控制器多任務運行的概念/作用/特點/狀態(tài)查看方式

XPLC006E功能簡介

XPLC006E是正運動運動控制器推出的一款多軸經濟型EtherCAT總線運動控制器，XPLC系列運動控制器可應用于各種需要脫機或聯(lián)機運行的場合。

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XPLC006E自帶6個電機軸，最多12軸運動控制（含虛擬軸數(shù)），支持12軸直線插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸設置等功能。

XPLC006E支持多任務同時運行，同時可以在PC上直接仿真運行，編程方式多種可選，支持ZDevelop軟件的Basic/PLC梯形圖/HMI組態(tài)和常用上位機軟件編程。

XPLC006E只支持EtherCAT總線軸，不支持脈沖軸和編碼器軸。采用EtherCAT總線與驅動器通訊，1ms的刷新周期。

XPLC006E支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機API編程支持C#、C++、LabVIEW、VB、matlab、Qt、Linux、.Net、iMAC、Python、 ROS等接口。

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→此款產品有XPLC004E、XPLC006E、XPLC008E三個不同軸數(shù)的型號可選。

XPLC864E功能簡介
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XPLC864E在XPLC006E的功能基礎上做了升級（即上節(jié)介紹的XPLC006E的功能都支持），部分資源空間優(yōu)于XPLC006E，使用方法基本一致，不同之處在于XPLC864E，硬件支持32點輸入、32點輸出、2個ADC、2個DAC，支持脈沖軸和總線軸混合使用，總實軸軸數(shù)為8，除了帶EtherCAT接口之外，輸出口硬件上可配置為8個軸的脈沖方向信號輸出，另帶兩路編碼器輸入，可由輸入口配置

XPLC864E支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機API編程支持C#、C++、LabVIEW、VB、matlab、Qt、Linux、.Net、iMAC、Python、 ROS等接口。

XPLC系列經濟型EtherCAT總線運動控制器支持多種編程方式，支持使用正運動技術自主研發(fā)的ZDevelop開發(fā)環(huán)境的Basic語言和PLC梯形圖，上一節(jié)講解了ModbusRTU或ModbusTcp與觸摸屏通訊，本節(jié)內容主要講解控制器多任務運行的優(yōu)勢。

? 一多任務概念

1.什么是任務

任務是執(zhí)行I/O刷新和用戶程序等一系列指令處理的功能，控制器內的程序均以任務的方式運行，一個任務是指一個正在運行的程序。

2.任務編號的作用

任務編號用于區(qū)分任務，沒有特殊的含義，任務編號的范圍在控制器支持的任務數(shù)量內選取。

3.任務類型

任務的類型無需指定，用戶可用的任務分兩類，自定義的任務和中斷任務。自定義任務由用戶自行開啟，指定任務編號，并編寫任務內的代碼；中斷任務在觸發(fā)了控制器支持的中斷后才會被使用，中斷程序執(zhí)行完成中斷任務便停止，中斷任務無需指定任務號，按系統(tǒng)默認的任務號運行。

4.任務優(yōu)先級

任務默認是無優(yōu)先級的，需要優(yōu)先執(zhí)行的任務支持PROC_PRIORITY設置優(yōu)先級，任務的優(yōu)先級高表現(xiàn)在一個系統(tǒng)周期中優(yōu)先執(zhí)行，再執(zhí)行其他的任務。

5.多任務

多任務即多個程序模塊同時執(zhí)行，并且能夠互不干擾的同時運行，任務的使用由用戶自行分配，但不能超過控制器支持的最大任務數(shù)。

6.任務數(shù)量查詢

XPLC006E支持多任務，不同的控制器支持的任務數(shù)量不同，支持的具體任務數(shù)量，可連接控制器之后，在ZDevelop軟件菜單欄“控制器狀態(tài)”查看或在線命令發(fā)送?*max指令查看，如下圖，表示該控制器用戶可自定義的任務有10個，任務編號范圍為0-9。

