0 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(xué)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。隨著校直速度的提高，對控制設(shè)備的檢測、控制、數(shù)據(jù)處理的實時性也提出了較高的要求。PLC 以其工作可靠（MTBF 為10 萬小時以上）并適用于惡劣的工作環(huán)境而得到了廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)的PLC是單任務(wù)型的，不能處理多任務(wù)模塊。PCC (Programming Computer Contoller）是近年來發(fā)展起來的一種新型PLC ，它具有多任務(wù)處理能力，適合于控制功能復(fù)雜、對實時性要求高的場合。
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的系統(tǒng)軟件對應(yīng)用程序反復(fù)執(zhí)行，每執(zhí)行一遍的時間稱為掃描周期，PLC 的掃描周期多在1 – 5ms ，該時間足以能識別外部的按鈕、開關(guān)等的輸人并做出響應(yīng)，這種輸人輸出的延遲能被大多數(shù)的開關(guān)型控制場合所接受。然而，在對實時性要求較高的場合，單任務(wù)控制方式顯得不夠靈活甚至不能勝任。
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。模型的中間層是PCC 軟件包，它在操作系統(tǒng)內(nèi)核的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)任務(wù)、多任務(wù)應(yīng)用程序進行管理。系統(tǒng)管理模塊和系統(tǒng)任務(wù)模塊管理系統(tǒng)任務(wù)，所謂系統(tǒng)任務(wù)是指操作系統(tǒng)的進程。高速任務(wù)模塊和普通任務(wù)模塊分別管理高速任務(wù)級別和普通任務(wù)級別的應(yīng)用程序。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。
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，故此，落料缸12 采用液壓泵3 獨立供油，以避免泵的流量過大和兩個液壓系統(tǒng)的相互干擾。節(jié)流閥14 用于調(diào)節(jié)落料缸12 的工作速度。
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。由于1 、2 兩臺電機的功率較大，為了減小電機啟動過程中對電網(wǎng)的沖擊，采用電機軟啟動器SMC 對電機進行軟啟動。
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。通過Pane1Ware的面板鍵和顯示屏可設(shè)定被加工鋼筋的規(guī)格、切斷長度、切斷根數(shù)等。
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。而讀取參數(shù)模塊是讀取操作人員輸人的加工參數(shù)設(shè)定值，對實時性要求較低，可以將其設(shè)定為低級別的任務(wù)模塊，加大執(zhí)行周期，以減輕對CPU 的壓力。
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。采用PCC控制的自動校直切斷機其校直速度提高到了原來的4 倍，除生產(chǎn)效率大幅度提高外，其性能、易操作性也有較大的改善。
貝加萊（B&R）工業(yè)自動化是一家專業(yè)致力于創(chuàng)新自動化前沿技術(shù)的全球性領(lǐng)導(dǎo)廠商，總部位于奧地利，目前已在全球60個國家設(shè)立了分支機構(gòu)，擁有155個辦事處。“完美自動化”與“您的全球自動化合作伙伴”是貝加萊工業(yè)自動化的使命與追求。
1996年8月，貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司正式落戶中國上海，本地化的銷售與精湛的技術(shù)隊伍為中國客戶帶來更迅捷的服務(wù)響應(yīng)。十幾年來，貝加萊（中國）一直專注于為國內(nèi)用戶提供高品質(zhì)的自動化全線產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術(shù)解決方案。如今，貝加萊的產(chǎn)品和方案已廣泛應(yīng)用于機械自動化領(lǐng)域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機床、半導(dǎo)體、制藥等行業(yè)；以及過程自動化領(lǐng)域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業(yè)。目前，貝加萊（中國）已成立了北京、廣州、濟南、西<
