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可编程讨算机控制器（PCC ）是一种集标准PLC 、数控系统和工业控制计算机的性能特点于一体的智能控制器，它有极广泛的工业自动化应用前景。本文展示了PCC智能控制器在物料输送自动化方面的应用实例。
由贝加莱（B&R）公司和安博（ABUS）公司合作开发的首套全自动控制轻型标准组合起重机系统在中国工业领域的应用已获成功。该系统的先进技术和方便可靠的使用功能已获得用户十分满意的评价。本文将通过一个实例，作详细介绍
系统的硬件设备
该起重机系统采用了贝加莱（B&R）公司的PCC工业智能控制器和安博（ABUS）公司的轻型起重机标准组件系统HB作为其硬件设备。这是因为人们满足了以下的基本要求，并具有一般意义上的应用前景。
l 、模块化和标淮化
B&R PCC智能控制器，采用了模块化硬件，使它成为开放式的和具有灵活扩展性能的自动控制系统。它拥有大量的硬件模块，如数字量／模拟量模块，电源模块，CPU模块，定位模块，接口模块，内存模块等等。它还拥有众多的专家级模块，如数控模块，温控模块，网络模块等这使得理B&R PCC智能控制器不仅在工业制造过程的自动控制方面有着广泛的应用，也能直接与传统的起重设备相组合，使其具备相应的手动、电动和全自动控制的功能。
作为物料输送设备硬件的ABUS HB系统，是一个轻型起重机标准组件系统，它采用了模块化的标准组件，可以根据工艺流程的需要，由各个标准组件组合成各类轻型起重机，如单轨式、双轨式、三轨式、单梁式、双梁式起重机（压题图为ABUSHB轻型起重机标准组件系统，上图为双轨起重机，下图为双梁起重机）可满足各种各样厂房内平面或线性物料输送的需要。由该系统构造的各类组合起重机的结构也是开放式的，可以根据工艺和物流要求增减和改变起重机的设置。这使得该系统比通常的由H型轨／工字轨构成的轻型起重机具有更好的灵活性。它在输送控制方面，可以根据实际需要，分别或者采用手电门控制和全自动控制。
2 、开放性和兼容性
工业设备的开放性和兼容性要求加工设备和物料输送设备以及控制系统都必须能够适时扩展，增补、修改其已有的功能，兼容和学习新的功能（不论是空间上的还是时间上的）以便满足其产品不断更新换代进而适应市场变化的要求。比如B&RPCC 作为智能控制器，软件上就具备分时多任务操作系统。其开发、编程语言众多，如语言（C）、梯形图、指令表等，并有许多功能函数模块可供调用。它可以采用多种方式（例如CAN , PROFIBUS , ETHERNET方式为网络协议建立现场层、控制层和管理层）实现真正的自动化网络。它除了能实现PCC系列产品间的自由扩展和互联外，还能方便地实现与其它品牌控制器的互联。
由于ABUS HB标准组合起重机采用的是一种柔性悬挂系统，其组合起重机的轨道和横梁都为标准的Ω型钢，起重机的悬挂部件和行走机构都为组合模块，整个起重机系统可以根据物流需要，重新组合、更换、增减和改变。它具有很好的开放性，以及兼容其他同类组合系统的特性。
应用实例
1 ．物料输送过程描述
某轻型起重机的作用是，以一定的顺序，在规定的时间里，连续的将工件送入特定位置上的若干处理池内，进行加工处理（图1）。工件的移动是三维空间上的位置移动。根据加工工艺的要求，马达1 , 3 和4 具备手电门手动控制／全自动控制功能，马达2只需具备手电门手动控制功能。
图1 物料输送流程图
2 ．控制模式
(1) 手动控制模式
手动控制模式是通过常规的手电门地面操作来完成的。手电门直接连接在起重机机身上，其按键可控制起重机的前后，左右运行以及起吊工件上下的运行。起重机每个马达都具有快慢双速调节速度功能。手电门上还有急停按键。
(2) 自动控制模式
自动控制模式由PCC 控制系统来实现，其系统的用户接口包括：
·按键开关（自动和手动的转换开关）
·急停按键
·LCD 显示器
·8 个带灯按键
