自1969年世界上誕生了第一臺(tái)可編程邏輯控制器（PLC）以來(lái)，可編程控制技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域便一路高歌，取得了極為廣泛的應(yīng)用。但是在這過(guò)去的30多年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使得工程師們?cè)诠I(yè)應(yīng)用中對(duì)于控制器的功能需求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了當(dāng)初的“順序邏輯控制”的簡(jiǎn)單期望。
來(lái)自于奧地利的貝加萊（B&R）工業(yè)自動(dòng)化公司便是敏銳地捕捉到這一技術(shù)需求的變化，早在1994年便在全球第一個(gè)推出了基于定性實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time multi-tasking Operation System)的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC—Programmable Computer Controller），時(shí)至今日，仍然代表了這一創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，成為新一代自控工程師的新寵。
我們知道，常規(guī)的PLC大多依賴(lài)于單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序，來(lái)處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令以及外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新，整個(gè)應(yīng)用程序采用一個(gè)循環(huán)周期，但事實(shí)上在一個(gè)控制系統(tǒng)中，雖然往往有一些數(shù)據(jù)量是實(shí)時(shí)性要求很高的，但也有很多大慣性的模擬量是沒(méi)有太高實(shí)時(shí)要求的，如果采用同樣的刷新速度其實(shí)是對(duì)資源的浪費(fèi)，而且循環(huán)順序掃描的運(yùn)行機(jī)制也直接導(dǎo)致了系統(tǒng)的控制速度嚴(yán)重依賴(lài)于應(yīng)用程序的大小，應(yīng)用程序一旦復(fù)雜龐大，控制速度就必然降低。這無(wú)疑是與I/O通道高實(shí)時(shí)性控制的要求相違背的。
而貝加萊PCC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案則完美地解決了這一問(wèn)題，與常規(guī)PLC相比較，PCC最大的特點(diǎn)就在于其引入了類(lèi)大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)理念，并輔以多樣化的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)手段，由于分時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，使得應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)周期與程序長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，而是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝需要自由設(shè)定，從而將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開(kāi)來(lái)，滿(mǎn)足了真正實(shí)時(shí)控制的要求，而且這種控制周期是可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，按照用戶(hù)的實(shí)際要求而做相應(yīng)設(shè)定。
傳統(tǒng)PLC運(yùn)行模式
貝加萊PCC-定性分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的運(yùn)行模式基于這樣的運(yùn)行平臺(tái)，PCC的應(yīng)用程序可分為多個(gè)獨(dú)立的任務(wù)模塊，這樣給便應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了極大的便利，因?yàn)楣こ處熆梢苑奖愕馗鶕?jù)控制項(xiàng)目中各子系統(tǒng)的不同功能要求，如數(shù)據(jù)采集，報(bào)警，PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，通信控制等，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的控制程序模塊(任務(wù))，在分別編制和調(diào)試之后，可一同下載至PCC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下，并行協(xié)同運(yùn)行，因?yàn)檫@些模塊既相互獨(dú)立運(yùn)行，而數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，由他們共同實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的控制要求。在這多個(gè)任務(wù)中，根據(jù)不同任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性能的不同需求，設(shè)計(jì)人員可以指定不同的優(yōu)先等級(jí)即確定的循環(huán)周期，從而實(shí)現(xiàn)確定的分時(shí)多任務(wù)控制。即便某個(gè)任務(wù)處于等待狀態(tài)，別的任務(wù)也可繼續(xù)執(zhí)行。
