哈尔滨西门子中国授权代理商通讯电缆供应商

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 在一些电子部件产品测试时，早先很多生产厂家都使用继电接触控制系统。该系统由分立元件组成，由于线路简单，元件控制精度不高，加上抗干扰能力级差，所以运行不够稳定，误动作频繁，使产品的测试和分析不准确。

随着现代工艺的要求，为了适应市场需求，采用可编程控制器对原继电电气控制系统进行改造，但由于各PLC厂家硬件模块和软件结构绝大多数都是的、互不兼容的，系统各模块间的交互方式、通信机制也各不相同，这使得控制系统相对立、彼此封闭。随着技术的进步和市场竞争的加剧，这种体系结构的控制系统越来越暴露了其固有的缺陷。由于基于PC平台的软件PLC专门的编程器，可充分利用PC机的软硬件资源，直接采用梯形图或语言编程，具有良好的人机界面等优点，因此逐渐取代了硬件PLC，成为研究的热点。

1、电气测试系统原理介绍

该寿命测试系统能够利用定时器控制电子部件产品的动作频率，利用计时器来控制动作的次数，

PLC使用OMRON CQM1H-CPU11 PLC加上扩展模块，其I/O点数可达26个，可满足多路测试，利用控制动

其中，遮断保护、动作Relay和负载反馈Relay都是用PLC内部定时器进行控制的，其原理都是用低电压控制高电压，实现高低压分离，保证了测试系统的性，这里的遮断保护用的是Fuji Electric Co.Ltd。JapanSC-13AA型接触器，耐压可达600V，单触点额定电流是32A，动作Relay和负载反馈Relay（也可以用光电耦合或电流互感器）都是用的OMRON的MY系列继电器。

实际用DL750 scoper测量发现这两种精度都不是很高，误差往往有8-10ms。

实际中对产品评价需要很多数据，需要测试很多产品，这样需要多立回路，接线走线困难，而且会产生寄生电路，所以，从PLC产品的兼容性及测试成本考虑，采用目前的嵌入式软PLC技术，可大大缩短实验周期并降。

2、软PLC技术

传统的PLC经过十几年的发展，技术已经非常成熟，以高速度、高稳定性、在工业控制领域得到了广泛应用，与此同时，随着现代计算机技术和电子技术的发展，在工程方面逐渐表现出其缺点：传统的PLC厂商市场，其产品户不兼容，缺少明确一致的标准，难以构建开放的硬件体系结构；各厂商产品的编程方法差别很大，技术专有性较强，工作人员培训时间长，造成PLC的性价比增长很缓慢。

20世纪90年代中期，计算机和微电子技术的迅猛发展以及PLC的标准IEC61131的，产生了软PLC技术，所有"软PLC技术"，就是用PC作为硬件支撑平台，利用软件实现标准硬件PLC的基本功能，也就是将PLC的控制功能封装在软件内，运行于PC的环境中，以PC为基础的控制系统，同时提供了PLC的相同功能，却具备了PC的各种优点。

软PLC技术一般由开发系统和运行系统两个部分组成。开发系统运行在PC平台上，而运行系统则运行在嵌入式硬件平台上，一般而言，嵌入式硬件平台上都要运行某种嵌入式操作系统，比如μC/OS-II、μClinux等。

现代开发系统的特点一般都是集成化开发环境，界面友好，易于使用。软PLC嵌入式系统是基于IEC61131标准的，所以必然要支持其中的几种语言，系统运行在嵌入式硬件平台上，负责解释执行由开发系统编译、链接后产生的目标文件，运行系统一般由运行内核、通信接口和系统管理三大部分组成，其设计和实现精度很高，它的执行效率将直接影响到系统在现场控制中的反应速度。

3、嵌入式平台的虚拟运行系统

系统管理器的主要任务是处理不同任务、协调程序执行及从I/O映象读写变量。I/O接口可与本地I/O系统和远程I/O系统通信。通信接口使运行系统可以与开发系统或其他设备进行通信。内核解释器是运行系统的部分，负责解释执行由开发系统编译完成的PLC应用程序的目标代码。