二多任務作用

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多任務可以將復雜的程序分成幾個部分，分別開任務來同時執(zhí)行，每個部分的任務是獨立的，這樣就可以使設備的復雜運動過程變得簡單明了，編程更靈活，例如參數(shù)更新、加工、急停、IO掃描等可以劃分不同的任務模塊，沒有多任務的場合程序只能順序執(zhí)行，使得程序的執(zhí)行效率十分低下。

在一個控制周期內，不同的任務根據當前執(zhí)行的指令的差異，任務占用的時間也會有差異，并不完全相同，任務在默認情形下不存在優(yōu)先級，可通過PROC_PRIORITY指令去設置某個任務的優(yōu)先級。

如下圖所示，設置任務5優(yōu)先級為3，優(yōu)先級范圍1-10，10最高。

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三多任務運行特點

1.運動控制器每個運動控制周期(SERVO PERIOD)包含MC、SS、以及用戶多任務程序的運行，如下圖所示。

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（1）Motion Control：運動控制、EtherCAT通訊、中斷的實現(xiàn)。

（2）運動控制包含：單軸運動控制、多軸插補運動、機械手正反解算法等；EtherCAT通訊包含PDO通訊與SDO通訊。

（3）System Service：包含RS232串口通訊、RS485串口通訊、CAN通訊、EtherNET通訊（MODBUS RTU主從通訊以及ZDevelop相關軟件服務）

（4）TASK0、…、TASK21：對應于各個任務的運行，任務編號從0開始，第0個任務到第21個任務。

2.不同類型文件的任務執(zhí)行規(guī)則。

Basic的所有任務只掃描運行一次便停止（除非程序內有WHILE死循環(huán)才會一直運行）。一個工程項目下Basic文件支持同時存在多個自動運行任務，自動運行任務是上電后同時開啟的，無先后順序。

由于PLC程序是自行循環(huán)掃描的，故在一個工程項目下建議PLC只設置一個主任務循環(huán)，PLC子程序若以任務開啟，只運行一次。設置方法為給PLC文件只一個自動運行任務號或者在其他任務中開啟一個PLC任務，那么這個PLC任務便為PLC的主任務。

HMI程序必須要以一個任務去啟動，否則下載程序后無法運行HMI，初始化函數(shù)只掃描執(zhí)行一次，周期函數(shù)循環(huán)掃描。一個工程項目下HMI文件僅支持一個，組態(tài)程序要運行只能通過給HMI文件設置自動運行任務號。

控制器同時處理四個任務，如上圖，任務0123之間是并行的，互不干擾，控制器下載程序之后這四個文件任務同時啟動，同時還能在文件任務執(zhí)行的時候，使用任務指令開啟SUB子程序任務或標記任務，SUB子程序任務或標記任務一旦開啟，便與主程序無關，任務運行停止后可重復觸發(fā)任務執(zhí)行。
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3.控制器多任務的優(yōu)勢。
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（1）程序模塊化：用戶可以將程序編寫成多個較小的、特定的程序，來實現(xiàn)客戶設備指定的功能。

（2）并發(fā)性：每個任務可以獨立運行，任務開啟后，不受其他任務的影響。

（3）簡化錯誤處理：劃分多任務運行后錯誤處理變得簡單，只需處理出錯的任務。

（4）命令交互：程序處于運行狀態(tài)時，用戶也可以隨時進行命令交互，如在線修改運動參數(shù)，在線命令欄發(fā)送指令等，其他程序不受影響。

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四多任務狀態(tài)查看

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任務狀態(tài)有三種，正在運行、停止和暫停，任務狀態(tài)查看有如下3種方式。

1.任務指令查看。

PROC_STATUS：任務狀態(tài)查看，只讀參數(shù)。返回值：0-任務停止，1-任務正在運行，3-任務暫停中。

示例：
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PRINT PROC_STATUS(0)? ? ? ? ?'打印任務0狀態(tài)

?*PROC_STATUS '打印控制器支持的所有任務的狀態(tài)

如下圖 4-7，Basic任務0和1已運行完停止，PLC任務2正在運行。

2.任務窗口查看。

在菜單欄“調試”→“啟動/停止調試”打開任務窗口（如下圖所示），任務窗口可以查看已經開啟的任務的任務編號、運行狀態(tài)、當前文件和運行行號，看不到未開啟的任務。

