PCC 的多任务处理原理及在自动校直切断机中的应用

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120 m/min ，生产效率和自动化程度大为提高该机适合于盘元、热轧盘罗、冷轧带肋钢筋的调直与切断，具有不伤肋、无划伤、定尺准、无短节，直线度好，纵径不扭，强度损失小，操作方便，生产效率高等优点。本机主要由放线盘、调直机主机（双牵引，链条传动）液压切断机，配电柜、12米料架组成。

1 PCC 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主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。PLC = Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

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。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 一Task Class）和普通任务级（Task Class）。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 一Task Classl ~HS 一Task Class4、Task Classl~Task Class4 。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 一Task Class2 的周期时间为50us ，则系统每50us执行一次该级别的任务模块。以Task Classl 和Task Class2两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Task Classl ，其实际运行时间是4ms ，Task Classl 执行完后，再执行Task Class2，由于Task Class2 的运行时间是9 ms ，在开始执行Task Classl 到下一次执行（即周期10 ms）时，Task Class2 还未运行完，因Task Classl的优先级别高，所以Task Class2 的执行被打断，而转去执行Task Classl，等执行完Task Classl后，再转去执行Task Class2。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10 ms 的操作系统时钟为周期执行。

图1 PCC 结构模型

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

入﹦（Ti/TT）×100%

式中：入― 该任务对CPU的负载度；

Ti ― 该任务的实际运行时间（ms） ，可由Pro - filer 软件测定；

TT一该任务所处级别的周期（ms）。

为保证CPU 可靠运行，各任务的入不应超过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，一个负责与其它输人／输出模块的通讯，另一个CPU专门用于处理用户程序。CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。 CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。

2 PCC 在自动校直切断机上的应用

（l）液压系统

液压系统原理如图3 所示。图中1 、2 为双联液压泵。切断缸9 下行时，电磁铁8 断电，高压小流量泵l 和低压大流量泵2 同时对切断缸供油，使其快速下行。切断钢筋时负载压力升高，单向阀6 闭合，仅由高压小流量泵l 供油。切断后，泵2 为跟切缸供油，使跟切缸10 快速跟切及返回。阀4 用于系统短时不工作时对大流量泵卸荷。由于跟切和落料运作几乎同时进行，高速切断时两缸所需流量均较大。

图3 液压系统原理图

1 、2 、3 .电机4.接触器系统5.SMC 6 、13.保护装置7.隔离变压器8 、9.开关电源10.固态继电器组 11.电磁铁组12.接触器控制线圈组15.CPU 模块16.DIl35 17.DI439 18.DO435 19.DO720 14.手动按钮组20.光电转换器。

图4 电气系统原理图

（2）PCC及电气系统

图3 中电机1 用于带动校直辊对钢筋校直，电机2 是切断和跟切液压系统的驱动电机，3 是落料液压系统的驱动电机。中间继电器组用于PCC 的输出模块和液压阀电磁铁之间的隔离及信号放大，接触器组用于电机软启动、停止及速度转换。

PCC 的模块配置如图2 所示。CP774 是CPU 模块，也是PCC的核心模块。DIl35 是高速计数模块。校直辊在校直钢筋的同时，带动光电型位置传感器，位置传感器的信号经光电转换器放大整形后送入DIl35 模块，对被校钢筋长度进行检测。DO435 是直流输出模块，其输出触点控制中间继电器，中间继电器输出触点控制电磁阀的动作。D0720 是交流输出模块，其输出触点控制交流接触器的控制线圈，通过交流接触器实现对三台电机的启停控制及校直电机的高低速控制。DI439 是输人模块，手动按钮主要用于系统的调试。PanelWare 是与PCC 配套的人机交互设备，通过RS232 通讯电缆与PCC交互信息。

Pane1Ware的人机交互程序在Pane1Ware Studio 的开发平台上开发，主要是人机界面的设计、输入设定参数、设定并读取控制键等功能。PCC的编程采用Pg2000语言，Pg2000语言是一种类似C 语言的编程语言，它结合了C语言和Pascal语言两者的优点。C语言的大部分语法规则都适用于Pg2000语言。由于PCC 的系统软件支持多任务处理，本设计中按工艺流程应实现的控制功能将整个控制过程划分成14 个任务模块（程序模块），其中主要有参数读取模块、自动切模块、自动跟切模块、自动落料模块、自动停车模块、速度控制模块、连续切控制模块等。这14 个模块根据实时性要求的不同，又划分为三个任务级别。由于自动切模块除了控制切刀的动作外，还负责接收计数器计数值，将其设置为任务级别最高的任务模块，其执行周期最短，从而将计数误差控制到最小限度并及时控制阀的动作。

3 结束语

具有多任务处理功能的PCC 是近年来发展起来的新一代PLC，它不仅适用于小规模的控制，更能胜任复杂的对实时性要求高的控制场合，而且其趋势是系统的可扩展性和对现场总线和网络的支援也在不断增强，随着规模的不断扩大，多任务处理能力越来越显示出生命力。