四合院：我是雨水表哥
第490章 工业计算机

“每一条产线，都要定制控制柜。轧钢线的控制逻辑，和热处理线不一样；热处理线的控制逻辑，和锻造线又不一样。同一条轧钢线，普碳钢和合金钢的工艺参数也不一样。每个系统都是定制的，每套控制柜都要重新设计电路、重新画版图、重新流片。”

他把图纸放下，看着刘星海。

“集成电路实验室那边，已经被我们折腾得够呛了。宋教授说，这活干不完。”

宋颜教授在旁边哼了一声，没说话。

赵老师继续说：“我在想，能不能换一个思路。”

他从兜里掏出另一张图纸，展开，铺在桌上。

这张图比刚才那张大了一倍，上面画着一个方方正正的框图，每个模块都用红笔标着编号。

“咱们能不能做一台通用的机器？一台可以编程的机器，让它跑不同的程序，就能控制不同的产线。不用每次换硬件，只要换一张二维卡。”

会议室里安静了一瞬。

赵老师指着那张图，声音越来越大。

“这台机器，要能扛得住车间的温度变化、电压波动、电磁干扰，能一天24小时、一年365天不关机地跑。它的指令集不用太复杂，但要实时响应，要能在毫秒级的时间里完成控制决策。”

他直起腰，看着刘星海：“刘教授，我建议立项，研发工业控制计算机。”

会议室里安静了几秒。

宋颜教授第一个开口：“赵老师，你说得轻巧。”

他把手里的铅笔往桌上一放，靠在椅背上。

“你知道按你这个需求，芯片从哪儿来吗？一台机器，少说要用几十块芯片。你要做一百台，就是几千片。这个量，扛得住吗？”

他顿了顿，又说：“再说架构。什么芯片？什么指令集？怎么保证可靠性？怎么保证实时性？这些你想过没有？”

赵老师不慌不忙：“宋教授，你说的这些，是你们集成电路实验室的事。我们只提需求。能做到什么程度，大家一起讨论。”

他指了指桌上那些图纸：“而且，我们不是光提需求。我们已经在收集所有生产一线的电路了。轧钢线的、热处理线的、锻造线的、轴承线的。每一套控制柜的电路图，我们都收上来，分析它们的共性。哪些算法是每个产线都要用的？哪些逻辑是每个产线都要跑的？顺序控制、连锁保护。把这些共性抽出来，就是工业控制计算机的指令集基础。”

魏知远教授开口了：“我支持赵老师的想法。”

他翻着面前那本蓝色封皮的手册。

“数字孪生系统，现在已经固定了17种特种钢的工艺参数。但这些参数怎么用？靠人工从二维卡里读出来，再手动设置到控制柜里。这不是‘智能’，这是‘人肉搬运’。真正的智能化，应该是计算机自己读参数、自己调模型、自己优化工艺。没有计算机，数字孪生就是空中楼阁。”

方教授也点头：“我同意。工业控制计算机如果做出来，我们的传感器就有了真正的用武之地。‘电子耳朵’、红外测温枪，这些设备现在只能独立报警，没法跟整个控制系统联动。如果有了计算机，传感器数据可以直接参与控制决策。”

汤渺教授在旁边补充：“陶瓷刀具的切削参数，也需要计算机来优化。不同材料、不同硬度、不同切削速度，参数都不一样。靠工人经验，能用的只是少数几个组合。如果计算机能自动匹配最优参数，刀具寿命还能再延长。”

刘星海听了一会儿，忽然开口：“小吕。”

吕辰抬起头。

“你说说，如果做这个工业控制计算机，架构怎么设计？”

会议室里所有人的目光都聚到吕辰身上。

对于工业控制计算机，吕辰还真的认真想过，甚至早在星河计划成立之初，就开始琢磨了。

因此，听见刘星海教授点名，他也不怯场。

他起身思考了一下，回答起来。

“我的想法是，技术上要把握三个原则。”

“第一，模块化。把计算机拆成五个独立的模块，每个模块负责一件事。这样做的好处是，哪个模块坏了换哪个，哪个模块需要升级就升级哪个，不影响其他部分。”

“第一个模块，中央处理模块。这是整台机器的‘大脑’。简化昆仑工程的控制核心就可以，不需要向量运算，不需要浮点单元，只要定点运算和逻辑控制就够了。指令集要精简，大概三四十条指令，专门为工业控制设计的。”

他补充道：“这个模块要双冗余。主核心跑程序，辅核心负责监控。主核心如果死机，辅核心在几毫秒内接管。控制生产线，不能停机。一秒钟停机，可能就是几吨废钢。”

与会众人轻轻点头。

“第二个模块，输入输出模块。这是机器的‘眼睛’和‘手’。所有的传感器信号，都接到这个模块上。‘电子耳朵’、红外测温枪，输出的是数字信号还是模拟信号？得统一接口标准。”

他看着方教授：“我建议做两种I/O板。一种数字量I/O，开关量、脉冲量，用光电隔离，把车间里的高压和计算机隔开，保护机器也保护人。一种模拟量I/O，四到二十毫安电流信号或者零到十伏电压信号，用高精度模数转换器，把连续变化的物理量变成数字。”

“I/O模块也要模块化。一条生产线需要多少路输入输出，就插多少块板子。不够了再加，多了就减。标准化、积木化，但不再是每次重新设计电路，而是插拔板子。”

他竖起三根手指：“第三个模块，存储模块。需要三类存储器。”

“第一类，程序存储器。用只读存储器，存操作系统和控制程序。写进去就不改了，防止程序被意外破坏。第二类，数据存储器。用正在研发的存储芯片，存生产过程的实时数据。温度、压力、速度，每秒钟记一次，记在循环缓冲区里，满了就写到磁带上。第三类，参数存储器。用可擦写存储器，存工艺参数。不同的钢材、不同的规格，参数不一样。工人插一张二维卡，机器就把参数加载进来。”

他的声音沉下来。

“第四个模块，电源模块。要单独做。”

“车间里的电压波动大，还有大电机启动时的浪涌。普通计算机的电源扛不住。我建议用冗余电源设计，两个电源模块并联，坏了一个另一个继续供电。再加一个后备电池，停电的时候能撑几分钟，让程序正常退出、数据保存好。”

赵老师点点头。

“第五个模块，通信模块。跟别的机器说话。”