303)、扫描电路(306)、编码电路(307)、并串转换电路(308)、分频电路(304)、指示灯动电路(305)、串并转换电路(310)和串行通信控制电路(309)，以便将来自人机交互组件(108)的外部信息传送给FPGA主机板(110)进行处理。
5.如权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
所述连接总线(107)包括PC104总线。
6.如权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
所述外置存储器(105)包括CF卡、SD卡、MMC卡、使用闪存介质的“优盘”和移动硬盘，用来保存系统程序和应用程序代码；所述显示设备(106)包括液晶显示器，用作与用户交互的界面。
7.如权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
所述人机交互组件(108)直接集成在MDI接口板(109)上，通过运行在MDI接口板(109)内复杂可编程逻辑器件CPLD(112)的逻辑模块与用户交互；所述人机交互组件(108)包括按键盘(301)和指示灯(302)。
8.如权利要求1所述的用于卷绕设备的恒张力控制器，其特征在于：
所述现场可编程门阵列FPGA(111)采用Altera公司的EP1k50QC系列芯片；所述CPU单元(101)采用INTEL公司的Pentium-III处理器；所述复杂可编程逻辑器件CPLD(112)采用Altera公司MAX7000系列型号为EPM7512AETC144的芯片。
9.一种卷绕设备恒张力控制方法，基于权利要求1的用于卷绕设备的恒张力控制器(10)，其特征在于，运行在所述通用工业CPU模块(100)内的系统软件包括人机界面模块(401)、数据输入输出模块(402)、张力控制模块(403)、运动插补计算模块(404)、位置控制模块(405)、电机驱动模块(406)、参数设置模块(407)、通用I/O接口模块(408)、软PLC模块(409)和实时诊断模块(410)，所述控制方法包括步骤：
A、在所述人机界面模块(401)上设置卷绕设备传动过程中所期望的张力数值；
B、将需要处理的卷绕设备的各类信号输入FPGA主机板(110)上现场可编程门阵列FPGA(111)的对应功能模块上；
C、卷绕设备将张力反馈信号和极片位置反馈信号传送给张力控制模块(403)处理，同时张力控制模块(403)获取人机界面模块(401)上的张力数值，张力控制模块(403)根据各种卷绕设备特定的张力控制模型，计算出放卷电机和收卷电机应该运行的速度，并将该速度指令信号传递到运动插补计算模块(404)中；
D、运动插补计算模块(404)根据速度指令信号，以及指定的系统插补周期，插补计算每个采样周期内放卷电机和收卷电机的位置和速度参数，将其传递至位置控制模块(405)中；
E、位置控制模块(405)一方面获取运动插补计算模块(404)每个采样周期的指令，另一方面实时采样电机自身的编码器信号，通过自身的控制算法，计算每个周期电机运行应有的速度，将其作为指令信号发送到电机驱动模块(406)中；
F、电机驱动模块(406)产生电机驱动指令信号，实现电机转速的控制，从而完成对卷绕设备的张力控制；
G、卷绕设备的一些位置开关实时反馈到通用I/O接口模块(408)中，软PLC模块(409)对其进行管理并实现逻辑控制，同时将开关信息通过上层的数据输入输出模块(402)传递到外部数据库中，并在显示设备(106)上显示其状态。
10.权利要求9所述的工业卷绕设备的恒张力控制方法，其特征在于：
步骤E中的控制算法为PID控制算法；所述卷绕设备驱动控制信号包括16位串行DAC芯片的数/模转换信号，该驱动信号为系统提供高速模拟量电机转速控制信号。

