PCC及其在自动校直切断机中的应用

摘要:本文介绍新型可编程控制器PCC(ProgrammingComputerController)的结构模型、多任务处理方式以及编程特点,同时,还介绍了厂校联合研制的高速自动校直切断机液压和电气系统,以及PCC在高速校直切断机上的应用。

前言

校直切断机是用于将钢筋校直并切断成设定长度的设备。原有设备其校直速度仅为30m/min,随着建筑行业的不断发展,对校直切断机的生产效率和自动化程度提出了越来越高的要求。由上海交通大学和锡山市荡口通用机械厂联合研制的高速自动校直切断机其校直速度可达120m/min,生产效率和自动化程度大为提高。随着校直速度的提高,对控制设备的检测、控制、数据处理的实时性也提出了较高的要求。PLC以其工作可靠(MTBF为10万小时以上)并适用于恶劣的工作环境而得到了广泛的应用。但传统的PLC是单任务型的,不能处理多任务模块。PCC(ProgrammingComputerController)是近年来发展起来的一种新型PLC,它具有多任务处理能力,适合于控制功能复杂、对实时性要求高的场合。

1PCC的多任务处理原理

传统PLC是单任务型的,应用程序对系统来说仅有一个。PLC的系统软件对应用程序反复执行,每执行一遍的时间称为扫描周期,PLC的扫描周期多在1～5ms,该时间足以能识别外部的按钮、开关等的输入并做出响应,这种输入输出的延迟能被大多数的开关型控制场合所接受。然而,在对实时性要求较高的场合,单任务控制方式显得不够灵活甚至不能胜任。

具有多任务处理能力的PCC的结构模型如图1所示,操作系统内核是具有多任务能力的标准操作系统,主要为多任务应用程序提供资源管理。模型的中间层是PCC软件包,它在操作系统内核的基础上对系统任务、多任务应用程序进行管理。系统管理模块和系统任务模块管理系统任务,所谓系统任务是指操作系统的进程。高速任务模块和普通任务模块分别管理高速任务级别和普通任务级别的应用程序。PCC软件包系统允许将用户任务(相对独立的应用程序模块)设定为高速任务级别(HS-TaskClass)和普通任务级(TaskClass)。高速任务级和普通任务级又可相应划分为如下共8个任务级:HS-TaskClass1～HS-TaskClass4、TaskClass1～TaskClass4。其执行的优先级依次递减,每个任务级别又可设定其周期时间。例如,若HS-TaskClass2的周期时间为50μs,则系统每50μs执行一次该级别的任务模块。

图1PCC结构模型

以TaskClass1和TaskClass2两任务级别为例的执行情况如图2所示。多任务的处理实际上是先执行级别高的任务,如图2中的TaskClass1,其实际运行时间是4ms,TaskClass1执行完后,再执行TaskClass2,由于TaskClass2的运行时间是9ms,在开始执行askClass1到下一次执行(即周期10ms)时,TaskClass2还未运行完,因TaskClass1的优先级别高,所以TaskClass2的执行被打断,而转去执行TaskClass1,等执行完TaskClass1后,再转去执行TaskClass2。图2中①表示的是操作系统时钟,图2中②表示的是系统管理所需时间。系统管理时间用于对系统任务的管理,此时间不能改变,并以10ms的操作系统时钟为周期执行。

图2多任务执行时序

应用程序各任务模块级别的设定原则是:在满足实时性要求的条件下,应尽量降低其级别,以避免CPU过载。应用程序的各任务模块对CPU的负载度按下式计算

式中:λ——该任务对CPU的负载度；

Ti——该任务的实际运行时间(ms),可由Profiler软件测定；

TT——该任务所处级别的周期(ms)。

为保证CPU可靠运行,各任务的λ不应超过80%。此外,为了提高实时多任务的处理能力,PCC在硬件上采用双CPU结构,一个负责与其它输入/输出模块的通讯,另一个CPU专门用于处理用户程序。

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