行業(yè)：電源生產(chǎn)

應(yīng)用需求：在電源的在線檢測(cè)中，需要對(duì)電源的輸出電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是工人們用螺絲刀轉(zhuǎn)動(dòng)電位器進(jìn)行校準(zhǔn)，不僅耗時(shí)，而且手動(dòng)操作直接影響到校準(zhǔn)精度的一致性。一套電位器自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)便能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的電源電壓校準(zhǔn)。

面臨的挑戰(zhàn)：長(zhǎng)期在環(huán)境相對(duì)惡劣的生產(chǎn)線上穩(wěn)定工作是我們面臨的最大挑戰(zhàn)。另外，控制的實(shí)時(shí)性也是我們要解決的問(wèn)題。

解決方案：在可編程硬件FPGA上運(yùn)行PID控制算法，保證了控制的速度和精度，當(dāng)需要同時(shí)調(diào)節(jié)多個(gè)VR時(shí)，利用FPGA的并行性也可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展，而不影響系統(tǒng)的控制性能。CompactRIO不僅集成了FPGA硬件，其本身更是具備多種工業(yè)級(jí)的指標(biāo)，非常適合此套系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

臺(tái)達(dá)電子成立于1971年，發(fā)展至今已成為在全球擁有超過(guò)六萬(wàn)員工的跨國(guó)企業(yè)，是世界第一的開(kāi)關(guān)電源與無(wú)刷直流風(fēng)扇產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)廠商，營(yíng)運(yùn)據(jù)點(diǎn)遍布全球，并在臺(tái)灣、中國(guó)、泰國(guó)、墨西哥、印度以及歐洲等地設(shè)有制造工廠。為了提升電源檢測(cè)的效率和質(zhì)量，臺(tái)達(dá)電子中國(guó)的制造工廠特別邀請(qǐng)NI系統(tǒng)聯(lián)盟伙伴上海聚星儀器開(kāi)發(fā)了一套基于NI CompactRIO的電位器自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以取代傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)方式。

電控單元設(shè)備的選擇

電位器自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由電動(dòng)VR棒和電控系統(tǒng)組成。電動(dòng)VR棒通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺絲刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電源輸出電壓的調(diào)節(jié)。整套系統(tǒng)中，不僅需要性能卓越的直流微電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)VR棒，更需要一種可以在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的測(cè)控設(shè)備作為電控單元，電控單元用于采集電源輸出電壓，再通過(guò)控制算法輸出電機(jī)控制信號(hào)。電控單元需要滿足電壓信號(hào)的高精度采集以及控制算法的高可靠運(yùn)行等要求，基于這些要求，我們選用了NI CompactRIO 9073作為電控系統(tǒng)硬件平臺(tái)，NI 9229作為電壓采集模塊，NI 9401作為數(shù)字I/O模塊。

NI CompactRIO 9073是一款低成本、集成化、工業(yè)級(jí)嵌入式控制器，它的機(jī)箱背板中集成了一塊可自定義的FPGA芯片，非常適合并行、高速的閉環(huán)控制。NI 9229作為同步模擬信號(hào)采集模塊，具備了±60V的電壓測(cè)量范圍，偏置誤差在常溫下僅有0.008%，完全滿足電源的輸出電壓范圍寬（3.3V、5V、12V、24V），以及測(cè)量精度高（10mV以內(nèi)）的要求。NI 9401是一塊高速雙向數(shù)字I/O模塊，這里用于發(fā)出控制電機(jī)運(yùn)行速度和方向的PWM信號(hào)。

VR自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作過(guò)程

當(dāng)進(jìn)行到VR調(diào)節(jié)工序時(shí)，電源測(cè)試系統(tǒng)（ATS）向電控系統(tǒng)發(fā)出校準(zhǔn)參數(shù)，校準(zhǔn)參數(shù)包含校準(zhǔn)通道序號(hào)以及該通道的目標(biāo)電壓及其范圍。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)收到校準(zhǔn)參數(shù)后，開(kāi)始采集對(duì)應(yīng)通道的電壓信號(hào)，并把電壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到ATS系統(tǒng)，同時(shí)向VR棒發(fā)出控制信號(hào)。VR棒接收到控制信號(hào)后開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，而NI9229也在同步地采集不斷變化中的被測(cè)電壓值，當(dāng)輸出電壓收斂到目標(biāo)電壓范圍內(nèi)時(shí)，VR棒就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電壓校準(zhǔn)結(jié)束，進(jìn)入下一道工序。

操作員在這個(gè)過(guò)程中只須將VR棒插入電源上對(duì)應(yīng)的電位器，按下VR棒側(cè)面的開(kāi)關(guān)，待校準(zhǔn)結(jié)束后再將其拔出即可。

方便地連接和擴(kuò)展

基于NI CompactRIO平臺(tái)的VR自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)外的通信接口為網(wǎng)口，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與外部通信，既可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，又可以方便地加入到現(xiàn)有的電源測(cè)試系統(tǒng)。只要原測(cè)試系統(tǒng)支持TCP/IP通信，二者之間就可以通過(guò)網(wǎng)線連接實(shí)現(xiàn)命令和數(shù)據(jù)的交換。

此外，VR自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在可編程硬件FPGA上運(yùn)行PID控制算法，保證了控制的速度和精度，當(dāng)需要同時(shí)調(diào)節(jié)多個(gè)VR時(shí)，利用FPGA的并行性也可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展，而不影響系統(tǒng)的控制性能。

變手動(dòng)為自動(dòng)既快又準(zhǔn)

電位器自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)使得單個(gè)電源的測(cè)試時(shí)間從70s減小到40s，校準(zhǔn)后的電源重調(diào)率從原來(lái)的6‰減少到1‰，很大程度上提高了電源測(cè)試的效率和電壓校準(zhǔn)的可靠性。同時(shí)，由于不需要人工經(jīng)驗(yàn)去調(diào)節(jié)電位器，大大降低了對(duì)操作員的依賴程度。