摘 要：PCC（Programmable Computer Controller，即可編程計算機控制器）是一種融合了傳統(tǒng)的PLC和IPC的優(yōu)點，具有獨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的特點及優(yōu)勢：分時多任務操作系統(tǒng)；強大的系統(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構成的全開放分布式系統(tǒng)。PCC正逐漸被業(yè)內(nèi)人士認識和接受，并因其卓越的性能而在多種工業(yè)領域中獲得越來越廣泛的應用。
關鍵詞：可編程計算機控制器；X20 I/O ；分布式控制系統(tǒng)；分時多任務操作系統(tǒng)；實時性和開放性

0 引言

可編程控制器PLC和工業(yè)計算機IPC已先后推出多年，它們在各自不同的應用場合已獲得了十分廣泛的應用。在多年的應用實踐中，PLC運算/處理能力不強、實時性、開放性較差和IPC可靠性及可擴展性較差的缺點已逐漸暴露出來，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就順應了這一趨勢，它融合了傳統(tǒng)的PLC和IPC的優(yōu)點，既具有PLC的高可靠性和易擴展性，又有著IPC的強大運算/處理能力和較高的實時性及開放性。

PCC的硬件結構和外貌與PLC十分酷似，但前者具有更強大的處理能力和更高的實時性；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)境適應能力卻大大優(yōu)于后者。
經(jīng)過十多年的發(fā)展和應用，PCC已成為當前工業(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的特點及優(yōu)勢

1.1 PCC在硬件方面的特點

在硬件結構方面，PCC的特點是很明顯的，它兼具了PC機采用高性能 CPU及大容量存儲單元和PLC采用模塊式結構的優(yōu)點。

（1）模塊式的插裝結構，可帶電插拔

PCC具有全模塊式的插裝結構，在工業(yè)現(xiàn)場可以安全、方便地帶電插拔；PCC的CPU和I/O模塊結構緊湊，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、精巧的設計。

（2）其CPU采用了多處理器結構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)，這無疑為功能強大的系統(tǒng)軟件和應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，最大存儲容量可達8GB。

（3）配備了多種信號和通信接口

PCC為工業(yè)現(xiàn)場的各種信號和應用提供了許多專用模塊和功能模塊，如溫度、張力、步進電機驅動、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，用戶可按需要對應用系統(tǒng)的I/O通道進行數(shù)十點、數(shù)百點乃至數(shù)千點的擴展與聯(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，并配置有獨立的I/O處理器。主CPU內(nèi)含有一個獨立的時間處理單元TPU (Time Processing Unit )，在不增加CPU負荷的前提下高速處理簡單或復雜的定時任務，其基準計時頻率可高達6.29MHz，因此目前被廣泛應用于頻率、相位測量及PWM（脈寬調制）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動控制功能和智能溫度控制功能進行集成運動控制功能：高速編碼計數(shù)、速度和位置補償、電子齒輪傳動、凸輪仿形、多軸插補、CNC技術、飛鋸等；

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

1.2 分時多任務操作系統(tǒng)理念和多樣化的應用軟件設計手段
常規(guī)的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監(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算指令及對外部I/O通道的狀態(tài)采集與刷新，整個應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運行模式
但在一個控制系統(tǒng)中，雖然有一些工藝量對實時性的要求很高，但同時卻有更多的工藝量對實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是對系統(tǒng)資源的浪費，而且循環(huán)掃描的運行機制也導致了系統(tǒng)的處理周期主要取決于應用程序的大小，如程序復雜龐大，掃描周期就必然加長，這無疑是與I/O通道對高實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，它們的掃描時間分別為1ms和2ms；而C和D為邏輯控制任務，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程序量較大的PLC/PCC應用程序。圖1表示常規(guī)PLC的運行模式，在該圖上部的任務組合方式中，整個任務（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)，在該圖下部的任務組合方式中，整個任務（A+B+C）被包含在一個掃描時間為8 ms的循環(huán)周期內(nèi)?？梢钥闯?，總的應用程序處理周期為各任務的程序掃描時間的和，程序周而復始地循環(huán)執(zhí)行。

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

圖2 貝加萊PCC-定性分時多任務操作系統(tǒng)的運行模式
圖2表示PCC-定性分時多任務操作系統(tǒng)的運行模式，按照邏輯控制和壓力控制任務分類組合（即圖3中的系統(tǒng)模塊）控制。在該圖上部的邏輯控制任務組合中，邏輯控制任務C、D被有機地分布在間隔為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C、D執(zhí)行時恰好壓力控制任務A、B不執(zhí)行，邏輯任務的處理周期為20 ms；在該圖下部的壓力控制任務組合中，壓力控制任務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A、B執(zhí)行時恰好邏輯控制任務C、D不執(zhí)行，壓力任務的處理周期為5 ms?？梢钥闯?，各個任務是按照分時的運行模式執(zhí)行的，各分類任務組合則按照自己的處理周期（如邏輯任務的20 ms和壓力任務的5 ms）周而復始地循環(huán)執(zhí)行，但壓力任務的優(yōu)先級明顯高于邏輯任務的。