汽車電子控制板功能測試機(jī)的設(shè)計(jì)與控制實(shí)現(xiàn)

□ 卞亞東 □ 王家善 □ 馮志華

蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 江蘇蘇州 215006

目前汽車電子控制板的傳統(tǒng)檢測方法多為手工檢測和部分人機(jī)檢測，總體而言，這兩種方法耗時、效率低，對于檢驗(yàn)員而言是一件苦不堪言的事，誤判、漏判也是時常發(fā)生的，且市場上關(guān)于此類產(chǎn)品的全自動檢測設(shè)備幾乎沒有，這對于公司企業(yè)來說，成本大大提高。鑒于這些傳統(tǒng)方法的缺陷，汽車電子控制板功能測試機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。

汽車電子控制板功能測試機(jī)是針對滯后的傳統(tǒng)測試在操作簡便性上的需求而設(shè)計(jì)的，它采用LabVIEW［1-3］軟件測試平臺、GPIB［4-6］采集卡和系統(tǒng)總線、自動識別測試夾具（協(xié)助控制待測件的位置），并調(diào)用測試程序等一系列先進(jìn)技術(shù)，可自動、快速、準(zhǔn)確地完成電子控制板的各種功能測試，且可由工廠的工程人員按照測試的不同要求更改測試步驟及參數(shù)，并且所有的測試結(jié)果都統(tǒng)計(jì)保存在系統(tǒng)文件中，以供日后隨時調(diào)用和追溯，其功能強(qiáng)大，可對各種汽車電子控制板進(jìn)行測試，是通用化自動測試系統(tǒng)，具有其它通用儀器組合出的功能測試系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢。

基本測試原理：汽車電子控制板功能測試機(jī)通過對標(biāo)準(zhǔn)樣板的參數(shù)采集，設(shè)定誤差范圍，與被測板進(jìn)行比較并判斷是否合格。系統(tǒng)組成：汽車電子控制板功能測試機(jī)由采集單元、控制單元、測試軟件、輸出單元等組成，可外接編程電源和負(fù)載及高采樣率接示波器等外設(shè)。

1 汽車電子控制板功能測試機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

汽車電子控制板功能測試機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體部分由中間工作平臺與若干型材裝配而成，工作臺上為了固定校驗(yàn)板而設(shè)計(jì)了支架臺，其加工精度和定位基準(zhǔn)都要達(dá)到一定的要求［7］，如圖1所示。在測試平臺開始工作時，氣缸從下方垂直將待測板推動至氣缸上限位，使待測板上的焊盤與校驗(yàn)板上的Pin針一一對應(yīng)接觸，并在此位置靜止一定的時間，隨后激光掃描儀開始掃描待測板上的條形碼，并將條形碼的信息反饋給PLC，PLC接收到相關(guān)信息后給上位機(jī)發(fā)出檢測信號。上位機(jī)經(jīng)過電子回路檢測完待測板后，最終將結(jié)果反饋給操作員，操作員根據(jù)結(jié)果對待測板進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時氣缸回到初始位置。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2 汽車電子控制板功能測試機(jī)控制系統(tǒng)的輸入與輸出信號解析

對于該設(shè)備的控制檢測系統(tǒng)，現(xiàn)設(shè)計(jì)的主體控制部分采用西門子 PLC S7-300［8］，該 PLC 由 PS307（24V 2A）電源供電，同時它通過自帶的Profy-bus、RS232等通信接口模塊分別與觸摸屏、上位機(jī)及激光掃描儀相連。PLC起到控制及對各設(shè)備之間信息互換的作用。以下對PLC的輸入與輸出信號進(jìn)行詳細(xì)的解析。

根據(jù)設(shè)備的工作流程，可以得到輸入端的信號。輸入端信號可分為開關(guān)量輸入信號和通信類輸入信號。

2.1 開關(guān)量輸入信號

①啟動信號。操作員按下觸摸屏上的啟動按鈕或者設(shè)備上的啟動搖桿，設(shè)備開始進(jìn)入工作狀態(tài)。

②氣缸上限位。PLC控制氣缸推動待測板至氣缸上限位，使待測板上的焊盤和校驗(yàn)板上Pin針接觸。

③氣缸下限位。氣缸回到初始位置時反饋給PLC的響應(yīng)。

④定位Pin針。位于校驗(yàn)板角落的4根定位Pin針是為了保證待測板上的所有焊盤都能夠和Pin針完全接觸而設(shè)計(jì)的。

⑤安全光柵。在設(shè)備運(yùn)行時，操作員是不可以將身體的任何部位接觸到工作區(qū)域。

⑥急停信號。在設(shè)備運(yùn)行期間，如遇見突發(fā)緊急事件，操作員需要立即停止設(shè)備。

2.2 通信類輸入信號

①掃描條形碼。激光掃描儀自動掃描待測板上的條形碼，并將信息反饋給PLC。

②PLC發(fā)給上位機(jī)的檢測信號。

2.3 設(shè)備控制系統(tǒng)的輸出信號（包括對產(chǎn)品的檢測結(jié)

