Page 173 - 电气自动化控制技术研究

第六章 工业自动化伺服驱动器系统的相关研究

加快程序的执行速度。根据控制系统的要求，并结合工程实际环境，对控制软件的总体架

构进行模块化，主要分为通信模块、监控模块、主功能模块和辅助功能模块。程序模块化
可以使程序结构条理清晰，为后期的系统维护和程序扩展提供了便利条件，而且统一模块
在不同的控制程序中可以得到重复使用。
（一）软件总体架构

机器人控制软件，既要有完善的控制功能，能够达到控制目的，完成机器人作业目标，
又要有优越的人机交互功能，可操作性强，并能时刻保证安全，不能因操作人员的微小失

误而出现大的安全事故。机器人的控制系统要有很好的自我保护功能，特别是在工业现场
复杂的作业环境下。操作界面功能模块区别清晰，监控界面简洁明了，并有多重操作方式，
避免单重操作方式带来的隐患。工业机器人的操作方式（即工控机的输入）有鼠标键盘等

计算机外围 I/O 设备、触摸屏以及远控盒。在某一控制方式失效的情况下，其他控制输入
设备仍可继续完成工业机器人的控制，给设备带来较高的安全性和可操作性，远控盒可以

实现远程控制。工控机给伺服驱动器发送控制数据，控制伺服电机的运动，通过控制电磁
阀的 I/O 口控制燃气和氧气的开闭。显示器用以显示各电机的运行状态，I/O 口的开闭状
态以及程序的执行进程。控制系统软件按照其重要性可以分为主功能模块和辅助功能模块。

主功能模块完成机器人的运动状态和数据监控工作，实时刷新监控数据，控制机器人完成
对工件的轮廓测量、轨迹规划、切割和曲面曲率检测功能，并控制各电磁阀的开关。辅助

功能主要是各相关参数的设置，包括各轴脉冲当量的设置、I/O 口的设置以及速度位置软
限位的设置，辅助功能的参数一经设置不轻易改变。通过模块化将复杂的控制系统细化为
多个具体的子功能模块来实现，程序条理性强，也给操作、维护带来了很大的便利。控制

系统软件模块化后，需要解决各模块间的相互关系以及优先级。工业机器人的控制系统比
较复杂，一般采用多线程进行设计，多线程相对于单线程有很强的并行任务处理能力，资
源利用率高。采用多线程可将各模块的优先级转换为线程间的主次关系。

系统控制软件需要时刻进行状态监测，响应外界的交互操作，单线程模式难以达到控
制要求。为保证系统的可靠运行，采用多线程的方式设计系统控制软件。控制系统软件由
一个主线程和多个子线程组成。主线程负责控制系统软件框架的调度，各子线程间参数变

量的传递以及人机交互界面的操作响应。子线程包括状态监测、运动控制等，子线程存在
的生命周期可能较短，但是使用频繁。操作系统以一种循环的方式为线程提供时间片，线

程在分配的时间片内运行，因线程执行的时间片很小，在多个线程间频繁切换，感觉就像
是多个线程在同时运行。若有多个 CPU，则可以实现真正意义上的同时运行。多线程共享
同一进程的地址空间，占用资源少，执行效率高。为提高软件系统的整体效率，创建线程

时应确立各线程的优先级。程序运行的过程中，主线程一直处于运行状态，时刻等待线程
请求。有子线程请求时，创建子线程，并执行子线程的操作任务，同时主线程一直在等待

响应界面操作命令。这样，程序同时执行多个操作任务，互不干扰，提高了程序的执行效
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