摘 要：PCC（Programmable Computer Controller，即可編程計算機(jī)控制器）是一種融合了傳統(tǒng)的PLC和IPC的優(yōu)點(diǎn)，具有獨(dú)特理念的模塊化控制裝置。本文著重從以下幾個方面來闡述PCC的特點(diǎn)及優(yōu)勢：分時多任務(wù)操作系統(tǒng)；強(qiáng)大的系統(tǒng)能力；軟件的集成開發(fā)環(huán)境；高可靠性；由PCC的CPU和X20 I/O構(gòu)成的全開放分布式系統(tǒng)。PCC正逐漸被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)識和接受，并因其卓越的性能而在多種工業(yè)領(lǐng)域中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：可編程計算機(jī)控制器；X20 I/O ；分布式控制系統(tǒng)；分時多任務(wù)操作系統(tǒng)；實(shí)時性和開放性

0 引言

可編程控制器PLC和工業(yè)計算機(jī)IPC已先后推出多年，它們在各自不同的應(yīng)用場合已獲得了十分廣泛的應(yīng)用。在多年的應(yīng)用實(shí)踐中，PLC運(yùn)算/處理能力不強(qiáng)、實(shí)時性、開放性較差和IPC可靠性及可擴(kuò)展性較差的缺點(diǎn)已逐漸暴露出來，尋求一種性能更為優(yōu)良的控制器已成為各類工業(yè)用戶的迫切需求，由奧地利貝加萊公司 (B&R)于1994年首先推出的PCC就順應(yīng)了這一趨勢，它融合了傳統(tǒng)的PLC和IPC的優(yōu)點(diǎn)，既具有PLC的高可靠性和易擴(kuò)展性，又有著IPC的強(qiáng)大運(yùn)算/處理能力和較高的實(shí)時性及開放性。

PCC的硬件結(jié)構(gòu)和外貌與PLC十分酷似，但前者具有更強(qiáng)大的處理能力和更高的實(shí)時性；在軟件功能方面，它又與某些PC-Based類似，不過其可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力卻大大優(yōu)于后者。
經(jīng)過十多年的發(fā)展和應(yīng)用，PCC已成為當(dāng)前工業(yè)控制器發(fā)展的新方向之一，以PCC作為控制系統(tǒng)核心的方案正逐漸成為工業(yè)自動化系統(tǒng)配置的一種新格局。

1 PCC的特點(diǎn)及優(yōu)勢

1.1 PCC在硬件方面的特點(diǎn)

在硬件結(jié)構(gòu)方面，PCC的特點(diǎn)是很明顯的，它兼具了PC機(jī)采用高性能 CPU及大容量存儲單元和PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

（1）模塊式的插裝結(jié)構(gòu)，可帶電插拔

PCC具有全模塊式的插裝結(jié)構(gòu)，在工業(yè)現(xiàn)場可以安全、方便地帶電插拔；PCC的CPU和I/O模塊結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，接線端子密集，而且在模塊供電及工作狀態(tài)顯示等諸多方面有著完善、精巧的設(shè)計。

（2）其CPU采用了多處理器結(jié)構(gòu)并配備了大容量存儲單元

PCC除了其高性能的主CPU以外，通常還配置了另外兩個處理器，即一個PCC的CPU模塊上有三個處理器，這就最大限度地提高了系統(tǒng)的處理能力。

在其核心的運(yùn)算模塊內(nèi)部，PCC為其CPU配備了數(shù)倍于常規(guī) PLC的大容量存儲單元(100K-64MB)，這無疑為功能強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件提供了有效的硬件支持。

PCC采用可插卡式的CF卡作為存儲介質(zhì)，最大存儲容量可達(dá)8GB。

（3）配備了多種信號和通信接口

PCC為工業(yè)現(xiàn)場的各種信號和應(yīng)用提供了許多專用模塊和功能模塊，如溫度、張力、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、示波器、鼓序列發(fā)生器信號、增量式脈沖編碼信號、稱重信號和超聲波信號、電力測量與并網(wǎng)同步、PWM輸出等。它們將各種形式的現(xiàn)場信號十分方便地接入以PCC為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中，用戶可按需要對應(yīng)用系統(tǒng)的I/O通道進(jìn)行數(shù)十點(diǎn)、數(shù)百點(diǎn)乃至數(shù)千點(diǎn)的擴(kuò)展與聯(lián)網(wǎng)。PCC的所有數(shù)字量輸入端都經(jīng)過了光電耦合隔離，模擬量輸入端也都經(jīng)過了RC濾波處理，因此它具有很好的抗電磁干擾能力。

在PCC模塊內(nèi)部，CPU的數(shù)據(jù)總線與I/O總線分離，并配置有獨(dú)立的I/O處理器。主CPU內(nèi)含有一個獨(dú)立的時間處理單元TPU (Time Processing Unit )，在不增加CPU負(fù)荷的前提下高速處理簡單或復(fù)雜的定時任務(wù)，其基準(zhǔn)計時頻率可高達(dá)6.29MHz，因此目前被廣泛應(yīng)用于頻率、相位測量及PWM（脈寬調(diào)制）等要求極高精度的時間處理場合中。