运行系统可在多种支持平台上运行，它通过将数据区和代码区分离，实现程序的动态新和代码的率动态下载。

（1）在μClinux平台上实现软PLC虚拟机实现步骤

将梯形图的指令翻译成宏汇编并建立一个宏库；

把用户编写的梯形图程序编译成中间代码形式的PLM文件；

将PLM文件转变为汇编程序；

用汇编器汇编变成功的汇编程序，将解释执行内部指令（PLM文件）转换为程序，汇编成机器码执行，实现PLC指令机器码执行方案，大大地提高了执行速度，同时大大节约了内存空间；

将PLC指令对应的机器码移植到嵌入式操作系统中执行。

   （2）运行系统的两大模块

运行系统主要由两大模块组成：1）梯形图到机器码程序的转换；2）执行机器码文件。每个模块的功能如下：

1）梯形图到机器码程序的转换。把用户编写的梯形图程序编译成中间代码形式的PLM文件，然后将PLM文件转变为汇编程序，后用汇编器汇编转变成功的汇编程序，产生机器码从而生成可执行的PLE文件。

2）执行机器码文件。将PLE文件嵌入配置好的执行环境中并执行，通过工控机的面版指示灯监测程序的正确性。

（3）虚拟机总体设计

根据虚拟机的原理和执行机制，对虚拟机的机器码执行方案进行了总体设计，PLC文件是梯形图程序的保存文件，通过对PLC文件进行词法分析、语法分析和语义分析编译产生PLM文件，然后调用宏汇编库，并进行一系列的转换生成机器码，产生PLE文件；后创建机器运行环境来执行机器码，宏汇编库中是每个梯形图指令对应的宏汇编段。

（4）交叉开发调试算法研究

交叉开发调试算法：

在宿主机平台上编写程序代码；

固化监控器至目标机上；

连接宿主机和目标机；

编译链接应用程序，生成可执行代码；

将可执行代码下载到目标机；

使用交叉调试器进行调试；

如果程序调试没有发现异常，转至11）；

调试程序时发生错误，利用交叉调试器定位错误；

修改错误代码；

重复4）-10）；

将目标机程序固化在目标机上。

4、嵌入式软PLC改造后的控制系统

以测试继电器TV5实验为例。其要求如下：每次测试5个继电器，每个继电器的动作频率是5s开，5s关。根据要求，试验的结果是每个继电器用6个TV负载，即每个TV负载是5s开，55s管。输入点有：开关，检出，复位M个，停止次数设定量N次，动作频率设定L个，常开/触点转换。其中，M=测试产品个数，N、L个数由实际需要确定。其算法如下：

设定一个循环周期，使累积误差小；

在循环周期内设计动作时间和动作频率，以及动作次数；

设计相关联动、互锁、紧急停车和复位等功能；

执行动作与反馈根据产品相关标准进行比较，判定结果和设定中断程序。

采用模块化程序设计编程，各模块均由主程序调用，且为了程序不出误动作，还要考虑电流谐波和冲击对高电源的要求。用了算法优化设计，5个继电器每隔2s一个动作，5个刚好10s。其中一个动作频率程序如下：

实验结果与测试要求基本一致。如果不采用优化算法程序设计，则对电源要求很高，所以该控制系统可以应用实现，无形中降低了成本。

5、改进后优点和维护

很明显，经过以上改进后有以下优势：

使用PLC后通用性大大提高，改进了以前单一PLC，并缩短了工作人员的培训周期；

用嵌入式软PLC代替传统的硬PLC，外部线路简化；

模块化可实现各种复杂的控制系统，方便地增加和改变控制功能；

PLC可进行故障自动检测和报警显示，提高运行性，且便于检修；

便于制，提高运行效率；

改控制方案时改动外部线路。

测试及维护需注意的事项：

为了提高系统效率并降低开销，尽量少用I/O；

要有紧急停车和适当联锁按钮环节；

输入和输出不能用同一电缆线；

直流电感性负载并联浪涌二管，以延长触点的使用寿命；交流感性负载并联电容吸收器以降低噪声。

为保证控制系统工作的性，做好接地、防尘、访油、工作。

结语

此系统可用于继电器、马达、电感、充电器等产品的测试。改进后仍存在以下几点缺陷：其一，如果负载断路，其本身并不能检测和保护；如果负载短路，产品在短时间内产生过电流，会造成产品破坏甚至威胁人身。其二，数据采集不全，不能实时监控。利用电流计可以点的不足；采用数据采集卡可以实现实时数据采集。