用于卷绕设备的恒张力控制器及控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及自动控制器，特别是涉及具有从多个检测元件来的多个输入的控制器，尤其涉及用于卷绕设备的恒张力控制器及控制方法。\n背景技术\n[0002] 锂离子电池是针对电子产品，如移动电话(以下简称“手机”)、笔记本电脑小型化和薄型化的趋势而发展起来的，锂离子电池芯体卷绕设备是锂离子电池生产中的关键设备，卷绕过程中张力控制的好坏直接决定锂离子电池成品的致密性的好坏和使用寿命的长短。\n[0003] 目前，国内外学者针对张力控制先后提出了自适应PID(比例-积分-微分)张力控制技术、模式分离PID控制算法、以及鲁棒(robustness)非线性张力控制等。而现有技术中电池卷绕设备的张力控制普遍以可编程逻辑控制器PLC(programmable logic control)为其技术实现载体，PLC主要适用于开关量逻辑控制，控制周期几十毫秒到上百毫秒，而电池卷绕过程收卷半径和放卷半径实时变化，控制对象本身为时变模型，PLC本身提供的简单PID编程指令，无法实现上述各种先进的控制算法，无法满足电池卷绕所要求的高速度、高精度控制要求。\n[0004] 现有技术的卷绕设备的张力控制器存在以下不足：\n[0005] 1、以PLC为技术载体的张力控制器主要适用于开关量逻辑控制，控制周期达几十毫秒到上百毫秒，无法对控制对象进行实时控制；\n[0006] 2、以PLC为技术载体的张力控制器本身提供的简单PID编程指令，无法实现上述各种先进的控制算法，无法满足电池卷绕所要求的高速度、高精度控制要求。\n发明内容\n[0007] 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种用于卷绕设备的恒张力控制器及控制方法。\n[0008] 本发明主要应用在锂离子电池芯体卷绕设备上，同时也用于其它应用张力控制机电设备中，例如高速、高精密的线切割机床、IC制造设备、印刷设备和纤维缠绕设备等，恒张力控制技术，是这类工业设备的基础技术之一。\n[0009] 在具体应用中，可以将本发明作为卷绕设备的专用张力控制器，实现卷绕设备的恒张力控制。在大型生产线中，张力控制可能只是其中某个环节，可以利用张力控制器的串行接口或网络接口与大型生产线联网，将本发明作为大型生产线中某个或若干个张力控制子系统使用。\n[0010] 本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：提供一种用于卷绕设备的恒张力控制器，尤其是，包括通用工业CPU模块、FPGA主机板和MDI接口板、人机交互组件，所述通用工业CPU模块包括主CPU单元、显示模块接口、串行或网络接口、随机存储器RAM、外置存储器、显示设备、连接总线；所述FPGA主机板包含各可编程逻辑器件；所述MDI接口板包含可编程逻辑器件CPLD；所述通用工业CPU模块通过连接总线与FPGA主机板进行数据交换；所述MDI接口板通过RS485串行接口与FPGA主机板完成数据交换；\n[0011] 所述控制器通过运行在通用工业CPU模块内的系统软件，以及对可编程逻辑器件和可编程逻辑器件CPLD的硬件编程最终实现对工业设备在卷绕时的张力控制。\n[0012] 利用硬件描述语言VHDL将所述现场可编程门阵列FPGA在逻辑上分成outa高速I/O输出模块、ina高速I/O输入模块、s_da高速串行数/模转换模块、keyboardio键盘I/O管理模块、encoder编码器模块和ad高速串行模/数转换模块，以便对卷绕设备驱动控制信号、各种输入/输出信号、编码器反馈信号、极片位置反馈信号、张力反馈信号以及MDI接口板上的串行输入输出信号进行处理。\n[0013] 所述现场可编程门阵列FPGA的数量由自身的容量和需要实现的功能模块数决定，如果单块可编程门阵列FPGA容量较小，而需要实现的逻辑功能模块数量较多，在一块现场可编程门阵列FPGA不能实现，刚可以用两块或多块现场可编程门阵列FPGA上进行实现，而且在实际操作中，采用利用硬件描述语言VHDL将现场可编程门阵列FPGA进行逻辑划分。\n[0014] 用硬件描述语言将复杂可编程逻辑器件CPLD在逻辑上分成去抖动电路、扫描电路、编码电路、并串转换电路、分频电路、指示灯动电路、串并转换电路和串行通信控制电路，以便将来自人机交互组件的外部信息传送给FPGA主机板进行处理。\n[0015] 所述复杂可编程逻辑器件CPLD工作时各功能模块控制流程包括步骤：\n[0016] a.复杂可编程逻辑器件CPLD获取外界信息，所述外界信息包括键盘按键的行列信息；\n[0017] b.