现代可编程计算机控制器PCC及其应用

    摘 要： 阐述了可编程计算机控制器PCC的硬件特点、软件特点，并结合齐鲁大厦的消防自动化（FA）系统，举例说明了PCC在工程建设计中的应用及其所具有的优势。

    关键词： 可编程计算机控制器PCC 硬件特点 软件特点 模块结构 消防自动化    

    可编程计算机控制器（PCC）作为一个全新的概念是由奥地利B＆R在工控界提出的。无论是内部的硬件功能，还是外部的编程、开发环境，PCC都比常规的可编程逻辑控制器（PLC）有较大的增强和提高。

    １ PCC的硬件特点

    PCC2005采用的是16位MOTOROLA 68000处理器。它得以使PLC演变到PCC的关键是B＆R成功地将PLC的标准控制功能，与工业计算机的分时多任务操作系统集成到了单一的CPU模块之中。这就使得用户可以十分灵活地借助操作系统的调度管理，让多个应用程序（任务）在一个CPU之中并行地运行（周期可由用户设定），从而摆脱了常规PLC上单个程序对硬件时钟的依赖。这一技术突破，对于整个技术项目的开发、运行和维护都有十分重要的意义。

    几乎所有PCC的硬件结构中都采用了模块式结构。这一特点使真正灵活自由地扩展成为可能。在PCC上，I/O通道和底板被设计成模块式结构，可以任意插拔；应用程序存储器（APM）也实现了模块化，用户可按照其应用程序的复杂程度，在64K到1M的范围内，经济灵活地选型。

    安全性对于一个实时控制系统来说是十分重要的要求，PCC为此在以下各环节上提供了保障：

    （１）就数据传输而言，PCC数据总线上各模块不仅经过了各种严格标准的检验，而且，PCC的基板总线上还设计了一套完整的局部总线协议，以保证不正确数据无法传输。

    （２）为防止模块式硬件安装运行的各种意外情况出现，PCC不仅为用户提供了除电源和CPU模块之外的所有模块的带电拔插功能（硬件无损坏、软件自动处理不死机），而且可以在PCC上电时，按照实际插入底板的模块，实现系统硬件的动态配置和出错处理。

    （３）借助于电池和金箔电容的保护，PCC系统RAM中的数据（程序）最长可以确保３年不会丢失。

    与当今工业控制器的发展趋势相适应，PCC系统硬件组态的开放性十分彻底。不仅实现了B＆R品牌自身各型号产品的自由扩展与互联（本地、远程扩展、联网），而且提供了对其他厂家众多牌号产品的网络协议的支持。如AB Data Highway、Modbus、SinecL1等，都可以通过PCC统一在标准现场总线Profibus、CAN等的MAP之下。另外，PCC还提供了通用的串行通信驱动器——帧驱器（Fram Driver)，用以创建用户自己的协议。

    ２ PCC编程软件的特点

    PCC采用通用的PC机作为在线编程开发工具，编程软件为一个多窗口界面的集成开发环境，程序结构设计采用一种称为GDM（Graphic Design Method)的图形设计方法进行模块设计。它将整个项目（应用程序）划分为项目、处理器和任务等不同层面，各个层面上均采用ＧＤＭ图形方法设计各模块之间的结构关系。GDM为编程者在对项目总体的把握上提供了一个强有力的工具。

    PCC的编程语言可以采用常规PLC的梯型图（LAD）和指令表（STL），这两种是广为PLC开发人员熟悉的低级语言；PCC还设计了一套基于文本的面向控制的结构化高级语言——PL2000，使得程序设计者对复杂控制过程的描述变得非常直观、精练。上述三种语言，再加上PG2000提供的各种函数功能块（FBK），在项目开发时，可以根据任务模块自身的特点而自由选用。

    PCC的编程软件包PG2000的调试查错和在线帮助功能十分强大。运用Debugger和PV——monitor工具，可以实现源程序级的单步、多步、单周期和连续运行调试以及过程变量的监视和修改。PG2000的在线帮助功能具有含义敏感性，即编程者可以在任何状态下，随时获取所需的帮助信息。另外，PCC还模仿大型机操作系统，设计了错误登录功能，将所有关键性错误和外界对系统的干涉，连同相应的时间标记在一起，登录到错误信息模块中。

    ３ PCC工程设计应用举例

    这里，以齐鲁大厦的楼宇消防自动化（FA）系统为例，说明PCC在工程设计中的应用及所独具的魅力。

    3.1 工程要求概述

    该大厦共有33层楼面，大小厅室数百个。共分布烟雾火警探头近2000个；控制各楼层通风机、防火门、消防泵和总电源开关等需高达77个开关量；另外还有158个用于测试工作方式下的控制按钮。在兼顾工程短、成本低的前提下，PCC2005被选用。