1 引言

在美国玩具标准ASTM F963-03中，玩具主轴线定义为：一条连接产品上远的部分或端点的距离长的直线。一个产品可以有一条以上的主轴线，但它们的长度相等。对塑胶玩具和毛绒玩具进行整体易燃性测试，往往要花费大量的时间来确定玩具主轴线的方向和尺寸。而玩具主轴的方向、尺寸及燃烧尺寸的确定目前是通过人的肉眼和钢直尺来判断的，玩具燃烧前后外形差别较大，用肉眼无法准确测量燃烧的尺寸，这样测试结果就会受到较多人为因素的影响，效率低、误差大、重复性差，严重影响玩具易燃性测试合格与否的判定。

随着计算机控制技术的发展，PLC（可编程控制器）以其模块化的结构，高抗干扰的I/O处理元件、硬件配置的灵活性，可扩展和稳定性等特点，为在不同的场所的应用提供了稳定的平台，已广泛使用在自动控制装置领域。

本玩具整体燃烧自动测试仪采用的PLC控制技术和的细分型驱动装置控制技术，可满足美国玩具标准ASTM F963-03中相关条款的要求，自动测量玩具的主轴线尺寸，自动记录燃烧时间并计算燃烧速度，且精度高，，稳定性好为玩具的测试提供了保。

2 工作过程

燃烧自动测试仪为平台结构，由人机交互部分、控制部分、驱动部分和支撑定位部分四部分组成，

人机交互部分：采用日本三菱公司的F920型操作面板，通过操作按钮可以进行各种操作功能的设置，并可将测试参数和测试结果显示在屏幕上。操作简单、方便，显示及时准确。

控制部分：控制器采用日本三菱公司的FX10MT型PLC，具有精度高、速度快、稳定的特性。主要作用是接受输入信息，并根据信息进行判定和数据处理，进而输出控制信号到测试仪的驱动部分。并且可以进行计时功能。

驱动部分：包括三个步进电机，采用美国WJT的JQF－MD808步进电机驱动器，接受脉冲输出信号，控制步进电机的旋转角度和旋转方向，完成测试过程中的各种驱动任务。

支撑定位部分：自动测试仪的机械部分，主要由底座，支撑杆，定位杆，刻度标等部分组成。

其工作过程如下：

（1）确定样品的主轴线方向：玩具样品放置在可旋转的工作台上，步进电机驱动支撑杆旋转，带动支撑杆上的定位杆使其与玩具主轴线方向一致，通过微调旋转工作台、定位杆的方向及位置，确定样品的主轴线方向。

（2）准确测量样品主轴线尺寸及燃烧尺寸 ：使用步进电机带动丝杆上的刻度标从玩具主轴线的一端开始移动到另一端，移动的距离即为玩具主轴线尺寸；将定位杆移开，将玩具点火测试，待火焰熄灭后，再将定位杆移回到点火前的初始位置，此时，定位杆方向又与玩具主轴线方向一致，该位置通过PLC控制步进电机来保证；移动刻度标从玩具主轴线一端移动到玩具烧毁边缘，记录移动距离，则两次移动距离之差就为玩具在主轴方向被烧毁的尺寸。

（3）测试结果的显示与打印装置：当玩具点火燃烧时，按下计时按钮，火焰熄灭后停止计时，用PLC自动记录玩具燃烧的时间，玩具燃烧速度＝玩具燃烧尺寸/燃烧时间，将测量数据计算得出燃烧速度，并将玩具主轴线尺寸、燃烧尺寸、燃烧时间、燃烧速度及环境情况显示打印。

3 工作原理

玩具自动燃烧测试仪的部分是PLC和三个步进电机组成的驱动部分，

根据美国玩具标准燃烧测试要求，在操作面板上通过按钮设定定位杆上升的高度。PLC接收所有这些信息，经过分析和相应的数据处理后输出启动信号，控制步进电机启动。步进电机接到PLC的输出信号后以设定的高度完成相应的操作。通过面板上的正转按钮当作PLC的输入信号，控制步进电机带动定位杆转动一定的角度到达玩具的主轴线方向。PLC自动记录该角度当作后续操作的基准角度。然后启动前进测量按钮，PLC接收到此输入信号后，控位杆上的步进电机带动刻度标测量玩具主轴线尺寸L1。PLC自动记录此数据显示到面板上。确定好玩具的主轴线尺寸后，启动反转按钮使定位杆回到原始位置。