Basic的任務在程序掃描完成后，任務變?yōu)镾topped狀態(tài)，PLC主任務由于會循環(huán)掃描，所以一直處于Running狀態(tài)。

3.打開菜單欄“調試”→“故障診斷”窗口。

可查看控制器的支持的所有任務編號的狀態(tài)、所處的文件和運行的行號。窗口也可以顯示各任務報錯的故障信息，如下圖所示。

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五多任務啟動與停止

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1.多任務操作指令


多任務主要操作指令如下：

（1）END：當前任務正常結束

（2）STOP：停止指定文件運行的任務

（3）STOPTASK ：停止指定任務

（4）HALT ：停止所有任務

（5）RUN ：啟動新任務運行一個文件

（6）RUNTASK：啟動新任務運行一個SUB或者運行一個帶標簽的程序

（7）PAUSETASK：暫停指定任務

（8）RESUMETASK：恢復指定任務，恢復后任務從停止處繼續(xù)往下執(zhí)行

Basic和PLC的任務操作均是使用以上指令。


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2.多任務啟動


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任務啟動有三種方式，分別是自動運行任務號設置、RUN指令和RUNTASK指令，使用指令開啟任務時，程序掃描執(zhí)行到該指令后再開啟任務。(開啟任務時注意任務編號的填寫，任務不能重復開啟)

（1）自動運行任務號：在“文件視圖”窗口設置自動運動任務號?？刂破魃想姾笫紫葓?zhí)行帶自動運行任務號的文件，自動運行任務號Basic文件可設置多個，PLC文件和HMI文件僅支持一個。自動運行文件為并行運行，上電后同時開啟。

（2）RUN指令將文件作為一個任務啟動。

示例：RUN "TuXing_001.bas",2 '將TuXing_001.bas文件作為任務2啟動

（3）RUNTASK指令將SUB子程序或帶標簽程序作為一個任務啟動。可跨文件開啟全局定義的SUB子程序，要開啟任務的標簽程序只能存在本文件內。

示例：RUNTASK 1,task_home '以任務1啟動task_home子程序


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3.多任務停止


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停止任務指令有STOPTASK，STOP，HALT三種。(任務停止再啟動就會從頭執(zhí)行任務)

開啟任務時，一般先使用STOPTASK停止任務，再RUNTASK開啟，避免任務出現(xiàn)重復開啟報錯。

（1）STOPTASK支持停止文件任務、SUB子程序任務和帶標簽的任務。

示例：STOPTASK 2?'停止任務2

（2）STOP指令支持停止Basic文件任務，推薦使用STOPTASK指令，操作更簡單。

（3）HALT指令停止所有任務

示例：HALT?'停止項目內的所有任務

→快速停止所有任務還可以使用軟件菜單欄的“緊急停止”按鈕、如下圖，項目內有兩個任務，下載運行后，任務0和任務1正在運行中。

→發(fā)送在線命令：STOPTASK 0

→發(fā)送在線命令STOPTASK后停止任務0。

→再次啟動任務可以再次下載程序。

上方程序不能使用RUN指令開啟自動運行文件任務0，因為任務0中自動開啟的任務1仍在運行，若使用指令再次開啟任務0，會導致任務1重復開啟。若停止的任務1，則可以使用RUNTASK指令單獨開啟任務1。


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4.任務暫停與恢復


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暫停任務使用PAUSETASK指令，恢復任務使用RESUMETASK指令?；謴秃笕蝿諒臅和Ｌ幚^續(xù)向下執(zhí)行。暫停的任務支持停止。

（1）PAUSETASK：暫停指定任務

示例：PAUSETASK 1?'暫停任務1

（2）RESUMETASK：恢復指定任務

示例：RESUMETASK 1?'繼續(xù)運行任務1

→如下圖，項目內有兩個任務，下載運行后，任務0和任務1正在運行中。

→發(fā)送在線命令控制任務的暫?；蚧謴?。

→在線命令發(fā)送：PAUSETASK 0 '任務0被暫停

→在線命令發(fā)送：RESUMETASK 0?'任務0恢復運行狀態(tài)

