現(xiàn)代可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC及其應(yīng)用

現(xiàn)代可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC及其應(yīng)用摘

要：闡述了可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC的硬件特點(diǎn)、軟件特點(diǎn)，并結(jié)合齊魯大廈的消防自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)，舉例說明了PCC在工程建設(shè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及其所具有的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC；硬件特點(diǎn)；軟件特點(diǎn)；模塊結(jié)構(gòu)；消防自動(dòng)化可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）作為一個(gè)全新的概念是由奧地利B＆R在工控界提出的。無論是內(nèi)部的硬件功能，還是外部的編程、開發(fā)環(huán)境，PCC都比常規(guī)的可編程邏輯控制器（PLC）有較大的增強(qiáng)和提高。一、PCC的硬件特點(diǎn)PCC2005采用的是16位MOTOROLA68000處理器。它得以使PLC演變到PCC的關(guān)健是B&R成功地將PLC的標(biāo)準(zhǔn)控制功能，與工業(yè)計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)集成到了單一的CPU模塊中。就使得用戶可以十分靈活地借助操作系統(tǒng)的調(diào)度管理，讓多個(gè)應(yīng)用程序（任務(wù)）在一個(gè)CPU之中并行地運(yùn)行（周期可由用戶設(shè)定），從而擺脫了常規(guī)PLC上單個(gè)程序?qū)τ布r(shí)鐘的依賴。這一技術(shù)突破，對(duì)于整個(gè)技術(shù)項(xiàng)目的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)都有十分重要的意義。幾乎所有PCC的硬件結(jié)構(gòu)中都采用了模塊式結(jié)構(gòu)。這一特點(diǎn)使真正靈活自由地?cái)U(kuò)展成為可能能。在PCC上，I/0通道和底板被設(shè)計(jì)成模塊式結(jié)構(gòu)，可以任意插拔：應(yīng)用程序存儲(chǔ)器（APM）實(shí)現(xiàn)了模塊化，用戶可按照其應(yīng)用程序的復(fù)雜程度，在64K到1M的范圍內(nèi)，經(jīng)濟(jì)靈活地選型。安全性對(duì)于一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來說是十分重要的要求，PCC為此在以下各環(huán)節(jié)保障：1、就數(shù)據(jù)傳輸而言，PCC數(shù)據(jù)總線上各模塊不僅經(jīng)過了各種嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，而且PCC的基扳總線上還設(shè)計(jì)了一套完整的局部總線協(xié)議，以保證不正確數(shù)據(jù)無法傳輸。2、為防止模塊式硬件安裝運(yùn)行的各種意外情況出現(xiàn)，PCC不僅為用戶提供了除電源和CPU模塊之外的所有模塊的帶電拔插功能（硬件無損壞、軟件自動(dòng)處理不死機(jī)），而且可以在PCC上電時(shí)，按照實(shí)際插入底板的模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的動(dòng)態(tài)配置和出錯(cuò)處理。3、借助于電池和金箔電容的保護(hù)，PCC系統(tǒng)RAM中的數(shù)據(jù)(程序)最長(zhǎng)可確保3年不會(huì)丟失。與當(dāng)今工業(yè)控制器的發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，PCC系統(tǒng)硬件組態(tài)的開放性十分徹底。不僅實(shí)現(xiàn)了B＆R品牌自身各型號(hào)產(chǎn)品的自由擴(kuò)展與互聯(lián)（本地、遠(yuǎn)程擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)），而且提供了對(duì)其他廠家眾多牌號(hào)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持。