当确定好玩具主轴线方向和尺寸后，将玩具点火燃烧，此时按下面板上的计时按钮，PLC接收此信号作为一个数字输入信号；当玩具燃烧熄灭后按下停止按钮，PLC接收此信号作为另一个数字输入信号，便输出信号到面板显示玩具的燃烧时间T。启动复原键按钮，PLC控制步进电机带动定位杆回到当初记录的旋转角度，使定位杆重新与玩具主轴线重合；启动后退按钮，使刻度标到达玩具烧毁边缘，面板上会显示刻度标后退的距离L2，则玩具燃烧尺寸L＝玩具主轴线尺寸L1－后退距离L2，并将玩具燃烧尺寸显示到面板上，PLC根据燃烧尺寸和燃烧时间自动计算玩具的燃烧速度，当启动打印按钮后，PLC输出控制信号到微型打印机，自动打印其结果。

同时，根据不同玩具的高度，可以在面板上设定高度，使定位杆上升到一定的高度便于刻度标上的指针定位玩具的主轴线边缘。也可以通过设定一定的角度，先将定位杆转到一定的角度上，再将玩具放置到平台上，使其主轴线方向与定位杆方向一致，当有一定偏差时，通过平台的微调功能，使其保持一致。

4 功能特性

⑴ 测试精度高，响应速度快。FX10MT型PLC为12位机，具有精度高、速度快的特点使测试仪具有优良的测试精度和响应时间。又由于MC－808MDE细分型步进电机驱动器采用了新型的双性横流载波驱动技术，256倍细分，使步进电机可以达到高的速度和大的高速转矩，细分功能使电机运转精度高，振动小，噪声低。

⑵ 操作简单，使用方便。只需在操作面板上按键操作即可，同时显示屏将相关转动角度，测量尺寸清晰的显示出来，简单，方便、准确。测试仪的使用大的降低了工作强度，提高了工作效率。

⑶ 性高、稳定性强。由于PLC具有性高，稳定性强的特点，MC-808MDE细分型步进电机驱动器具有的过流保护（峰值过10A）、过压保护（过85VDC）、过热保护（≥70℃停止工作，≤50℃恢复工作）和错相保护功能使测试仪运行、，很好地具备了电气稳定性和性。

⑷ 测试仪结构设计合理。测试仪为平台结构，操作面板安装在底座上，步进电机封装在支撑杆和支座里面，不易接触。同时测试仪的各个部件采用了防锈处理，各部件充分考虑了加工工艺的合理性，调试和维修方便。

⑸ 灵活的预设置功能。可预设测试速度和时间，设定范围广。预设角度为0－180°，预设速度范围为0－6000m/s，燃烧时间0－90s。

⑹ 技术指标为：定位杆上升高度为0－500mm，转动角度为0－90°。定位杆原始位置为0°。

⑺ 抗干扰性强。由于本测试仪的PLC元件具有对数字信号有光电隔离作用，可很好的将误动作信号干扰过滤掉。而MC－808MDE细分型步进电机驱动器具有对输入信号光隔离，输入信号TTL兼容、可接受差分信号，具有良好的散热功能和细分功能，对振动干扰、电磁干扰、环境干扰等有很好的抑制作用。

5 控制系统的软件设计

玩具易燃性自动测试仪的I/O变量分为数字量输入信号，数字量输出信号和中间变量三类。其中数字量输入信号有：运行启动信号，复原信号，开始计时信号，停止计时信号，上升信号，下降信号，前进信号，后退信号，正转信号，反转信号；数字量输出信号有：运行控制信号，打印控制信号；中间变量有：高度设定，角度设定。

PLC根据接收到的数字量输入信号和中间变量，启动并控制测试仪运行，控制程序如图4所示。确定玩具主轴线方向，接着测量主轴线尺寸。确定好这些后，定位杆回到原始位置，点火燃烧玩具，启动计时器。玩具燃烧后，停止计时器，定位杆回到位置，测量玩具燃烧尺寸。计算燃烧时间并启动打印装置，输出测试，结束测试过程。

6 结束语

本自动测试仪采用的日本三菱公司的FX10MT型PLC控制器和美国WJT的JQF－MD808步进电机驱动器，保证了测试仪运行稳定，响应速度快，精度高。使用本测试仪不仅可以降低检测工作的劳动强度，还大大提高了检测的效率，提高了检测结果的准确性，提高了检验工作的自动化水平。该产品在玩具检测中具有广阔的应用前景。