行業(yè)：電源生產(chǎn)

應(yīng)用需求：在電源的在線檢測中，需要對電源的輸出電壓進行校準，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是工人們用螺絲刀轉(zhuǎn)動電位器進行校準，不僅耗時，而且手動操作直接影響到校準精度的一致性。一套電位器自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)便能實現(xiàn)快速、準確的電源電壓校準。

面臨的挑戰(zhàn)：長期在環(huán)境相對惡劣的生產(chǎn)線上穩(wěn)定工作是我們面臨的最大挑戰(zhàn)。另外，控制的實時性也是我們要解決的問題。

解決方案：在可編程硬件FPGA上運行PID控制算法，保證了控制的速度和精度，當(dāng)需要同時調(diào)節(jié)多個VR時，利用FPGA的并行性也可以方便地進行擴展，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)級的指標，非常適合此套系統(tǒng)的開發(fā)。

臺達電子成立于1971年，發(fā)展至今已成為在全球擁有超過六萬員工的跨國企業(yè)，是世界第一的開關(guān)電源與無刷直流風(fēng)扇產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)廠商，營運據(jù)點遍布全球，并在臺灣、中國、泰國、墨西哥、印度以及歐洲等地設(shè)有制造工廠。為了提升電源檢測的效率和質(zhì)量，臺達電子中國的制造工廠特別邀請NI系統(tǒng)聯(lián)盟伙伴上海聚星儀器開發(fā)了一套基于NI CompactRIO的電位器自動調(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

電位器自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由電動VR棒和電控系統(tǒng)組成。電動VR棒通過電機驅(qū)動螺絲刀頭轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器轉(zhuǎn)動，實現(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驅(qū)動電動VR棒，更需要一種可以在工業(yè)現(xiàn)場長時間穩(wěn)定工作的測控設(shè)備作為電控單元，電控單元用于采集電源輸出電壓，再通過控制算法輸出電機控制信號。電控單元需要滿足電壓信號的高精度采集以及控制算法的高可靠運行等要求，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，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)級嵌入式控制器，它的機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作為同步模擬信號采集模塊，具備了±60V的電壓測量范圍，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)出控制電機運行速度和方向的PWM信號。

VR自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作過程

當(dāng)進行到VR調(diào)節(jié)工序時，電源測試系統(tǒng)（ATS）向電控系統(tǒng)發(fā)出校準參數(shù)，校準參數(shù)包含校準通道序號以及該通道的目標電壓及其范圍。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)收到校準參數(shù)后，開始采集對應(yīng)通道的電壓信號，并把電壓數(shù)據(jù)實時發(fā)送到ATS系統(tǒng)，同時向VR棒發(fā)出控制信號。VR棒接收到控制信號后開始轉(zhuǎn)動，而NI9229也在同步地采集不斷變化中的被測電壓值，當(dāng)輸出電壓收斂到目標電壓范圍內(nèi)時，VR棒就停止轉(zhuǎn)動，電壓校準結(jié)束，進入下一道工序。

操作員在這個過程中只須將VR棒插入電源上對應(yīng)的電位器，按下VR棒側(cè)面的開關(guān)，待校準結(jié)束后再將其拔出即可。

方便地連接和擴展

基于NI CompactRIO平臺的VR自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對外的通信接口為網(wǎng)口，通過TCP/IP協(xié)議與外部通信，既可以作為一個獨立的系統(tǒng)，又可以方便地加入到現(xiàn)有的電源測試系統(tǒng)。只要原測試系統(tǒng)支持TCP/IP通信，二者之間就可以通過網(wǎng)線連接實現(xiàn)命令和數(shù)據(jù)的交換。

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

變手動為自動既快又準

電位器自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)使得單個電源的測試時間從70s減小到40s，校準后的電源重調(diào)率從原來的6‰減少到1‰，很大程度上提高了電源測試的效率和電壓校準的可靠性。同時，由于不需要人工經(jīng)驗去調(diào)節(jié)電位器，大大降低了對操作員的依賴程度。