如ABDataHighway、Modbus、Sinecl1等，都可以通過PCC統(tǒng)一在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus、CAN等的MAP之下。另外，PCC還提供了通用的串行通信驅(qū)動(dòng)器——幀驅(qū)器（FramDriver），用以創(chuàng)建用戶自己的協(xié)議。二、PCC編程軟件的特點(diǎn)PCC采用通用的PC機(jī)作為在線編程開發(fā)工具，編程軟件為一個(gè)多窗口界面的集成開發(fā)環(huán)境，程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一種稱為GDM（GraphicDesignMethod）的圖形設(shè)計(jì)方法進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。它將整個(gè)項(xiàng)目（應(yīng)用程序）劃分為項(xiàng)目、處理器和任務(wù)等不同層面，各個(gè)層面上均采用GDM圖形方法設(shè)計(jì)各模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。GDM為編程者在對(duì)項(xiàng)目總體的把握上提供了一個(gè)強(qiáng)大有力的工具。PCC的編程語(yǔ)言可以采用常規(guī)PLC的梯型圖（LAD）和指令表（STL），這兩種是廣為PLC開發(fā)人員熟悉的低級(jí)語(yǔ)言；PCC還設(shè)計(jì)了一套基于文本的面向控制的結(jié)構(gòu)化高級(jí)語(yǔ)言——PL2000，使得程序設(shè)計(jì)者對(duì)復(fù)雜控制過程的描述變得非常直觀、精練。上述三種語(yǔ)言，再加上PG2000的各種函數(shù)功能塊（FBK），在項(xiàng)目開發(fā)時(shí)，可以根據(jù)任務(wù)模塊自身的特點(diǎn)而自由選用。PCC的編程軟件包PL2000的調(diào)試查錯(cuò)和在線幫助功能十分強(qiáng)大。運(yùn)用Debugger和PV——Monitor工具，可以實(shí)現(xiàn)源程序級(jí)的單步、多步、單周期和連續(xù)運(yùn)行調(diào)試以及過程變量的監(jiān)視和修改。PG2000的在線幫助功能具有含義敏感性，即編程者可以在任何狀態(tài)下，隨時(shí)獲取所需的幫助信息。另外，PCC還模仿大型機(jī)操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了錯(cuò)誤登錄功能，將所有關(guān)健性錯(cuò)誤和外界對(duì)系統(tǒng)的干涉，連同相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記在一起，登錄到錯(cuò)誤信息模塊中。三、PCC工程設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例這里，以齊魯大廈的樓字消防自動(dòng)化（PA）系統(tǒng)為例，說明PCC在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及所獨(dú)具的魅力。1、工程要求概述該大廈共有33層樓面，大小廳室數(shù)百個(gè)。共分布煙霧火警探頭近2000個(gè)；控制各樓層通風(fēng)機(jī)、防火門、消防泵和總電源開關(guān)等需高達(dá)77個(gè)開關(guān)量；另外還有158個(gè)用于測(cè)試工作下的控制按鈕。在兼顧工程短、成本低的前提下，PCC2005被選用。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)鑒于整棟大廈近2000個(gè)火警煙霧探頭的分布特點(diǎn)，PCC的硬件系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)程擴(kuò)展的方案；地面樓層設(shè)一個(gè)主站，位于集控室的電控箱之內(nèi)。在地面以上的2、6、12、18、24、30樓層設(shè)立6個(gè)從站，控制一定樓層范圍內(nèi)的消防設(shè)備。主站和從站之間通過主站的一快遠(yuǎn)程擴(kuò)展主模塊驅(qū)動(dòng)：而各從站之間則通過集成于電源模塊內(nèi)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)口聯(lián)接而成。輸入信號(hào)的處理：出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，該FA系統(tǒng)的各個(gè)火警探頭的狀態(tài)信號(hào)不是直接被PCC的I/0模塊讀到的，而是采用一套由德國(guó)EPF公司引進(jìn)的消防探頭的前端讀入裝置讀到的。它安裝于集控室之內(nèi)，以固定的掃描周期監(jiān)測(cè)整幢大廈的所有探頭狀態(tài)。