基于PLC控制的微型變壓器自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 健，謝 晉，王日森，阮詩揚(yáng)，萬 睿

（1.華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣州 510000；2.東莞市嘉龍海杰電子科技有限公司，東莞523000）

微型變壓器是電源系統(tǒng)中必不可缺的零件，已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、家電、汽車、醫(yī)療設(shè)備及航空航天等領(lǐng)域中[1]。隨著家用電器及電子設(shè)備不斷發(fā)展，市場對微型變壓器的需求量將日益增大[2]。

目前，微型變壓器行業(yè)主要采用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)模式，已到達(dá)半自動化生產(chǎn)的水平[3]。然而，由于變壓器測試工作仍需要人工完成，人工測試勞動強(qiáng)度較大，測試效率低且可能分揀出錯(cuò)，造成品質(zhì)異常。故在此設(shè)計(jì)了自動測試系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)自動測試、自動分揀作業(yè)，有效地提高變壓器的測試效率和降低變壓器的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

1 微型變壓器測試設(shè)備及工作原理

1.1 微型變壓器測試設(shè)備

微型變壓器自動測試設(shè)備如圖1 所示，微型變壓器測試設(shè)備各機(jī)構(gòu)的分布，按照測試流動方向分別為治具升降機(jī)構(gòu)1、載具輸送機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品載具、高壓測試機(jī)構(gòu)、綜合測試機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、治具升降機(jī)構(gòu)2。

圖1 微型變壓器自動測試設(shè)備Fig.1 Micro transformer automatic test equipment

該設(shè)備可以完成B900 微型變壓器的自動測試工作和產(chǎn)品載具的循環(huán)利用。其工作原理如下：作業(yè)人員將裝載有微型變壓器的載具放在載具輸送機(jī)構(gòu)上，載具輸送機(jī)構(gòu)依次將治具裝載機(jī)構(gòu)送到高壓測試工站進(jìn)行高壓測試、綜合測試工站進(jìn)行綜合測試、下料工站完成分選下料。此后，產(chǎn)品被送至治具升降機(jī)構(gòu)2 中，當(dāng)光電傳感器感應(yīng)到產(chǎn)品載具到達(dá)相應(yīng)位置后，治具升降機(jī)構(gòu)2 會下降，將產(chǎn)品載具轉(zhuǎn)移到下層載具輸送機(jī)構(gòu)中。然后，下層載具輸送機(jī)構(gòu)將載具輸送至治具升降機(jī)構(gòu)1 中，當(dāng)光電傳感器感應(yīng)到產(chǎn)品載具到達(dá)相應(yīng)位置后，治具升降機(jī)構(gòu)1 會上升將產(chǎn)品載具轉(zhuǎn)移到上料工站，從而實(shí)現(xiàn)微型變壓器的自動測試工作和產(chǎn)品載具的循環(huán)使用。

微型變壓器載具如圖2 所示。產(chǎn)品載具由微型變壓器、變壓器定位治具、測試定位板、支撐塊組成，起到安裝定位微型變壓器的作用。

圖2 微型變壓器載具視圖Fig.2 View of micro transformer carrier

載具輸送機(jī)構(gòu)如圖3 所示。載具輸送機(jī)構(gòu)傳動組件、電機(jī)、鋁型材組件、擋料氣缸安裝板、擋料氣缸、輸送機(jī)構(gòu)安裝板、轉(zhuǎn)軸、軸承座、輸送機(jī)構(gòu)定位板、電機(jī)安裝板、傳送帶組成。載具輸送機(jī)構(gòu)空間布局有上下兩層結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)將產(chǎn)品載具輸送到各工站進(jìn)行測試及下料；下層結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)把產(chǎn)品載具運(yùn)回上料工站。

圖3 載具輸送機(jī)構(gòu)視圖Fig.3 View of carrier conveyor

高壓測試機(jī)構(gòu)如圖4 所示。高壓測試機(jī)構(gòu)由后推組件安裝板、下壓組件安裝板、下壓氣缸、導(dǎo)柱導(dǎo)套組件、后推組件安裝板、氣缸連接件、后推氣缸、后導(dǎo)軌、后導(dǎo)套、支撐柱、針床組件、下壓組件、產(chǎn)品載具、定位板、前導(dǎo)套、前導(dǎo)軌、前推氣缸。高壓測試機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將產(chǎn)品載具定位，并使測試探針與變壓器PIN 腳良好接觸，順利完成高壓測試。

