PCC 的多任務(wù)處理原理及在自動校直切斷機中的應(yīng)用

前言

校直切斷機是用于將鋼筋校直并切斷成設(shè)定長度的設(shè)備。原有設(shè)備其校直速度僅30m/min ，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，對校直切斷機的生產(chǎn)效率和自動化程度提出了越來越高的要求。由上海交通大學和錫山市蕩口通用機械廠聯(lián)合研制的高速自動校直切斷機其校直速度可達120 m/min ，生產(chǎn)效率和自動化程度大為提高該機適合于盤元、熱軋盤羅、冷軋帶肋鋼筋的調(diào)直與切斷，具有不傷肋、無劃傷、定尺準、無短節(jié)，直線度好，縱徑不扭，強度損失小，操作方便，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。本機主要由放線盤、調(diào)直機主機（雙牽引，鏈條傳動）液壓切斷機，配電柜、12米料架組成。

1 PCC 的多任務(wù)處理原理

傳統(tǒng)PLC 是單任務(wù)型的，應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)來說僅有一個。PLC主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機械的生產(chǎn)過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。PLC = Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC,plc自1966年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。

具有多任務(wù)處理能力的PCC 的結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示，操作系統(tǒng)內(nèi)核是具有多任務(wù)能力的標準操作系統(tǒng)，主要為多任務(wù)應(yīng)用程序提供資源管理。PCC 軟件包系統(tǒng)允許將用戶任務(wù)（相對獨立的應(yīng)用程序模塊）設(shè)定為高速任務(wù)級別（HS 一Task Class）和普通任務(wù)級（Task Class）。高速任務(wù)級和普通任務(wù)級又可相應(yīng)劃分為如下共8 個任務(wù)級：HS 一Task Classl ~HS 一Task Class4、Task Classl~Task Class4 。其執(zhí)行的優(yōu)先級依次遞減，每個任務(wù)級別又可設(shè)定其周期時間。例如，若Hs 一Task Class2 的周期時間為50us ，則系統(tǒng)每50us執(zhí)行一次該級別的任務(wù)模塊。以Task Classl 和Task Class2兩任務(wù)級別為例的執(zhí)行情況如圖2 所示。多任務(wù)的處理實際上是先執(zhí)行級別高的任務(wù)，如圖2 中的Task Classl ，其實際運行時間是4ms ，Task Classl 執(zhí)行完后，再執(zhí)行Task Class2，由于Task Class2 的運行時間是9 ms ，在開始執(zhí)行Task Classl 到下一次執(zhí)行（即周期10 ms）時，Task Class2 還未運行完，因Task Classl的優(yōu)先級別高，所以Task Class2 的執(zhí)行被打斷，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行Task Classl，等執(zhí)行完Task Classl后，再轉(zhuǎn)去執(zhí)行Task Class2。圖2 中① 表示的是操作系統(tǒng)時鐘，圖2 中② 表示的是系統(tǒng)管理所需時間。系統(tǒng)管理時間用于對系統(tǒng)任務(wù)的管理，此時間不能改變，并以10 ms 的操作系統(tǒng)時鐘為周期執(zhí)行。

圖1 PCC 結(jié)構(gòu)模型

圖2 多任務(wù)執(zhí)行時序

應(yīng)用程序各任務(wù)模塊級別的設(shè)定原則是：在滿足實時性要求的條件下，應(yīng)盡量降低其級別，以避免CPU 過載。應(yīng)用程序的各任務(wù)模塊對CPU 的負載度按下式計算

入﹦（Ti/TT）×100%

式中：入― 該任務(wù)對CPU的負載度；

Ti ― 該任務(wù)的實際運行時間（ms） ，可由Pro - filer 軟件測定；

TT一該任務(wù)所處級別的周期（ms）。

為保證CPU 可靠運行，各任務(wù)的入不應(yīng)超過80 ％。此外，為了提高實時多任務(wù)的處理能力，PCC 在硬件上采用雙CPU結(jié)構(gòu)，一個負責與其它輸人／輸出模塊的通訊，另一個CPU專門用于處理用戶程序。CPU）是一臺計算機的運算核心和控制核心。CPU、內(nèi)部存儲器和輸入/輸出設(shè)備是電子計算機三大核心部件。電腦中所有操作都由CPU負責讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。所謂的計算機的可編程性主要是指對CPU的編程。 CPU由運算器、控制器和寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。差不多所有的CPU的運作原理可分為四個階段：提?。‵etch）、解碼（Decode）、執(zhí)行（Execute）和寫回（Writeback）。

