新型的定性分時多任務PLC技術

自1969年世界上誕生了第一臺可編程邏輯控制器（PLC）以來，可編程控制技術在工業控制領域便一路高歌，取得了極為廣泛的應用。但是在這過去的30多年里，計算機技術、電子技術、網絡通信技術以及自動控制技術的飛速發展，使得工程師們在工業應用中對于控制器的功能需求也遠遠超越了當初的“順序邏輯控制”的簡單期望。

來自于奧地利的貝加萊（B&R）工業自動化公司便是敏銳地捕捉到這一技術需求的變化，早在1994年便在全球第一個推出了基于定性實時多任務操作系統(Real Time multi-tasking Operation System)的可編程計算機控制器（PCC—Programmable Computer Controller），時至今日，仍然代表了這一創新技術的發展趨勢，成為新一代自控工程師的新寵。

我們知道，常規的PLC大多依賴于單任務的時鐘掃描
或監控程序，來處理程序本身的邏輯運算指令以及外部的I/O通道的狀態采集與刷新，整個應用程序采用一個循環周期，但事實上在一個控制系統中，雖然往往有一些數據量是實時性要求很高的，但也有很多大慣性的模擬量是沒有太高實時要求的，如果采用同樣的刷新速度其實是對資源的浪費，而且循環順序掃描的運行機制也直接導致了系統的控制速度嚴重依賴于應用程序的大小，應用程序一旦復雜龐大，控制速度就必然降低。這無疑是與I/O通道高實時性控制的要求相違背的。

而貝加萊PCC系統的設計方案則完美地解決了這一問題，與常規PLC相比較，PCC最大的特點就在于其引入了類大型計算機的分時多任務操作系統理念，并輔以多樣化的應用軟件設計手段，由于分時多任務的運行機制，使得應用任務的循環周期與程序長短無關，而是由設計人員根據工藝需要自由設定，從而將應用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區別開來，滿足了真正實時控制的要求，而且這種控制周期是可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求而做相應設定。

傳統PLC運行模式

貝加萊PCC-定性分時多任務操作系統的運行模式

基于這樣的運行平臺，PCC的應用程序可分為多個獨立的任務模塊，這樣給便應用軟件的開發帶來了極大的便利，因為工程師可以方便地根據控制項目中各子系統的不同功能要求，如數據采集，報警，PID調節運算，通信控制等，開發相應的控制程序模塊(任務)，在分別編制和調試之后，可一同下載至PCC的用戶程序存儲器中，在多任務操作系統的調度管理下，并行協同運行，因為這些模塊既相互獨立運行，而數據間又保持一定的相互關聯，由他們共同實現項目的控制要求。在這多個任務中，根據不同任務對實時性能的不同需求，設計人員可以指定不同的優先等級即確定的循環周期，從而實現確定的分時多任務控制。即便某個任務處于等待狀態，別的任務也可繼續執行。

這種多任務的運行機制，采用大型應用軟件的模塊化設計思想，還帶來了項目開發效率上的提高，有著常規PLC無法比擬的靈活性。因為多任務的思想使得各個任務模塊的功能描述更趨清晰簡潔，用戶可以自行開發自己獨有的而又同時具有通用性的獨立功能模塊，并將其封裝以便于日后在其他應用項目中重新使用。而且各個不同的任務甚至可以由開發小組的不同成員分別編制，不同的開發人員基于共同的約定，可以靈活選用不同編程語言，這就意味著不僅在常規 PLC上一直為人們所熟悉的梯形圖，指令表等符合IEC6113-3規范的通用語言可以在PCC上繼續沿用，而且用戶還可采用更為高效直觀的高級語言，比如ANSI C 和Automation Basic，從而實現復雜的數學運算功能和過程控制算法。而且所有這些編程語言，PCC都采用“符號變量”來標識外部I/O通道及內部寄存器單元(例如用戶可用motor_run來代表某開關量輸出通道，button_down代表某開關量輸入通道)。這樣，軟件開發人員毋需熟知 PCC內部的硬件資源分布，而只須集中精力于項目本身的工藝要求，即可迅速編制出結構清晰功能明確的控制程序來。

PCC在硬件上的特點，還體現在它為工業現場的各種信號和應用設計了許多專用的接口模塊和功能模塊，如溫度、張力、步進電機驅動、示波器、鼓序列發生、脈沖編碼，稱重、超聲波信號等等。它們將各種形式的現場信號十分方便的接入以PCC為核心的數字控制系統中，用戶可按需要對I/O通道進行數十點、數百點至數千點的擴展與聯網。在PCC模塊內部，CPU的數據總線與IO總線分離，并配置有獨立的I/O處理器，特有的時間處理單元（TPU）在不增加CPU負荷的前提下，高速處理無論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測頻測相及PWM等極高精度的時間處理場合中。而其所有數字量輸入端都經過了光電耦合隔離，模擬量輸入端也都經過了RC濾波處理，因此具有很好的抗干擾能力，其整體硬件平均無故障時間MTBF高達50萬小時。

PCC在遠程通信方面的靈活性，是區別于常規PLC的另一顯著標志，作為構成現場分布式控制的主要供應商之一，貝加萊PCC為此提供了十分靈活多樣的解決方案。除開放式現場總線的網絡方案之外，PCC還提供了多種網絡協議，用戶不僅可以采用貝加萊的獨有網絡協議，也可以方便的與其他廠家的PLC或其他工控設備聯網通信(如Siemens，AB， Modicon等)，在一些特殊情況下，PCC還為用戶提供了創建自定義協議的幀驅動（Frame drive）工具。特別值得一提是Ethernet POWERLINK網絡協議，這是2001年貝加萊公司在競爭對手還在討論實時工業以太網概念的時候，便在全球第一次推出并實用化了真正意義的實時工業以太網絡，這也是全球第一個開放的安全級（SIL3）實時工業以太網。2007年初該公司又已經發布其實現了千兆級實時工業以太網Ethernet POWERLINK的消息。由于具備這樣的技術優勢，PCC常常能解決許多常規PLC所望塵莫及的通信難題，輕松實現與各種不同產品，不同通信協議的高效互聯。

目前，B&R公司的PCC主要由2005系列、2003系列以及X20 CPU系列構成，由于在網絡通信方面的開放性和結構上的模塊性，三種系列的PCC在構成控制系統的規模上，往往是十分靈活可塑的。也正順應了PLC、IPC及DCS技術相互融合的發展潮流，因此貝加萊的PCC控制器攜其DCS系統APPROL目前在越來越多的工業應用領域中，日益顯示出了其不可低估的發展潛力。

PCC 作為一種可編程計算機控制器，它是專為在工業環境下應用而設計的，是一種新型的定性分時多任務PLC，它不但具備傳統PLC的所有功能，同時融合了最新的IT網絡技術和可選的高級語言編程環境，具有更強大的數學運算能力、網絡通信能力、抗干擾能力和控制能力，從而代表了PLC今后發展的方向，具有更高的可靠性、更豐富的功能和更廣泛的適應性