通过并串转换电路，将外界获取的信息通过485总线发送到现场可编程门阵列FPGA，再由该现场可编程门阵列FPGA将相应信息传送给通用工业CPU模块进行处理；\n[0018] c.通用工业CPU模块根据处理结果，将操作面板上指示灯的驱动信息利用该现场可编程门阵列FPGA1通过485总线发送给复杂可编程逻辑器件CPLD处理，由复杂可编程逻辑器件CPLD内部的并串转换电路转化为并行驱动信号，用于驱动可处理72个按键和/或\n22路指示灯控制信号。\n[0019] 本发明解决所述的技术问题，还可以进一步采用以下技术方案来实现，一种卷绕设备恒张力控制的方法，基于上述的卷绕设备的恒张力控制器，运行在所述工业CPU模块内的系统软件包括人机界面模块、数据输入输出模块、张力控制模块、运动插补计算模块、位置控制模块、电机驱动模块、参数设置模块、通用I/O接口模块、软PLC模块和实时诊断模块，所述控制方法包括步骤：\n[0020] A、在所述人机界面模块上设置卷绕设备传动过程中所期望的张力数值；\n[0021] B、将需要处理的卷绕设备的各类信号输入FPGA主机板上现场可编程门阵列FPGA对应的功能模块上；\n[0022] C、卷绕设备将张力反馈信号和极片位置反馈信号传送给张力控制模块处理，同时张力控制模块获取人机界面模块上的张力数值，张力控制模块根据各种卷绕设备特定的张力控制模型，计算出放卷电机和收卷电机应该运行的速度，并将该速度指令信号传递到运动插补计算模块中；\n[0023] D、运动插补计算模块根据速度指令信号，以及指定的系统插补周期，插补计算每个采样周期内放卷电机和收卷电机的位置和速度参数，将其传递至位置控制模块中；\n[0024] E、位置控制模块一方面获取运动插补计算模块每个采样周期的指令，另一方面实时采样电机自身的编码器信号，通过自身的控制算法，计算每个周期电机运行应有的速度，将其作为指令信号发送到电机驱动模块中；\n[0025] F、电机驱动模块产生电机驱动指令信号，实现电机转速的控制，从而完成对卷绕设备的张力控制；\n[0026] G、卷绕设备的一些位置开关实时反馈到通用I/O接口模块中，软PLC模块对其进行管理并实现逻辑控制，同时将开关信息通过上层的数据输入输出模块传递到外部数据库中，并在显示设备上显示其状态。\n[0027] 步骤E中的控制算法为PID控制算法；卷绕设备驱动控制信号包括16位串行DAC芯片的数/模转换信号，该驱动信号为系统提供高速模拟量电机转速控制信号；所述的系统软件可以采用c/c++等语言编写。\n[0028] 同现有技术相比较，本发明所采用的上述技术方案的有益效果在于：\n[0029] 1、硬件结构简单，处理卷绕设备各类信息能力强；\n[0030] 2、系统采用了RTlinux作为操作系统平台，利用RTlinux实时操作系统特性，可以实现微秒级的定时中断，同PLC相比极大地提高了系统的快速响应能力，提高系统的控制性能，具有强大的实时多任务处理能力；\n[0031] 3、在Rtlinux平台上采用c/c++语言编写应用程序代码，可以灵活实现如模糊张力控制、鲁棒张力控制等各种先进控制策略，克服了编写PLC程序需要受其本身支持的指令系统限制，易于实现复杂控制算法。\n附图说明\n[0032] 图1是本发明用于卷绕设备的恒张力控制器硬件结构图；\n[0033] 图2是本发明FPGA主机板硬件模块结构图；\n[0034] 图3是本发明MDI接口板硬件结构框图；\n[0035] 图4是本发明系统软件功能模块结构图；\n[0036] 图5是本发明系统软件实现模型结构构图。\n具体实施方式\n[0037] 以下结合各附图所示之最佳实施例作进一步详述。\n[0038] 本发明之用于卷绕设备的恒张力控制器10，如图1所示，包括通用工业CPU模块\n100、FPGA主机板110和MDI接口板109、人机交互组件108，所述通用工业CPU模块100包括主CPU单元101、显示模块接口102、串行或网络接口103、随机存储器RAM104、外置存储器105、显示设备106、连接总线107；所述FPGA主机板110包含各可编程逻辑器件111；所述MDI接口板109包含现场可编程门阵列FPGA111；所述通用工业CPU模块100通过连接总线107与FPGA主机板进行数据交换；所述MDI接口板109通过485总线与FPGA主机板\n110完成数据交换；\n[0039] 所述控制器10通过运行在通用工业CPU模块100内的系统软件，以及对现场可编程门阵列FPGA 111和复杂可编程逻辑器件CPLD 112进行硬件编程，使其中大量的逻辑门连接成为符合要求的硬件电路，从而最终实现对工业设备在卷绕时的张力控制。