用户可以通过带灯按键和LCD 显示器输入若干套控制参数（本例共为10 个站），其中需给定：
处理池号i，即容器的编号（i﹦1 , 2 ，… … ，10 表示结束）
时间Ti ，即起重机运行的时间（j﹦1，2 ，… …，表示起重机不同动作的时间）
3 ．用户接口设置
用户接口的设置，是PCC控制系统根据工艺流程的要求应考虑的，如本实例中，设T1﹦工件吊下的时间；T2﹦工件在池中的停留时问；T3﹦工件到下一池站的时间，则根据加工工艺要求，将用户接口设置综述如下表。
用户接口设置表
系统可按表1 完成如下几个工艺流程（图2）
图2 工艺流程实例
（1）在起始位置吊起工作。先按下用户接口上的按钮或手动控制盒的一个确定的按钮，即启动键，确定起重机开始执行该工艺控制程序。
（2） 当工件到达确定位置时，起重机将工件送入池中（见表1 中站1 : T1 )
（3） 起重机在指定的处理池位置等待工件的处理（见表1 中站1 : T2 ）
（4） 起重机将处理过的工件送入下一个指定的池中进行下步处理（见表1 中站1 : T3 )
（5）起重机和工件位于结束位置，表示程序已执行完毕，用户可以通过用户接口或控制盒上的按钮重新开始新一轮的加工过程。
4 ．控制界面菜单的构成（略）
5 . 控制方案图解
自动控制方案的设计优化，需要理论与实践两方面的经验积累。在本实例中的自动控制方案可以通过图3完整地表述出来。
图3 本实例中的自动控制方案图解
6. PCC 控制系统的组成
本实例中的PCC 控制系统由以下三部分组成:
· HMl （用户接口），它是位于PCC 控制系统与起重机控制系统之间的界面。
· CPU 站，此站置于人机界面旁。
· 输入／输出站，它安装在起重机上，通过现场总线与控制系统CPU 站相连。
7. 马达连接和位置开关
传统的方法是马达直接和手动控制的手电门直接相连，通过手电门上的按键控制马达的快速／慢速和转向。反映到起重机运行上则为前后，左右运行和起吊重物的上下运行，并都具有快慢双速的速度调节功能。其控制电压可220V/ 48V 。而PCC 的马达控制连接，为了和PCC控制器相连和起重机具备手电门操作和全自动控制功能，马达的控制配线须更换，并加入输入输出站（图4）
图4 手电们/全自动控制时的马达连接
为了在自动控制模式下得出起重机的确切位置，还需有2个水平限位开关须与起重机相连，其中：
开关1 ：该开关只有在起重机位于起始位置上时才开；
开关2 ：起重机每经过一个处理池，该开关负责传送给PCC控制器一个控制信号。
在自动控制模式下起重机还需要一个起升限位开而关。该开关的作用是，在起重机起吊工件每上升到一个确定的位置，使工件离开处理池时，它都会给PCC控制器发出一个控制信号
目前，国内运用的东风4型系列内燃机车均采用蓄电池供电的串励电动机带动柴油机起动，由于现有的控制系统功能简单，并且受人为因素、蓄电池状态、时间继电器滞后等问题的影响，经常导致柴油机起动困难，蓄电池亏电，柴油机燃烧状态不良等问题的发生，尤其在我国北方地区寒冷的冬季，蓄电池亏电和柴油机起动困难已经成为困扰机务部门的难题之一。运用PCC技术对机车柴油机的起动过程进行智能控制，可以改善柴油机的起动过程，减少起动时蓄电池能量的消耗，改善柴油机的燃烧状态，从而达到提高机车机动性、降低燃油消耗、减少有害物质排放的目的。
1 机车柴油机起动的现状
现以东风4C型机车为例说明柴油机起动中存在的问题，该机车上设有继电器、接触器等有触点电器组成的逻辑柴油机起动控制电路，电路功能简单，故障功率较高，无法实现柴油机起动过程的优化控制。机车上装有起动机油泵专门负责在起动过程中向柴油机的运动件提供润滑油，在柴油机起动前起动机油泵需提前45～60s工作，燃油泵需要提前10s左右向柴油机提供燃油，提前供机油是为了防止柴油机在长时间停机后起动时，其各运动部件因缺油而拉伤;燃油泵提前工作则是为高压油泵正常工作提供必要的燃油压力。起动机油泵运转时间不能过长，否则会消耗大量的蓄电池能量，不利于柴油机的起动。起动电机和燃油泵为同步控制，其起动电路图如图1所示。