2 PCC 在自動校直切斷機上的應(yīng)用

（l）液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)原理如圖3 所示。圖中1 、2 為雙聯(lián)液壓泵。切斷缸9 下行時，電磁鐵8 斷電，高壓小流量泵l 和低壓大流量泵2 同時對切斷缸供油，使其快速下行。切斷鋼筋時負載壓力升高，單向閥6 閉合，僅由高壓小流量泵l 供油。切斷后，泵2 為跟切缸供油，使跟切缸10 快速跟切及返回。閥4 用于系統(tǒng)短時不工作時對大流量泵卸荷。由于跟切和落料運作幾乎同時進行，高速切斷時兩缸所需流量均較大。

圖3 液壓系統(tǒng)原理圖

1 、2 、3 .電機4.接觸器系統(tǒng)5.SMC 6 、13.保護裝置7.隔離變壓器8 、9.開關(guān)電源10.固態(tài)繼電器組 11.電磁鐵組12.接觸器控制線圈組15.CPU 模塊16.DIl35 17.DI439 18.DO435 19.DO720 14.手動按鈕組20.光電轉(zhuǎn)換器。

圖4 電氣系統(tǒng)原理圖

（2）PCC及電氣系統(tǒng)

圖3 中電機1 用于帶動校直輥對鋼筋校直，電機2 是切斷和跟切液壓系統(tǒng)的驅(qū)動電機，3 是落料液壓系統(tǒng)的驅(qū)動電機。中間繼電器組用于PCC 的輸出模塊和液壓閥電磁鐵之間的隔離及信號放大，接觸器組用于電機軟啟動、停止及速度轉(zhuǎn)換。

PCC 的模塊配置如圖2 所示。CP774 是CPU 模塊，也是PCC的核心模塊。DIl35 是高速計數(shù)模塊。校直輥在校直鋼筋的同時，帶動光電型位置傳感器，位置傳感器的信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器放大整形后送入DIl35 模塊，對被校鋼筋長度進行檢測。DO435 是直流輸出模塊，其輸出觸點控制中間繼電器，中間繼電器輸出觸點控制電磁閥的動作。D0720 是交流輸出模塊，其輸出觸點控制交流接觸器的控制線圈，通過交流接觸器實現(xiàn)對三臺電機的啟?？刂萍靶Ｖ彪姍C的高低速控制。DI439 是輸人模塊，手動按鈕主要用于系統(tǒng)的調(diào)試。PanelWare 是與PCC 配套的人機交互設(shè)備，通過RS232 通訊電纜與PCC交互信息。

Pane1Ware的人機交互程序在Pane1Ware Studio 的開發(fā)平臺上開發(fā)，主要是人機界面的設(shè)計、輸入設(shè)定參數(shù)、設(shè)定并讀取控制鍵等功能。PCC的編程采用Pg2000語言，Pg2000語言是一種類似C 語言的編程語言，它結(jié)合了C語言和Pascal語言兩者的優(yōu)點。C語言的大部分語法規(guī)則都適用于Pg2000語言。由于PCC 的系統(tǒng)軟件支持多任務(wù)處理，本設(shè)計中按工藝流程應(yīng)實現(xiàn)的控制功能將整個控制過程劃分成14 個任務(wù)模塊（程序模塊），其中主要有參數(shù)讀取模塊、自動切模塊、自動跟切模塊、自動落料模塊、自動停車模塊、速度控制模塊、連續(xù)切控制模塊等。這14 個模塊根據(jù)實時性要求的不同，又劃分為三個任務(wù)級別。由于自動切模塊除了控制切刀的動作外，還負責接收計數(shù)器計數(shù)值，將其設(shè)置為任務(wù)級別最高的任務(wù)模塊，其執(zhí)行周期最短，從而將計數(shù)誤差控制到最小限度并及時控制閥的動作。

3 結(jié)束語

具有多任務(wù)處理功能的PCC 是近年來發(fā)展起來的新一代PLC，它不僅適用于小規(guī)模的控制，更能勝任復(fù)雜的對實時性要求高的控制場合，而且其趨勢是系統(tǒng)的可擴展性和對現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)的支援也在不斷增強，隨著規(guī)模的不斷擴大，多任務(wù)處理能力越來越顯示出生命力。