\n[0040] 如图1所示，所述通用工业CPU模块100为PC104微控制器装置，采用Rtlinux操作系统作为系统平台，在Rtlinux平台上采用c/c++语言编写应用程序代码，可以灵活实现如模糊张力控制、鲁棒张力控制等各种先进控制策略，克服了编写PLC程序需要受其本身支持的指令系统限制，易于实现复杂控制算法，而RTLinux系统平台是Linux平台下一个使用比较广泛的硬实时操作系统版本，Rtlinux通过修改常规Linux的内核，在Linux和硬件中断间增加了一层实时调度模块，很好而又相当简单实现硬实时性要求，而不影响原来Linux上运行的其他程序。\n[0041] 选择RTlinux作为实时操作系统的优势如下：(1)支持实时任务调度；(2)开放的源代码，丰富的免费软件开发、调试资源；(3)功能强大的内核，而且内核大小功能可以定制，多任务调度性能高效、稳定性好；(4)支持多种体系结构，移植方便；(5)继承了Linux完善的网络通信、图形、文件管理机制、C/C十++/JAVA开发工具和编程接口；(6)支持大量的周边设备，驱动丰富；(7)丰富的实时任务编程接口函数。\n[0042] 如图2所示，利用硬件描述语言VHDL将所述现场可编程门阵列FPGA 111在逻辑上分成outa高速I/O输出模块201、ina高速I/O输入模块202、s_da高速串行数/模转换模块203、keyboardio键盘I/O管理模块204、encoder编码器模块205和ad高速串行模/数转换模块206，以便对卷绕设备驱动控制信号、各种输入/输出信号、编码器反馈信号、极片位置反馈信号、张力反馈信号以及MDI接口板109上的串行输入输出信号进行处理。\n[0043] 所述现场可编程门阵列FPGA 111的数量由自身的容量和需要实现的功能模块数决定，如果单块可编程门阵列FPGA 111容量较小，而需要实现的逻辑功能模块数量较多，在一块现场可编程门阵列FPGA 111不能实现，则可以用两块或多块现场可编程门阵列FPGA 111上进行实现，而且在实际操作中，采用利用硬件描述语言VHDL将现场可编程门阵列FPGA111进行逻辑划分。\n[0044] 如图1所示，FPGA主机板110上包含两块现场可编程门阵列FPGA111，这两块可现场可编程门阵列FPGA111可以采用Altera公司的EP1k50QC系列FPGA芯片，利用硬件描述语言VHDL可使其中一块现场可编程门阵列FPGA111对8路电机的驱动控制电路以及电机的各种IO信号的输入输出控制，使另一块现场可编程门阵列FPGA111处理12路编码器反馈信号和4路张力反馈信号以及MDI接口板上的串行输入输出信号。\n[0045] 如图3所示，用硬件描述语言将复杂可编程逻辑器件CPLD 112在逻辑上分成去抖动电路303、扫描电路306编码电路307、并串转换电路308、分频电路304、指示灯动电路\n305、串并转换电路310和串行通信控制电路309，从而处理从人机交互组件108获取外部信息并传给FPGA主机板110进行处理。\n[0046] 如图3所示，所述复杂可编程逻辑器件CPLD 112工作时各功能模块控制流程包括步骤：\n[0047] a.复杂可编程逻辑器件CPLD 112获取外界信息，所述外界信息包括键盘按键的行列信息；\n[0048] b.通过并串转换电路308，将外界获取的信息通过485总线发送到现场可编程门阵列FPGA111，再由该现场可编程门阵列FPGA111将相应信息传送给通用工业CPU模块100进行处理；\n[0049] c.通用工业CPU模块100根据处理结果，将操作面板上指示灯的驱动信息利用该现场可编程门阵列FPGA111通过485总线发送给复杂可编程逻辑器件CPLD 112处理，由复杂可编程逻辑器件CPLD 112内部的并串转换电路310转化为并行驱动信号，用于驱动可处理72个按键和/或22路指示灯控制信号。