图1 东风4 型机车柴油机起动电路原理图
从图中可以看出，柴油机起动必须具备三个条件:一是燃油的供给;二是运动部件润滑;三是蓄电池要有足够的能量驱动起动电机，使柴油机达到一定的起动转速。在整个起动过程中，对起动电机和喷油泵供油齿条的控制都是通过起动接触器QC 来实现的。这种控制方法存在如下缺陷：
⑴采用有触点电器组成控制电路，功能单一，结构复杂，故障率高，无法满足柴油机起动过程的优化控制，与现代的科技发展水平不相适应。
⑵操纵人员必须通过观察判断柴油机起动成功与否来控制起动过程。为此，起动时操作人员必须通过柴油机的声音、转速及机油压力等来判断其起动情况，并通过起动按钮控制起动电动机的工作状态，如果控制不当，可能造成柴油机起动失败，或因起动电机工作时间过长，蓄电池过放而无法继续起动，这就要求操作人员具备较高的素质和丰富的经验。
⑶向气缸内喷油过早。在柴油机转速较低时，喷油压力亦较低，喷油器的喷油质量很差，燃油不能与空气充分混合，拖延点火转速，从而导致起动能耗高，排烟量大，甚至爆燃。
⑷在柴油机已经发火后，蓄电池继续向起动电机供电，造成蓄电池过放，影响蓄电池的寿命。
⑸如果柴油机不能正常点火，长时间按住起动按钮，将造成起动接触器烧损、蓄电池亏电等故障。
对柴油机的起动过程进行优化控制是十分必要的。
2 应用于机车控制的优越性
可编程计算机控制器(Programmable Computer Controller)是以微处理器为核心的通用工业自动控制装置，它完全可以取代继电器逻辑控制装置，不仅能方便地处理开关量和模拟量，还能实现自动定时、计数和算术运算处理等功能。PCC配有大容量的存贮器，通过软件编程代替常规的继电器逻辑控制功能，可使控制系统智能化，并具有体积小、重量轻、速度快、可靠性高和易调试等特点。还能适应高低温、冲击振动、电磁干扰、电源波动等较恶劣的工作环境。 奥地利贝加莱公司生产的B&R2000PCC系列产品是在电源、功能、安全操作方面达到国际先进水平的产品。
2. 1 基于PCC 的机车柴油机起动优化控制
针对目前柴油机起动过程中的缺陷和不足，可以将其起动过程按时间展开，进行编程控制，以PCC为核心组成控制系统，实现起动过程的检测和智能控制。
柴油机的起过程大致可分为四个阶段，即准备、柴油机被驱动转动、发火和建立油压后稳定运转。准备阶段主要是预供机油和燃油1东风4C 型机车采用45～60s 延时控制燃油泵和机油泵运转，以实现起动前预先向机油系统供油。根据起动过程的不同阶段，对现有柴油机起动过程中存在的问题，可逐步优化解决。
2. 2 起动接触器(QC) 的控制
在柴油机起动过程中，起动接触器(QC) 得电与否，应取决于柴油机管路内的油压状况。理想情况下，应取机油压力和燃油压力作为控制信号，这样在起动时，如果因油泵、管路或其它部分出现故障，致使机油和燃油压力达不到要求的范围，将不会使起动接触器闭合起动柴油机。而目前在起动过程中，按下起动按钮1QA 起动机油泵开始工作，并经45～60s延时后，主要靠人为观测机油压力表和燃油压表判断压力是否满足要求，并确定是否停止起动。从某种程度上讲，可以说现有的起动控制逻辑是基于在45～60s的延时时间内，油压一定会建立起来这种假设下，对起动接触器QC进行控制的。由于机油系统和燃油系统的状态差别较大，建立起机油和燃油压力的时间亦不相同，上述假设不符合实际，无法保证控制的jingque性。为此，可采用压力传感器测量机油和燃油压力，并将有关信号通过模拟通道输入到PCC 相应的模块中，由PCC根据设定的压力范围进行判断，并控制QC 的动作。
2. 3 起动电机(QD) 的优化控制