在每個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果通過RS232串行口，送至PCC系統(tǒng)處理。而這期間的通信協(xié)議，則通過B&R德幀驅(qū)動(dòng)（FrameDrive），由編程者自動(dòng)創(chuàng)建。另外，為滿足對(duì)所有消防設(shè)施測(cè)試的需要，該系統(tǒng)在集控室內(nèi)設(shè)有一塊控制面板，用158個(gè)按鈕控制各種消防設(shè)施在系統(tǒng)測(cè)試方式下的工作狀態(tài)。為此PCC在主站上配置了5快數(shù)字信號(hào)輸入模塊D1477。輸出信號(hào)的處理：該系統(tǒng)的輸出大體分成兩路。一路是用以驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)火警探頭的LED指示燈，同樣出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，該系統(tǒng)采用了數(shù)套解碼電路，間接驅(qū)動(dòng)每一個(gè)LED的明滅狀態(tài)，大大減少了眾多的LED對(duì)PCC數(shù)字量輸出通道資源的占用。另一路輸出信號(hào)則用以直接驅(qū)動(dòng)各種消防設(shè)施，鑒于驅(qū)動(dòng)電源要求的不同，系統(tǒng)在主站和各從站上分別配置了晶體管輸出模塊D0479和繼電器輸出模塊D0650兩種數(shù)字量信號(hào)輸出模塊。該FA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1FA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由于采用了PCC這一高于常規(guī)PLC的硬件平臺(tái)，基于其CPU上分時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)和PG2000編程軟件包所提供的靈

活多樣的支持，整個(gè)系統(tǒng)的控制采用PL2000高級(jí)語(yǔ)言和LAD（梯形圖）混合編制，由多個(gè)任務(wù)組號(hào)不同的并行任務(wù)模

塊協(xié)同完成。在PG2000的GDM任務(wù)層中，各任務(wù)模塊流程圖如圖2所示。圖2任務(wù)模塊流程圖其中，方框內(nèi)為GDM任務(wù)層中的任務(wù)名稱；橢圓框內(nèi)為與任務(wù)相關(guān)聯(lián)的全程數(shù)據(jù)變量。并行推進(jìn)的各任務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)，分述如下：（1）eff-read任務(wù)模塊用PL2000編制，其功能是通過PCC串行接口，建立與前端裝置eff的通信，獲取表示整個(gè)樓宇火警探頭狀態(tài)的字符序列信息，并將結(jié)果置于PCC的內(nèi)部字符串變量effstr中，兩者之間的通信協(xié)議是由PG2000軟件包中提供的FrameDriver，由用戶自行創(chuàng)建的。（2）eff-chk任務(wù)模塊用PL2000編制，其功能為處理從串行口接收到的eff發(fā)來的字符串，在“Alarm”、“Reset”、“Initialize”及打印狀態(tài)下，分別作出相應(yīng)處理。出現(xiàn)報(bào)警，從字符串中取出報(bào)警探頭位置信息，并將代表所有探頭狀態(tài)的全程數(shù)組變量DB的相應(yīng)元素置1。（3）LED—s任務(wù)模塊用PL2000編制，其功能是監(jiān)測(cè)PCC各站所轄的探頭是否報(bào)警，出現(xiàn)報(bào)警，則將相應(yīng)的樓層與探頭號(hào)送到外部解碼電路。（4）F-GEN任務(wù)模塊用PL2000編制，其功能是監(jiān)測(cè)PCC各樓層所轄的探頭是否報(bào)警，出現(xiàn)報(bào)警，將相應(yīng)的樓層火警標(biāo)志置l，否則清零。（5）F—RElAY任務(wù)模塊用以LAD編制，其功能為按用戶要求及所有消防設(shè)施的分布情況，按樓層火警標(biāo)志，啟動(dòng)相應(yīng)的消防設(shè)施。（6）initproj任務(wù)模塊用PL2000編制，該模塊為整個(gè)控制程序的初始化模塊，用以對(duì)所有全局變量的初始化，與上述任務(wù)模塊不同的是，該任務(wù)模塊僅在FA系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一次。PCC是一種較PLC更高層次的、專為中小型控制項(xiàng)目設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制器。由于它集標(biāo)準(zhǔn)的PLC和工業(yè)