疫情中虚拟设备使我们的课程重拾生机 (机械美) 万湖小舟 当大学校园因疫情而关闭，师生都不允许进入实验室时，最具挑战性的事情是如何上实验课。我教的一门课程"可编程逻辑控制器" (Programmable Logic Controller, PLC)就要使用实验室。

学生去PLC实验室有两个目的:

1) 实验室的计算机安装有美国罗克韦尔(Rockwell)自动化公司提供的PLC编程相关软件。学校购买了使用该软件的所有许可证，学生不能在没有许可证的情况下私自安装这些软件在自己的计算机上。

2) 实验室配备了各种物理设备，包括 Allen-Bradley PLC 控制器、许多按钮、开关、指示灯、传感器、液压缸或气动缸、电机、人机界面控制面板以及各种输入和输出设备。所有的实验都将使用这些设备。

如果不能去PLC实验室，学生就无法获得实践经验，将会失去很多实习(Co-op)的机会，影响他们未来的职业生涯。理论上讲这门课就死了。

幸运的是，我们可以使用动画技术创建模拟物理设备的虚拟设备，并且可以远程访问实验室的计算机来使用 PLC 软件。

挑战性在于物理传感器会根据物理量的变化主动向控制器发送信号。虚拟传感器无法感知物理量的变化并输出信号。最终，我开发了一些底层软件，让这些虚拟传感器根据动画中执行器的位置，实时更新计算机的特定内存图像，学生的程序可以读取这个内存图像，相当于读取由传感器传来的信号。

为此我给学生提供了一个编程模板，学生用这个模板编程就基本上跟去实验室的情形一样了。

以下视频演示了在自动控制模式下虚拟设备工作的一个小片段。学生要用这些虚拟设备完成"条件顺序控制"。该顺序控制由 5 个步骤组成。

1) 伸出夹紧油缸，将工件牢固地夹紧在工作台上。

2 开启旋转钻头的电机，进给气缸向前推进，带动钻头进入工件表面。

3) 缩回进给气缸，钻孔完成后将钻头带离工件。

4) 关闭电机，当进给缸完全缩回后。

5) 缩回夹紧油缸，让操作者卸下工件。

有三种工作模式来实现顺序控制，包括手动、步进和自动。操作者可以通过虚拟旋转开关选择工作模式。

手动：操作者必须使用按钮的组合来完成顺序控制。在工作现场出于安全原因，操作面板要求操作人员用双手操作机器以防止发生事故。。

步进：仅使用绿色按钮。操作者按下按钮一次，机器执行一个步骤，直到所有步骤完成为止。

自动：只要操作者将选择器旋转到自动位置，机器将自动完成5个步骤的顺序控制并重复这个生产循环，直到制造的零件数量达到所需的零件数量。

疫情中虚拟设备使我们的课程重拾生机。

(有兴趣的读者可观看我在YouTube上的一个完整视频) <iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/Pa8O0HUFuQM" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen="" style="word-spacing: normal;"></iframe>

贴主:万湖小舟于2022_06_09 20:12:21编辑