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技術文章:LabVIEW在大眾寶來A4轎車雨刮電機生產中的應用
LabVIEW在大眾寶來A4轎車雨刮電機生產中的應用
發佈時間:2006/10/12 下午 01:40:41

      本文介紹了使用National Instruments公司的類比採集卡及數位採集卡,配以振動感測器、磁粉制動器、力矩感測器、編碼器及可控穩壓電源等開發一個性能可*的,經濟、靈活的基於PC的電機測試系統。


     寶來A4轎車雨刮器電機為永磁式直流電機。電機工作電壓為13V,額定輸出功率為40W。電機引線為四線制,分別為高速端、低速端、復位端及接地端。電機自帶減速箱,在減速箱內部有一開關。當重定端接有13VDC電壓時,電機將先慢速旋轉。當蝸輪凸點到達復位點時,減速箱內重定開關閉合,電機電樞被短路,電機能耗制動,實現雨刮器復位。同時電源斷路。根據專案的技術要求,需要測試電機在一定負載條件下的高低速轉速、高低速速差、高低速電流、電壓、電機重定角,並使電機停在“裝車角”,及測試電機在空載條件下的振動。

一、 開發軟體的選擇:

       根據我公司設備的實際使用情況,我們在LabVIEW、VB及其他工控軟體中進行論證,最終選擇了LabVIEW軟體。其原因為:我公司外方技術人員在對世界上幾個優秀工控軟體進行了分析對比後,得出結論:“LabVIEW軟體最優秀”。並給我們發來了建議,建議用LabVIEW軟體來開發製作專用設備。另外我公司也有用LabVIEW軟體發展的進口設備,有關工程師也進行了LabVIEW軟體的培訓。而最主要的是LabVIEW軟體編程簡單易學,介面友好,功能強大,性能穩定,開發週期短。

二、 選擇板卡:

      專案共需要類比輸入四路,模擬輸出二路,計數二路、數位輸入七路,數位輸出十二路。選擇NI公司的模擬採集卡PCI-6024板卡,它有八路差分模擬輸入、二路類比輸出、採樣速率為200KS/s,12bits,二路計數,八路數字I/O端。另一塊板卡為數位採集卡PCI-6503:它有24路I/O端。

三、 總體設計:

1. 我們首先在C盤中開了幾個文字檔案,檔中分別存有電機性能參數如電壓、電流、轉速等指標的上下限;電機振動參數指標的上下限;振動感測器的調校係數;磁粉制動器的非線性調校係數等。每次運行程式時,先讀取以上幾個文字檔案中的資料,作為判別電機好壞的指標及測試係數。這樣作的好處是這些關鍵參數只能由有關工程師才有權修改,而操作工是無法修改的,避免了人為測試誤差。電機測試介面如圖1。

2. 為了保證測試電機端電壓的正確性,在電機端加了兩根回饋線,由穩壓電源自動調整。穩壓電源也選擇了可控型,即由模擬採集卡輸出一個0~5V的可變信號,來控制穩壓電源的輸出。這樣就保證了測試電機端電壓的正確性及程式可控性。

3. 磁粉制動器也選擇了可控型穩壓電源,不同的測試力矩選擇不同的工作電壓。因為磁粉制動器是非線性元件,為了保證測試力矩的正確性,我們在電機測試端旋轉盤的下方安裝了經過調校的扭力感測器。並設計了調校程式。

調校方法為:先在電機旋轉測試端安裝一杠杆,在杠杆的一端吊一500克砝碼,讀取扭力感測器的電信號作為該點的標準。再依次吊1000克、1500克、2000克等不同的砝碼,讀取不同點的電信號。

       將杠杆和砝碼拿去,在測試夾具上安裝一隻被測電機並通電使其旋轉,然後逐漸加高磁粉制動器的輸入電壓,這時扭力感測器上的輸出電信號也逐漸升高,當達到以上不同砝碼輸出點的電信號值時,分別記錄下磁粉制動器的輸入電壓,這些電壓就是這些點的負載電壓。再根據二元一次方程,分別計算出相鄰兩點間的K及B值,即可得到磁粉制動器任意點的近似負載工作電壓值。