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六多Basic和PLC任務相互調用


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1.Basic調用PLC任務


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（1）Basic文件內使用RUN指令調用PLC文件，如下圖所示。

（2）Basic文件內使用RUNTASK指令調用PLC內LBL指令定義的子程序，如下圖。

2.PLC調用Basic任務


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PLC內使用EXE或EXEP(脈沖執(zhí)行)指令，調用Basic的任務指令，從而調用Basic文件任務或子程序任務，如下圖所示。

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七多任務調用示例


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由于XPLC864E控制器ZDevelop的三種編程方式都支持，同時還支持多種插補功能，給出下面兩個不同的多任務程序案例參考。

程序下載運行，首先啟動帶自動運行任務號的文件，自動運行任務號可設置多個，也可以只設置一個，其他的文件任務采用RUN指令開啟。

之后根據要調用的程序所處位置，在自動運行的文件中加入RUN或RUNTASK指令調用其他任務執(zhí)行。

最后在編程時按功能進行模塊劃分，每個模塊指定一個任務號運行，模塊程序塊在需要時才調用任務執(zhí)行，減少程序掃描時間，提高控制器的執(zhí)行效率。


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1.Basic多任務編程


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示例程序分為兩個Basic文件，Main文件上電自動以任務0運行，其他任務在任務0中使用指令開啟，如下圖所示。

→示例程序多任務調用的框架如下圖所示。

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（1）文件一：Main.bas

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RAPIDSTOP(2)

WAIT IDLE

GlobalInit? ? ?'參數(shù)定義

AxesInit? ? ? ?'軸參數(shù)初始化

WHILE 1

? ?IF? SCAN_EVENT(IN(0))> 0 THEN? ? ?'啟動主運動? ??

? ? ? STOPTASK 2??

? ? ? 'Basic開啟任務調用Basic文件

? ? ? RUN "TuXing_001.bas",2? ?'以任務2運行主運動程序? ??

? ?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? '以任務1啟動回零

? ?ENDIF

WEND

END '主程序結束

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'''參數(shù)定義

GLOBAL SUB GlobalInit()??

? ?'主程序

? ?GLOBAL CONST AXISNUM = 3? ? '總軸數(shù)

? ?GLOBAL g_state'控制器狀態(tài)

? ?g_state = 0? ?'0--初始狀態(tài)；1--待機；2--回零；3--運行

? ?GLOBAL deal_home? '回零標志

? ?deal_home = 0? ??

END SUB

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''' 軸參數(shù)以及IO的定義

GLOBAL SUB AxesInit()

? ?BASE(0,1,2)

? ?DPOS=0,0,0

? ?MPOS=0,0,0

? ?UNITS = 100,100,100? '脈沖當量

? ?ATYPE = 1,1,1? '步進方式

? ?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曲線時間設置?

? ?DATUM_IN=8,9,10? '原點輸入配置

? ?REV_IN=-1,-1,-1? '負向限位，與原點連到一起

? ?FWD_IN=-1,-1,-1? ? '正向限位

? ?ALM_IN = -1,-1,-1

? ?'特殊IO反轉改為常開輸入

? ?INVERT_IN(8,ON)

? ?INVERT_IN(9,ON)

? ?INVERT_IN(10,ON)

? ?MERGE = ON? '缺省配置以主軸0進行的為連續(xù)插補

? ?CORNER_MODE = 2'啟動拐角減速

? ?DECEL_ANGLE = 15 * (PI/180)'開始減速的角度 15度

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

END SUB

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GLOBAL SUB task_home()

? ?g_state = 2? ?'回零中?

? ?FOR i = 0 TO AXISNUM - 1

? ? ? BASE (i)? '選擇參與運動的軸

? ? ? CANCEL(2)? '停止

? ? ? WAIT IDLE

? ?NEXT? ??