\n[0050] 所述连接总线107包括PC104总线。\n[0051] 所述外置存储器(105)包括CF卡、SD卡、MMC卡、使用闪存介质的“优盘”和移动硬盘，用来保存系统程序和应用程序代码。\n[0052] 所述显示设备106包括液晶显示器，用作与用户交互的界面。\n[0053] 所述人机交互组件108直接集成在MDI接口板109上，通过运行在MDI接口板109内复杂可编程逻辑器件CPLD 112的逻辑模块与用户交互。\n[0054] 所述人机交互组件108包括按键盘301和指示灯302，所述键盘其按键主要可分为功能键、字符键、编辑键和菜单选择功能软键以及辅助功能控制键等。MDI接口板设计为可处理72个按键，22个指示灯信号。由于IO点数过于庞大，为精简硬件系统结构，采用复杂可编程逻辑器件CPLD实现键盘扫描、指示灯显示、与FPGA主机板的串行通信等功能。\n[0055] 所述现场可编程门阵列FPGA111采用Altera公司的EP1k50QC系列芯片。\n[0056] 所述CPU单元101采用INTEL公司的Pentium-III处理器。\n[0057] 所述复杂可编程逻辑器件CPLD 112采用Altera公司MAX7000系列型号为EPM7512AETC144的芯片。\n[0058] 为了解决本发明所提出的技术问题，其技术方案还可以是，提供一种卷绕设备恒张力控制的方法，基于用于卷绕设备的恒张力控制器10，尤其是，如图4所示，运行在通用工业CPU模块100内的系统软件包括人机界面模块401、数据输入输出模块402、张力控制模块403、运动插补计算模块404、位置控制模块405、电机驱动模块406、参数设置模块407、通用I/O接口模块408、软PLC模块409、实时诊断模块410所述控制方法包括以下步骤，如图2所示：\n[0059] A、在所述人机界面模块401上设置卷绕设备传动中期望的张力数值；\n[0060] B、将需要处理的卷绕设备的各类信号输入FPGA主机板110上现场可编程门阵列FPGA111对应功能模块上；\n[0061] C、卷绕设备将张力反馈信号和极片位置反馈信号传给张力控制模块403处理，同时张力控制模块403获取人机界面模块401上的张力数值，张力控制模块403根据各种卷绕设备特定的张力控制模型，计算出放卷电机和收卷电机应该运行的速度，并将该速度指令信号传递到运动插补计算模块404中；\n[0062] D、运动插补计算模块404根据速度指令信号，以及指定的系统插补周期，插补计算每个采样周期内放卷电机和收卷电机的位置和速度参数，将其传递至位置控制模块405中；\n[0063] E、位置控制模块405一方面获取运动插补计算模块404每个采样周期的指令，另一方面实时采样电机自身的编码器信号，通过自身的控制算法，计算每个周期电机运行应有的速度，将其作为指令信号发送到电机驱动模块406中；\n[0064] F、电机驱动模块406产生电机驱动指令信号，实现电机转速的控制，从而完成对卷绕设备的张力控制；\n[0065] G、卷绕设备的一些位置开关实时反馈到通用I/O接口模块408中，软PLC模块409对其进行管理并实现逻辑控制，同时将开关信息通过上层的数据输入输出模块402传递到外部数据库中，并在显示设备106上显示其状态。\n[0066] 步骤E中的控制算法为PID控制算法。\n[0067] 所述卷绕设备驱动控制信号包括16位串行DAC芯片的数/模转换信号，该驱动信号为系统提供高速模拟量电机转速控制信号。\n[0068] 所述的系统软件采用c/c++语言编写，并且运行在Rtlinux操作系统中，该系统软件在软件上分成多个功能模块，这些功能模块包括人机界面模块401、数据输入输出模块\n402、张力控制模块403、运动插补计算模块404、位置控制模块405、电机驱动模块406、参数设置模块407、通用I/O接口模块408、软PLC模块409、实时诊断模块410，如图4所示，系统软件部分功能模块的详细描述和定义如下：\n[0069] (1)人机界面模块\n[0070] 该模块完成人机交互功能，包括各种数据显示、手动控制、自动控制等，具有快速开发能力的图形库，支持用户进行二次开发；可由用户定制重新定义界面软键的功能；界面表达简练，支持矢量中文字库。