柴油机起动成功与否，关键在于柴油机是否点火，作为起动的终止应受控于柴油机发火转速，如果因为某种原因不能正常起动，则应自动停止起动，以减少蓄电池的放电量和避免起动接触器(QC)烧死。 正常情况下，东风4 型系列机车柴油机起动时，点火转速在150 r/ min 左右，低稳定转速为430 r/min。如果采取转速传感器测出柴油机的转速，并将转速信号输入到PCC 中，由PCC 根据柴油机转速控制QC的通/断，即控制蓄电池向起动电机供电;一方面可节省蓄电池的电能，有利于延长蓄电池的寿命;另一方面，电动机由驱动转动变为柴油机的负载，可降低柴油机起动的转速冲击。
2. 4 对电磁联锁DLS 的供电控制
在柴油机起动过程中，如果在低转速阶段过早的向气缸内喷油将产生许多不良后果，一方面由于压缩终点的温度和压力较低，另一方面由于喷压力低，燃油雾化不良，不能与空气充分混合形成可燃混合气，使得喷入的燃油不能完全燃烧，甚至根本不燃烧;还会降低燃烧室内的温度，从而造成起动困难，甚至爆燃。对起动接触器及调速器内DLS 电磁联锁线圈根据柴油机的起动转速单独进行供电控制是十分必要的。这样，可在柴油机转速达到发火转速后，再拉动喷油泵供油齿条，从而达到在适当的时刻开始向气缸内喷油的目的。
鉴于当柴油机由起动电机(QD) 拖动运转的转速达到点火转速时向气缸内喷油有利于柴油机点火，故DLS线圈通电与否应取决于柴油机拖动转速。 不同的柴油机或同一柴油机在不同的工作环境和状态下，其点火转速是不同的。而影响点火转速的因素主要有气缸内的温度和压力、氧气含量及燃油的雾化状态等，影响气缸内温度的主要因素为油水温度，夏季柴油机油水温度高，容易起动;柴油机冬季则起动困难，可在检测油水温度的前提下，对DLS电磁联锁线圈进行优化控制。
3 柴油机起动PCC 控制器的逻辑设计及流程
3. 1 控制电路
由上述分析可知，在柴油机起动时，可以通过对柴油机转速、机油压力、燃油压力、及油水温度的检测，由PCC对检测到的信号进行快速运算、处理和智能判断，确定合理的点火转速，并对起动接触器、DLS 线圈等进行实时控制。
图2 柴油机起动PCC 控制接线简图 图3 起动流程图
采用PCC 作为柴油机起动控制的核心，其接线简图如图2 所示。由图中可以看出，与原有的控制方法相比，减少了时间继电器1SJ ，由PCC内部的软继电器来实现，增加了转速传感器、温度传感器和压力传感器。该电路实现了起动延时控制，蓄电池供电控制、供油齿条控制以及油压保护电路与起动电路的分离。
在上述过程中，连接到模拟量输入接线端的模拟信号经过模块内的模数转换器(ADC)转换成数字量。
3. 2 起动流程
根据柴油机起动过程中控制信号的工作次序，其起动流程如图3 所示。
在起动过程中，计时环节由PCC 内部的计数器来实现，以防止长期按住1QA 造成QC(起动接触器)
烧损情况的发生。
3. 3 点火转速的确定
柴油机起动的点火转速，可以根据转矩转速的变化而定，东风4型机车阻力特性、运动阻力转矩、电机驱动转矩、加速转矩与电机转速的关系如图4 所示。
图4 点火前后起动转矩、阻力转矩、加速转矩的变化曲线
由柴油机起动系统的运动方程
式中， Ms 为起动电机的电磁转矩，Nm; Me 为起动电机的柴油机阻力转矩，Nm。
当柴油机拖动加速转动后， d Ma/ dn 将由负值向正值逐步变化。 当dMa/ d n =0时，其转速即为点火转速。
经过对影响机车柴油机起动有关参数的实际测量，在标定大气环境下确定其点火转速为150 r/ min。
4 结语
经过模拟试验，采用PCC控制机车柴油机起动与原有的技术相比，可降低柴油机起过程中的转速冲击，排烟量减少，并且达到蓄电池节能的目的。在新的控制中减少了人工长期按住1QA这一操作。 随着技术进步，已出厂机车和新造机车都需要新的手段来改造和装备。如①机车恒功率控制; ②电阻制动;③机车电气故诊断都可采用PCC 来实现。 鉴于PCC强大的功能及适合工业控制的特点，完全可以把其作为整个机车系统智能控制的核心，可以相信，PCC技术的应用将给机车控制带来新的改观。