圖4 高壓測試機(jī)構(gòu)視圖Fig.4 View of high-voltage testing mechanism

1.2 微型變壓器測試流程

微型變壓器的測試包括耐高壓測試、直流電阻測試、綜合測試等項(xiàng)目。

B900 變壓器測試流程如下：作業(yè)員將產(chǎn)品放入測試治具， 測試治具依次到達(dá)耐高壓測試工站、綜合測試工站進(jìn)行測試，最后由下料機(jī)械手將產(chǎn)品分揀到下料工位。

耐高壓測試是在4.5 kV 高壓下，對各繞組之間進(jìn)行耐壓檢測；綜合測試是在100 kHz，1 V 電壓下，檢測各繞組的電感值L，漏感值Lk，電阻值等參數(shù)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC 是基于微處理器技術(shù)的工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成靈活，具有聯(lián)網(wǎng)方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、能適應(yīng)各種惡劣工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[4-5]。故在此微型變壓器自動測試系統(tǒng)采用PLC 控制。

2.1 控制系統(tǒng)組成

非標(biāo)自動化設(shè)備控制系統(tǒng)業(yè)控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。氣動傳動系統(tǒng)作為硬件系統(tǒng)，而軟件系統(tǒng)一般由PLC 運(yùn)行相應(yīng)動作程序?qū)崿F(xiàn)控制。PLC 采用電子編程來實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場或設(shè)備的自動化控制，PLC 的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序組成[6]。

2.2 PLC 型號選擇

PLC 選型時(shí)， 應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)和控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)、所需存儲器容量、確定PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性價(jià)比與設(shè)計(jì)相應(yīng)的型號[7-8]。

微型變壓器自動測試系統(tǒng)中，2 個(gè)升降單元的升降臺由圓柱氣缸控制且由原點(diǎn)感應(yīng)器和動點(diǎn)感應(yīng)器反饋升降臺的位置；裝載治具的送進(jìn)與輸出由步進(jìn)電機(jī)控制，且由2 個(gè)光電開關(guān)感應(yīng)裝載治具的位置。治具輸送單元由6 個(gè)直流電機(jī)控制，治具到達(dá)7 個(gè)設(shè)定位置時(shí)由擋料氣缸將其定位，7 個(gè)擋料氣缸的原點(diǎn)位置需安裝1 個(gè)磁性感應(yīng)器。測試單元中，2 個(gè)上頂氣缸、2 個(gè)下壓氣缸、2 個(gè)前推氣缸、1個(gè)夾子氣缸組成、步進(jìn)電機(jī)模組組成。下料單元由步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手的位置， 取料上下氣缸控制7個(gè)取料氣缸吸取/夾取產(chǎn)品，2 個(gè)直流電機(jī)將分揀的產(chǎn)品輸送到終檢位置。

經(jīng)過分析， 共需要49 個(gè)輸入點(diǎn)和43 個(gè)輸出點(diǎn)。由于控制點(diǎn)數(shù)較多，所以選擇FPX-C60T 作為主控模塊，外加2 個(gè)擴(kuò)展模塊FPX-E30T。

2.3 I/O 地址分配

自動測試控制系統(tǒng)具體I/O 分配見表1。

表1 I/O 分配表Tab.1 I/O allocation table

2.4 程序流程

自動測試線的主程序流程如圖5 所示。

圖5 自動測試線的主程序流程Fig.5 Main program flow chart of automatic test line

3 結(jié)語

所設(shè)計(jì)的微型變壓器自動測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微型變壓器的自動化測試作業(yè)，目前已成功應(yīng)用于嘉龍海杰電子科技有限公司B900 生產(chǎn)線，運(yùn)行穩(wěn)定。該自動測試系統(tǒng)將微型變壓器測試工序的每小時(shí)產(chǎn)量，由500 臺提升到1500 臺，可為每條生產(chǎn)線減少作業(yè)人員5 人。提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。