? ?FOR i=0 TO AXISNUM-1

? ? ? SPEED(i)=50? ? ? '回零速度

? ? ? HOMEWAIT(i)=100? ? '反找等待時間

? ? ? 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，回到待機狀態(tài)?

? ?deal_home = 1? ?'回零完成標志

END SUB

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GLOBAL SUB sub_stop()? ? '停止

? ?STOPTASK 2? ? ? ?'停止運動主程序

? ?STOPTASK 1? ? '

? ?RAPIDSTOP(2)

? ?WAIT IDLE

? ?g_state = 1? ? '軸停止，回到待機狀態(tài)? ?

END SUB

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（2）文件二：TuXing_001.bas

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IF deal_home = 1 THEN? ? ? ? '判斷回零是否完成，執(zhí)行主程序模塊

? ?g_state = 3? ? ?'運動中

? ?PRINT "開始運動..."

? ?TRIGGER

? ?BASE(0,1,2)

? ?MOVEABS(0,0,0)

? ?MOVE(100) AXIS(2)

? ?MOVECIRC(200,0,100,0,1)? ? '半徑100順時針畫半圓

? ?MOVE(0,-200)

? ?MOVECIRC(-200,0,-100,0,1)

? ?MOVE(0,200)

? ?WAIT IDLE(0)??

? ?WAIT IDLE(2)

? ?PRINT "結束運動..."

? ?g_state = 1? ? ?'運動完成?

ELSE

? ?PRINT "軸未回零,請先回零..."

ENDIF

END

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示波器采樣各軸位置曲線和XY模式下的合成軌跡。

位置曲線

XY模式下的合成軌跡

2.Basic和PLC多任務混合編程


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PLC文件任務建議只設置一個，若同時運行兩個PLC文件任務，會提示告警信息：Warn file:"PLC2.PLC" line:1 task:2, can not set PLC main task, task:1 already be set.

含義是PLC已經有一個主任務1了，但任務2仍能正常運行，如下所示。

PLC文件或Basic文件內使用RUNTASK指令開啟的PLC子程序任務只能運行一次，與PLC內開啟PLC子程序效果一致。

→Basic文件內使用RUNTASK指令開啟的PLC子程序任務，如下圖：

→PLC文件內使用RUNTASK指令開啟的PLC子程序任務，如下圖：

示例：如下圖所示，Basic文件用于參數(shù)初始化，PLC文件用于條件控制軸運行。Basic文件由自動運行任務號0開啟，PLC文件由Basic文件內的RUN指令開啟，開啟之后循環(huán)掃描。

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示例程序：


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（1）Basic文件程序

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RAPIDSTOP(2)

WAIT IDLE(0)

WAIT IDLE(1)

'參數(shù)初始化

BASE(0,1)? ? ? ? ? '選擇XY

DPOS = 0,0

MPOS = 0,0

ATYPE=1,1? ? ? ? ? '脈沖方式步進或伺服

UNITS = 100,100? ? '脈沖當量

SPEED = 100,100

ACCEL = 500,500

DECEL = 500,500

FASTDEC=2000,2000

SRAMP=100,100? ? ? 'S曲線

MERGE = ON? ? ? ? ?'啟動連續(xù)插補

RUN "PLC1.PLC" ,1? '調用PLC文件任務

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（2）PLC文件梯形圖程序，上方Basic程序用PLC梯形圖實現(xiàn)如下圖。

（3）PLC梯形圖對應語句表程序。（注意：PLC梯形圖和語句表之間支持互相轉換）

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//直線插補運動

LD M8002

ZRST M0 M10

LDP X0

DEMOV K300 D0

DEMOV K400? D2

// IN1上升沿啟動運行,IN2按下運動快速停止

LDP X1

OR? M0

ANI? M1

ANI? X2

OUT M0

EXEP? ? @TRIGGER

MOVE D0 D2

LD M8100

PLS M1

END

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（4）直線插補運動效果圖。位置曲線，XY模式下的合成軌跡。

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位置曲線

XY模式下的合成軌跡

?本次，正運動技術經濟型EtherCAT運動控制器(五）：多任務運行，就分享到這里。

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