4. 轉速測試用的編碼器選用PEPPERL+FUCHS公司的產品,解析度為每轉2500個脈衝。利用模擬採集卡6024的兩個計數端,分別測量被測電機的轉速及電機轉動的角度。這項工作在LabVIEW軟體的實例中已有,只要拷貝過來就可以使用。

5. 電流信號採樣選用30A/75mV 0.2級的電流分流器,再經過電流變送器,變成0~5V的電壓送到採集卡類比輸入端。

6. 電壓信號的採樣選用0~30V/0~5V電壓信號隔離器,將0~5V的電壓送到採集卡類比輸入端。

7. 振動測量選用PCB的加速度感測器及放大器,每次測量時將裝有感測器的吊袋放下,感測器上的磁鐵吸在電機機殼上進行測量。振動信號經“漢寧窗”及“頻譜”分析處理後輸出振動波形。在10~4500Hz頻率範圍內分成四個頻段,每個頻段的振動量設有不同的上下限,用來發現電機不同的缺陷。

       同時,連續測量一組電機振動信號,用時間域來進行鑒定分析。CGM(Case GrowlMeasurement機殼噪音測量):它用來鑒定電機轉子在旋轉週期內脈衝信號的波形,可測出電機轉子在每旋轉一周內振動信號的最大值和最小值。它可以發現許多電機缺陷,如蝸杆齒、換向器缺陷、蝸杆在軸承檔有劃痕等。PRI(Pulse Ratio Index 脈衝比率係數):它可以發現軸上兩點跳動超差、軸彎曲、換向器表面有傷痕等。

      不同的電機產品及不同的測試方法,其振動波形是不同的。 只有在積累了大量的經驗資料後,才能正確的根據電機振動波形來判斷電機的缺陷所在。在振動測量及雜訊測量方面LabVIEW軟體具有很強的優勢,NI公司提供了振動及雜訊測量套裝軟體,用戶只要根據自己的實際情況稍加改動即可製成自己的應用程式。

8. 為了保證振動測試的準確性,要定期對加速度感測器及放大器進行調校。調校時進入振動調校程式,用一個159.2Hz 1g(9.8m/s2)的標準振動源對感測器施加振動,同時讀取放大器信號,看是否達到1g,並加以修正,將修正係數存入文字檔案,以供測試電機時調用修正。

9. 測試資料的儲存:在測試時,由於是同時在兩個工位上分別對一隻電機進行振動測試及對另一隻電機進行性能測試,所以資料儲存時也用了兩個不同的檔,以日期為檔案名,分別存儲在EXCEL檔中。在這裏關鍵是要正確確定電機的序列號。

10. 條碼列印:電機兩項測試全部合格後,控制一台“斑馬”條碼印表機進行列印。條碼上記錄著產品型號、序列號、日期等,序列號同存儲檔中電機的測試序列號相一致,從而實現產品的可追溯性。

11. 在實際應用中,怎樣快速的進行設備故障檢測是帶有普遍性的問題。為了較方便、直觀地進行設備故障檢測,可通過選擇主面板上“故障檢測”按鈕,進入故障檢測副程式。該程式的面板上安放了設備所有用到的類比、數位I/O端及計數端。(如圖2)類比輸入端信號選用示波器顯示方式;類比輸出端信號選用旋鈕控制輸出方式;數位輸入信號選用指示燈顯示方式;數位輸出信號選用開關控制輸出方式;計數信號選用按鈕及數位顯示方式。

       這樣做非常直觀,任何輸出旋鈕、按鈕的動作,都會引起接在相應輸出端的電器元件的動作;任何接在週邊的開關、電器信號的變化都會在螢幕上顯示。這對設備維修來說非常方便。但有一點必須注意:在具體應用時必須注意安全。因為有些電器如:電機、汽缸等,必須要在特定的條件下才可動作,否則則易發生事故。所以在應用時有必要加以一定的限制。

四、 結束語:

        本項目經過1個多月的開發就已順利完成,現投入正常生產也已有半年多,設備運行非常穩定。通過這次成功的應用,我們積累了製作經驗,提高了信心。我們將在今後用LabVIEW軟體發展製作更多的專用測試及生產設備。

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