\n[0071] (2)数据输入输出模块\n[0072] 该模块通过以太网接口、USB等接口，完成程序文件、参数文件、外部控制指令等数据输入和输出，系统内部使用统一的数据表达方式，并提供外部文件转换的接口，可供用户在接口添加转换模块以支持不同格式的数据。\n[0073] (3)张力控制模块\n[0074] 该模块是系统的核心模块，负责对上层模块下达的张力控制指令进行处理，负责实际收集阳极和阴极的极片及各隔膜张力信息，同时获取极片和隔膜的移动位置信息，通过计算得到极片和隔膜卷绕中实际运动速度。利用相应的张力控制算法计算得到各电机轴的运动控制指令。\n[0075] (4)运动插补计算模块\n[0076] 该模块负责对上层模块下达的运动控制指令进行处理，实现各个轴的加减速控制，并对输出轨迹进行多次样条插补采样，输出运动轨迹位置点。其所使用的加减速算法和插补算法应能模块化增减，以适应用户不同的要求。\n[0077] (5)位置控制模块\n[0078] 该模块能从电机驱动模块输入系统实际位置的信号(包括开环时的内部位置闭环信号、半闭环时的电机码盘信号和全闭环时的光栅尺信号)进行其和运动插补模块输出位置间的PID控制运算，产生位置控制的速度指令。\n[0079] (6)电机驱动模块\n[0080] 该模块根据位置控制模块发出速度指令转换为产生电机速度驱动信号(包括步进电机和伺服电机)，转换电机或光栅尺码盘信号为系统实际位置信号反馈到位置控制模块。\n[0081] (7)参数设置模块\n[0082] 该模块负责管理系统中各种运动控制、I/O极性和功能设定等参数的修改、保存和输出，并具有一定的数据库管理功能，能与通过数据输入输出模块与外部数据库交互。\n[0083] (8)通用I/O接口模块\n[0084] 该模块管理大量的数字I/O和模拟量I/O，能提供查询和读写这些I/O的软件接口，接口的电气性能要求稳定，数字I/O在驱动大容量继电器或接触器时应使用光耦隔离，模拟量I/O则要求满足标准的+/-10V输出，有较大的驱动能力。\n[0085] (9)软PLC模块\n[0086] 该模块在通用I/O模块的基础上实现软PLC的功能，执行由程序处理模块发出的I/O指令。除了行程开关动作、驱动报警动作等固有功能外，用户能通过数据输入输出模块或人机界面，输入定制的PLC程序用于控制特定的设备。\n[0087] (10)实时诊断模块\n[0088] 该模块完成系统的自诊断功能，维护系统的安全性，显示系统有关状态数据，可用于系统的校准、测试和报警等功能。\n[0089] 图5为控制器软件实现模型，任务模块被划分为运动控制进程、任务管理进程、I/O管理进程、用户界面进程，它们的功能可以描述如下：\n[0090] (1)用户界面进程(GUI)\n[0091] 用户界面进程实现人机界面模块和数据输入输出模块的功能，把其他进程在共享内存发布的状态数据转换为可为操作人员所了解的数字和图形，如参数模块的参数表、运动插补模块的运动轨迹、各个I/O的状态等；而把操作人员的操作和输入的数据转换为指令和数据发送到指定的模块执行。\n[0092] (2)任务管理进程(TASK)\n[0093] 任务管理进程位于系统三层结构的中间，负责从用户界面进程获得张力和运动及IO的指令输入，结合从运动控制进程和I/O管理进程获得当前系统状态做出系统动作决策，把当前允许执行的指令通过共享内存消息机制发送到下一层的进程执行。它实现了程序处理模块、实时诊断模块和参数管理模块三部分功能。\n[0094] (3)I/O管理进程(IO)\n[0095] I/O管理进程实现软PLC模块和通用I/O接口模块的功能，从共享内存通道得到顺序逻辑动作指令，转换为顺序I/O输出，操纵所对应的设备，完成各种系统功能。\n[0096] (4)运动控制进程(MOTION)\n[0097] 运动控制进程根据任务模块发出的运动指令，控制系统各轴的运动，实现运动插补计算模块、位置控制模块和电机驱动模块三部分功能。\n[0098] 上述实现过程为本发明的优先实现过程，本领域的技术人员在本发明的基础上进行的通常变化和替换包含在本发明的保护范围之内。