果和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

① 三色指示燈。包括紅、黃、綠三種顏色，分別代表設(shè)備處于故障、空載、運(yùn)行3種狀態(tài)。

②電磁閥的換向。采用的是三位五通中封式電磁閥?？梢酝瑫r滿足氣缸的上升、靜止和下降3個動作。采用互鎖電路避免兩線圈同時通電所造成的設(shè)備損害現(xiàn)象。

③PLC與觸摸屏之間信息的交換。在設(shè)備運(yùn)行過程中，及時將操作員所需要的信息顯示在觸摸屏上。

根據(jù)以上對測試機(jī)控制系統(tǒng)的解析，可以得到該測試平臺的電氣原理圖，如圖2所示。

圖2 電氣原理圖

3 汽車電子控制板功能測試機(jī)控制系統(tǒng)動作程序圖

對汽車電子控制板功能測試機(jī)控制檢測系統(tǒng)的輸入與輸出有了詳細(xì)的了解后，可根據(jù)輸入與輸出的關(guān)系得到檢測系統(tǒng)動作程序（圖3）。

圖3 動作程序圖

設(shè)備在接收到操作員發(fā)出的啟動信號后，PLC控制電磁閥線圈1通電，使氣缸推動待測電子板上升到氣缸上限位。PLC在此期間一直在檢測判斷是否到達(dá)氣缸上限位，若響應(yīng)為“1”，表示該動作已完成，進(jìn)入下一步，若響應(yīng)為“0”，PLC同時跟蹤接收由安全光柵和急停按鈕發(fā)出的信號，一旦出現(xiàn)危急設(shè)備和人身安全的因素發(fā)生，設(shè)備所有動作立即停止，并發(fā)出紅色指示燈，等待復(fù)位。這一動作在PLC執(zhí)行每一指令時都必須反復(fù)監(jiān)測反饋的，記該動作為M。檢測到待測電子板上的焊盤與Pin針完全接觸后，氣缸停止在該位置一定時間，在這段時間內(nèi)，控制系統(tǒng)要完成兩個工作：①激光掃描儀自動掃描待測電子板上的條形碼，并將掃描結(jié)果通過RS232接口出輸給PLC；②PLC給上位機(jī)發(fā)出檢測信號，上位機(jī)由此調(diào)動與之相應(yīng)匹配的程序，對待測電子板電路進(jìn)行檢測。

如果激光掃描儀在這段時間內(nèi)沒有將信息反饋給上位機(jī)或者上位機(jī)，本身出了故障，那PLC將在觸摸屏上顯示“掃描超時”。若上位機(jī)設(shè)備運(yùn)行正常，上位機(jī)通過電子回路對待測電子控制板進(jìn)行檢測，將結(jié)果反饋給PLC，PLC再將結(jié)果反饋給觸摸屏。為了方便操作員以后對汽車電子控制板的追蹤調(diào)查，上位機(jī)檢測結(jié)束后，會自動將電子板上的相關(guān)信息保存在上位機(jī)內(nèi)，方便以后進(jìn)一步的追蹤調(diào)查。上位機(jī)保存好相關(guān)信息后，上位機(jī)反饋給PLC一個檢測完成信號，PLC控制電磁閥換向，氣缸回到了初始位置，設(shè)備內(nèi)部的所有動作停止。操作員取下并處理已經(jīng)檢測好的電子板，再進(jìn)行下一塊的檢測。

4 結(jié)論

（1）從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度對汽車電子控制板功能測試機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，把非標(biāo)產(chǎn)品逐漸標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。所設(shè)計(jì)設(shè)備不僅適用于汽車電子控制板此類產(chǎn)品，對其它一切測試產(chǎn)品都有一定的通用性。

（2）完善了目前市場上使用的控制檢測系統(tǒng)，新增了激光掃描儀設(shè)備，讓傳統(tǒng)的手工掃描在輸入到系統(tǒng)中這一動作融入到控制系統(tǒng)中，更加方便、準(zhǔn)確。對控制系統(tǒng)中輸入輸出的解析，加深對系統(tǒng)控制原理的理解，為接下來的協(xié)議編程奠定了基礎(chǔ)。

（3）明細(xì)了系統(tǒng)中各輸入輸出在整個過程中的動作狀態(tài)及各控制單元相互之間的聯(lián)系和反饋。

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［8］ 弭洪濤，張鐵軍，牛國成.PLC技術(shù)實(shí)用教程——基于西門子 S7-300［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.