    3.2 系统硬件设计

    鉴于整幢大厦近2000个火警烟雾探头的分布特点，PCC的硬件系统采用了远程扩展的方案；地面楼层设一个主站，位于集控室的电控箱之内。在地面以上的2、6、12、18、24、30楼层分别设立6个从站，控制一定楼层范围内的消防设备。主站和从站之间通过主站的一块远程扩展主模块驱动；而各从站之间则通过集成于电源模块内的远程扩展驱动口联接而成。

    输入信号的处理：出于经济性的考虑，该FA系统的各个火警探头的状态信号并不是直接被PCC的I/O模块读到的，而是采用一套由德国EFF公司引进的消防探头的前端读入装置读到的。它安装于集控室之内，以固定的扫描周期监测整幢大厦的所有探头状态。在每个扫描周期结束时，将监测结果通过RS232串行口，送至PCC系统处理。而这期间的通信协议，则通过B＆R的帧驱动（Frame Drive），由编程者自动创建。

    另外，为满足对所有消防设施测试的需要，该系统在集控室内设有一块控制面板，用158个按钮控制各种消防设施在系统测试方式下的工作状态。为此PCC在主站上配置了5块数字信号输入模块D1477。

    输出信号的处理：该系统的输出大体分成两路。一路是用以驱动对应于每一个火警探头的LED指示灯，同样出于经济性的考虑，该系统采用了数套解码电路，间接驱动每一个LED的明灭状态，大大减少了众多的LED对PCC数字量输出通道资源的占用。另一路输出信号则用以直接驱动各种消防设施，鉴于驱动电流要求的不同，系统在主站和各从站上分别配置了晶体管输出模块DO479和继电器输出模块DO650两种数字量信号输出模块。该ＦＡ系统结构图如图１所示。

    3.3 系统软件设计

    由于采用了PCC这一高于常规PLC的硬件平台，基于其CPU上分时多任务的操作系统和PG2000编程软件包所提供的灵活多样的支持，整个系统的控制程序采用PL2000高级语言和LAD（梯型图）混合编制，由多个任务组号不同的并行任务模块协同完成。在PG2000的GDM任务层中，各任务模块流程图如图２所示。

    其中，方框内为GDM任务层中的任务名称，椭圆框内为与任务相关联的全程数据变量。并行推进的各任务的具体实现，分述如下：

   eff-read任务模块 用PL2000编制，其功能是通过PCC串行接口，建立与前端装置eff的通信，获取表示整个楼宇火警探头状态的字符序列信息，并将结果置于PCC的内部字符串变量effstr中，两者之间的通信协议是由PG2000软件包中提供的Frame Driver，由用户自行创建的。

    eff-chk任务模块 用PL2000编制，其功能为处理从串行口接收到的eff发来的字符串，在“Alarm”、“Reset”、“Initialize”及打印状态下，分别做出相应处理。出现报警时，从字符串中取出报警探头位置信息，并将代表所有探头状态的全程数组变量ＤＢ的相应元素置１。

    LED-s 任务模块 用PL2000编制，其功能是监测PCC各站所辖的探头是否报警。出现报警，则将相应的楼层与探头号送到外部解码电路。

    F-GEN任务模块 用PL2000编制，其功能是监测PCC各楼层所辖的探头是否报警。出现报警则将相应的楼层火警标志置１，否则清零。

    F-RELAY任务模块 用LAD编制，其功能为按用户要求及所有消防设施的分布情况，按楼层火警标志，启动相应的消防设施。

    initproj任务模块 用PL2000编制，该模块为整个控制程序的初始化模块，用以对所有全局变量的初始化，与上述任务模块不同的是，该任务模块仅在FA系统启动时执行一次。

    PCC是一种较PLC更高层次的、专为中小型控制项目设计的计算机控制器。由于它集标准的PLC和工业控制计算机性能于一体，既具有高度结构化的硬件设计，又具有多任务分时操作系统，因而提供了更强大的数据运算和处理能力。它不仅可以用梯型图（LAD）和指令表（STL）编程，而且提供了对结构化高级语言（PL2000）的支持而具有灵活自由的联网和扩展功能。齐鲁大夏的FA系统发挥了PCC的软硬件优势，大大减轻了系统开发强度，缩短了开发周期，现正处于良好的运行状态。