今天的单元是我本学期《实验室科研探究》课的第一个单元。这实际上已是我第三次选报《实验室科研探究》课了，选课的原因正如之前某个单元的老师所说，学习自己专业知识让我们变得专业，而学习其他专业知识则可以让我们变得博学。
上课开始，老师为我们播放农夫山泉的生产线的宣传片，里面展示了大量高度流水化、自动化的的生产设备，全程只有最后一步运货需要工作人员参与。老师说，其他步骤都由工作人员远程监控。此外，老师在看到放满水瓶的传送带后，提醒我们这和北京四环很像。
接下来，老师具体讲解了制造自动化的基础知识，以及本次课的两个实践环节。
第一个实践环节是PLC编程体验。PLC指的是可编程逻辑控制器，用来替代古老的继电器组成的控制器（继电器组成的控制器有连线多、维护难、几乎不可扩展的弊端）。PLC有输入和输出接口，输入接口接传感器，输出接口接执行单元。PLC内部存储有程序来读取输入信号，经过某些算术逻辑运算后，控制输出，从而达到控制生产线的功能。老师告诉我们，对PLC的编程主要采用一种叫做T型图的图形化编程方式，代码编程在这个领域较为少见。同时，老师说电梯等设备也用类似的控制系统，它们甚至接入了网络，攻击者只要接入同样的网络，用合适的协议发送数据包，即可接管设备，控制设备执行任意动作，为此，网络安全是十分重要的。
在老师的带领下，我们完成了一个非常简单的程序：输出口0的输出设定为输入口0的反相，输入口1直接输出到输出口1，输入口2直接输出到输出口2。输入口接的是带自锁的按钮，输出口接的是变频器的控制信号。变频器可变频范围为0~60Hz，但由于我国电网频率为50Hz，所以老师不建议我们将频率调至超过50Hz。顺便一提，电动机为三相交流电输入，本实验用的变频器还有单相转三相的功能。最终，程序实现了控制电动机的启停和正反转。值得注意的是，变频器在正反转切换时，先将转速（即频率）慢慢减小至零，然后切换旋转方向，接着才将转速慢慢恢复。
此外，我发现这些控制系统的控制信号采用24V电压标准，和我之前了解过的嵌入式系统使用的5V、3.3V和1.8V不同，我猜测这可能是因为工业控制系统要求输出功率相对较大。
第二个实践环节是观看小型教学用瓶装水灌装线的运转。这条灌装线同样使用PLC控制，但是控制程序肯定比上面的要复杂。
灌装线主要分为这样几个部分：
- 闭环输送带：负责带动水瓶在不同单元之间移动。
- 理瓶单元：负责将空水瓶送上传送带。
- 灌液单元：负责向水瓶中灌水。
- 封盖单元：负责为水瓶盖盖子。
- 检测单元：检测水瓶中水位是否达标（不检测瓶盖是否已盖好）。
- 信号接口单元：连接上述所有传感器和执行单元。
在运转过程中，由于有同学触碰了3.的传感器，灌水器误动作，在没有水瓶的情况下将水灌到了地上。此外，4.由于一些原因，盖瓶盖成功率较低。由此可见，在实际工业级的生产线控制程序中，错误检测、处理和恢复是十分重要的。
总之，我认为本单元的两个实践环节都十分有趣，非常适合工科的学生。
发表评论