此外，CPU的主板集成了多種通信接口，PCC還是一款開放性極高的產(chǎn)品，配置了多種通信模塊。

（4）以專用模塊的方式對高精度運(yùn)動控制功能和智能溫度控制功能進(jìn)行集成運(yùn)動控制功能：高速編碼計數(shù)、速度和位置補(bǔ)償、電子齒輪傳動、凸輪仿形、多軸插補(bǔ)、CNC技術(shù)、飛鋸等；

溫度控制模塊：傳感器直接接入，每50ms處理一個PID調(diào)節(jié)回路，帶自校正PID調(diào)節(jié)和參數(shù)整定功能。

1.2 分時多任務(wù)操作系統(tǒng)理念和多樣化的應(yīng)用軟件設(shè)計手段
常規(guī)的PLC大多采用單任務(wù)的時鐘掃描或監(jiān)控程序（某些高檔的PLC，如西門子的S7-300/400系列、羅克韋爾的ControlLogix系列等除外），來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令及對外部I/O通道的狀態(tài)采集與刷新，整個應(yīng)用程序被包含在一個循環(huán)周期內(nèi)（如圖1所示）。

圖1 傳統(tǒng)的PLC運(yùn)行模式
但在一個控制系統(tǒng)中，雖然有一些工藝量對實(shí)時性的要求很高，但同時卻有更多的工藝量對實(shí)時性沒有特殊的要求，如果采用同樣的刷新速度來處理它們其實(shí)是對系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，而且循環(huán)掃描的運(yùn)行機(jī)制也導(dǎo)致了系統(tǒng)的處理周期主要取決于應(yīng)用程序的大小，如程序復(fù)雜龐大，掃描周期就必然加長，這無疑是與I/O通道對高實(shí)時性的要求相違背的。在圖1和圖2中， A和B為壓力控制（回路控制）任務(wù)，它們的掃描時間分別為1ms和2ms；而C和D為邏輯控制任務(wù)，它們的掃描時間分別為5ms和2ms。看來這是一個邏輯控制任務(wù)程序量較大的PLC/PCC應(yīng)用程序。圖1表示常規(guī)PLC的運(yùn)行模式，在該圖上部的任務(wù)組合方式中，整個任務(wù)（A+B+C+D）被包含在一個掃描時間為10 ms的循環(huán)周期內(nèi)，在該圖下部的任務(wù)組合方式中，整個任務(wù)（A+B+C）被包含在一個掃描時間為8 ms的循環(huán)周期內(nèi)。可以看出，總的應(yīng)用程序處理周期為各任務(wù)的程序掃描時間的和，程序周而復(fù)始地循環(huán)執(zhí)行。

而貝加萊PCC系統(tǒng)的設(shè)計方案則完美地解決了這一問題，與常規(guī)PLC相比較，PCC最大的特點(diǎn)就在于其引入了幾類大型計算機(jī)的Runtime定性分時多任務(wù)操作系統(tǒng)理念，并輔之以多樣化的應(yīng)用軟件設(shè)計手段。由于實(shí)行分時多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，應(yīng)用程序可以按照工藝功能和優(yōu)先級的不同分別設(shè)置成不同的任務(wù)和不同的任務(wù)級別，并可根據(jù)要求自行設(shè)定任務(wù)的循環(huán)時間，使得應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)周期與程序長短無關(guān)，從而將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實(shí)時控制的要求，而且它可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，按照用戶的實(shí)際需求而做相應(yīng)調(diào)整（如圖2所示）。

圖2 貝加萊PCC-定性分時多任務(wù)操作系統(tǒng)的運(yùn)行模式
圖2表示PCC-定性分時多任務(wù)操作系統(tǒng)的運(yùn)行模式，按照邏輯控制和壓力控制任務(wù)分類組合（即圖3中的系統(tǒng)模塊）控制。在該圖上部的邏輯控制任務(wù)組合中，邏輯控制任務(wù)C、D被有機(jī)地分布在間隔為5 ms的5個時間段中按優(yōu)先級順序先后執(zhí)行，邏輯控制任務(wù)C、D執(zhí)行時恰好壓力控制任務(wù)A、B不執(zhí)行，邏輯任務(wù)的處理周期為20 ms；在該圖下部的壓力控制任務(wù)組合中，壓力控制任務(wù)A、B在每一個5 ms的時間間隔中均按順序先后執(zhí)行，壓力控制任務(wù)A、B執(zhí)行時恰好邏輯控制任務(wù)C、D不執(zhí)行，壓力任務(wù)的處理周期為5 ms。可以看出，各個任務(wù)是按照分時的運(yùn)行模式執(zhí)行的，各分類任務(wù)組合則按照自己的處理周期（如邏輯任務(wù)的20 ms和壓力任務(wù)的5 ms）周而復(fù)始地循環(huán)執(zhí)行，但壓力任務(wù)的優(yōu)先級明顯高于邏輯任務(wù)的。