這種多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，采用大型應(yīng)用軟件的模塊化設(shè)計(jì)思想，還帶來(lái)了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)效率上的提高，有著常規(guī)PLC無(wú)法比擬的靈活性。因?yàn)槎嗳蝿?wù)的思想使得各個(gè)任務(wù)模塊的功能描述更趨清晰簡(jiǎn)潔，用戶(hù)可以自行開(kāi)發(fā)自己獨(dú)有的而又同時(shí)具有通用性的獨(dú)立功能模塊，并將其封裝以便于日后在其他應(yīng)用項(xiàng)目中重新使用。而且各個(gè)不同的任務(wù)甚至可以由開(kāi)發(fā)小組的不同成員分別編制，不同的開(kāi)發(fā)人員基于共同的約定，可以靈活選用不同編程語(yǔ)言，這就意味著不僅在常規(guī) PLC上一直為人們所熟悉的梯形圖，指令表等符合IEC6113-3規(guī)范的通用語(yǔ)言可以在PCC上繼續(xù)沿用，而且用戶(hù)還可采用更為高效直觀的高級(jí)語(yǔ)言，比如ANSI C 和Automation Basic，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能和過(guò)程控制算法。而且所有這些編程語(yǔ)言，PCC都采用“符號(hào)變量”來(lái)標(biāo)識(shí)外部I/O通道及內(nèi)部寄存器單元(例如用戶(hù)可用motor_run來(lái)代表某開(kāi)關(guān)量輸出通道，button_down代表某開(kāi)關(guān)量輸入通道)。這樣，軟件開(kāi)發(fā)人員毋需熟知 PCC內(nèi)部的硬件資源分布，而只須集中精力于項(xiàng)目本身的工藝要求，即可迅速編制出結(jié)構(gòu)清晰功能明確的控制程序來(lái)。
PCC在硬件上的特點(diǎn)，還體現(xiàn)在它為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)和應(yīng)用設(shè)計(jì)了許多專(zhuān)用的接口模塊和功能模塊，如溫度、張力、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、示波器、鼓序列發(fā)生、脈沖編碼，稱(chēng)重、超聲波信號(hào)等等。它們將各種形式的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)十分方便的接入以PCC為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中，用戶(hù)可按需要對(duì)I/O通道進(jìn)行數(shù)十點(diǎn)、數(shù)百點(diǎn)至數(shù)千點(diǎn)的擴(kuò)展與聯(lián)網(wǎng)。在PCC模塊內(nèi)部，CPU的數(shù)據(jù)總線(xiàn)與IO總線(xiàn)分離，并配置有獨(dú)立的I/O處理器，特有的時(shí)間處理單元（TPU）在不增加CPU負(fù)荷的前提下，高速處理無(wú)論簡(jiǎn)單或復(fù)雜的定時(shí)任務(wù)，其基準(zhǔn)計(jì)時(shí)頻率可高達(dá)6.29MHz，因此目前被廣泛應(yīng)用于測(cè)頻測(cè)相及PWM等極高精度的時(shí)間處理場(chǎng)合中。而其所有數(shù)字量輸入端都經(jīng)過(guò)了光電耦合隔離，模擬量輸入端也都經(jīng)過(guò)了RC濾波處理，因此具有很好的抗干擾能力，其整體硬件平均無(wú)故障時(shí)間MTBF高達(dá)50萬(wàn)小時(shí)。
PCC在遠(yuǎn)程通信方面的靈活性，是區(qū)別于常規(guī)PLC的另一顯著標(biāo)志，作為構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)分布式控制的主要供應(yīng)商之一，貝加萊PCC為此提供了十分靈活多樣的解決方案。除開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)方案之外，PCC還提供了多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用戶(hù)不僅可以采用貝加萊的獨(dú)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也可以方便的與其他廠(chǎng)家的PLC或其他工控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信(如Siemens，AB， Modicon等)，在一些特殊情況下，PCC還為用戶(hù)提供了創(chuàng)建自定義協(xié)議的幀驅(qū)動(dòng)（Frame drive）工具。特別值得一提是Ethernet POWERLINK網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這是2001年貝加萊公司在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還在討論實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)概念的時(shí)候，便在全球第一次推出并實(shí)用化了真正意義的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，這也是全球第一個(gè)開(kāi)放的安全級(jí)（SIL3）實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)。2007年初該公司又已經(jīng)發(fā)布其實(shí)現(xiàn)了千兆級(jí)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet POWERLINK的消息。由于具備這樣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，PCC常常能解決許多常規(guī)PLC所望塵莫及的通信難題，輕松實(shí)現(xiàn)與各種不同產(chǎn)品，不同通信協(xié)議的高效互聯(lián)。
