LabVIEW在大眾寶來A4轎車雨刮電機生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　大眾汽車公司生產(chǎn)的寶來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4線制，分別為高速端、低速端、復(fù)位端及接地端。雨刮器電機自帶減速箱，減速箱內(nèi)部有一開關(guān)，當(dāng)復(fù)位端接有13VDC電壓時，電機將先慢速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)蝸輪凸點到達復(fù)位點時，減速箱內(nèi)復(fù)位開關(guān)閉合，電機電樞被短路，電機能耗制動，實現(xiàn)雨刮器復(fù)位，同時電源斷路。

　　根據(jù)項目的技術(shù)要求，需要測試電機在一定負(fù)載條件下的高低速轉(zhuǎn)速、高低速速差、高低速電流、電壓、電機復(fù)位角，并使電機停在“裝車角”，此外還要測試電機在空載條件下的振動。

　　開發(fā)軟件的選擇

　　在對世界上幾個優(yōu)秀工控軟件進行了分析對比后，法雷奧公司的外方技術(shù)人員建議上海法雷奧汽車電機雨刮系統(tǒng)有限公司用LabVIEW軟件來開發(fā)制作專用設(shè)備，他們認(rèn)為“LabVIEW軟件最優(yōu)秀”。而根據(jù)上海法雷奧汽車電機雨刮系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)設(shè)備的實際使用情況，工程師們在LabVIEW、VB及其他多個工控軟件中進行了論證，最終選擇了LabVIEW軟件。

　　他們選擇LabVIEW軟件的主要原因是由于LabVIEW軟件編程簡單易學(xué)、界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定、開發(fā)周期短。此外，由于上海法雷奧汽車電機雨刮系統(tǒng)有限公司此前使用LabVIEW軟件開發(fā)進口設(shè)備時，對有關(guān)工程師進行了LabVIEW軟件的培訓(xùn)，因此，工程師們對LabVIEW軟件系統(tǒng)很熟悉。

　　選擇板卡

　　項目共需要模擬輸入4路，模擬輸出2路，計數(shù)2路、數(shù)字輸入7路，數(shù)字輸出12路。選擇NI公司的模擬采集卡PCI-6024板卡，它有8路差分模擬輸入、2路模擬輸出、采樣速率為200KS/s，12bits、2路計數(shù)，8路數(shù)字I / O端。

　　另一塊板卡為數(shù)字采集卡PCI-6503：它有24路I / O端。

　　總體設(shè)計

　　□ 工程師們首先在C盤中開了幾個文本文件，文件中分別存有電機性能參數(shù)如電壓、電流、轉(zhuǎn)速等指標(biāo)的上下限;電機振動參數(shù)指標(biāo)的上下限;振動傳感器的調(diào)校系數(shù);磁粉制動器的非線性調(diào)校系數(shù)等。每次運行程序時，先讀取以上幾個文本文件中的數(shù)據(jù)，作為判別電機好壞的指標(biāo)及測試系數(shù)。這樣作的好處是，這些關(guān)鍵參數(shù)只能由有關(guān)工程師才有權(quán)修改，而操作工是無法修改的，避免了人為測試誤差。(電機測試界面如圖1。)

 

　　圖1 電機性能及振動測試界面

　　□ 為了保證測試電機端電壓的正確性，在電機端加了兩根反饋線，由穩(wěn)壓電源自動調(diào)整。穩(wěn)壓電源也選擇了可控型，即由模擬采集卡輸出一個0～5V的可變信號，來控制穩(wěn)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序可控性。

　　□ 磁粉制動器也選擇了可控型穩(wěn)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，工程師們在電機測試端旋轉(zhuǎn)盤的下方安裝了經(jīng)過調(diào)校的扭力傳感器，并設(shè)計了調(diào)校程序。

　　調(diào)校方法為：先在電機旋轉(zhuǎn)測試端安裝一杠桿，在杠桿的一端吊500g砝碼，讀取扭力傳感器的電信號作為該點的標(biāo)準(zhǔn)。再依次吊1000g、1500g、2000g等不同的砝碼，讀取不同點的電信號。

　　將杠桿和砝碼拿去，在測試夾具上安裝一只被測電機并通電使其旋轉(zhuǎn)，然后逐漸加高磁粉制動器的輸入電壓，這時扭力傳感器上的輸出電信號也逐漸升高，當(dāng)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(fù)載電壓，再根據(jù)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(fù)載工作電壓值。

　　□ 轉(zhuǎn)速測試用的編碼器選用PEPPERL+FUCHS公司的產(chǎn)品，分辨率為每轉(zhuǎn)2500個脈沖。利用模擬采集卡6024的兩個計數(shù)端，分別測量被測電機的轉(zhuǎn)速及電機轉(zhuǎn)動的角度，這項工作在LabVIEW軟件的實例中已有，只要拷貝過來就可以使用。

　　□ 電流信號采樣選用30A/75mV 0.2級的電流分流器，再經(jīng)過電流變送器，變成0~5V的電壓送到采集卡模擬輸入端。

　　□ 電壓信號的采樣選用0~30V/0~5V電壓信號隔離器，將0~5V的電壓送到采集卡模擬輸入端。

　　□ 振動測量選用PCB的加速度傳感器及放大器，每次測量時將裝有傳感器的吊袋放下，傳感器上的磁鐵吸在電機機殼上進行測量，振動信號經(jīng)“漢寧窗”及“頻譜”分析處理后輸出振動波形。在10~4500Hz頻率范圍內(nèi)分成四個頻段，每個頻段的振動量設(shè)有不同的上下限，用來發(fā)現(xiàn)電機不同的缺陷。

　　同時，連續(xù)測量一組電機振動信號，用時間域來進行鑒定分析。CGM(Case Growl Measurement機殼噪音測量)：它用來鑒定電機轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)脈沖信號的波形，可測出電機轉(zhuǎn)子在每旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)振動信號的最大值和最小值。它可以發(fā)現(xiàn)許多電機缺陷，如蝸桿齒、換向器缺陷、蝸桿在軸承檔有劃痕等。PRI(Pulse Ratio Index 脈沖比率系數(shù))：它可以發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(jīng)驗數(shù)據(jù)后，才能正確地根據(jù)電機振動波形來判斷電機的缺陷所在。

　　在振動測量及噪聲測量方面LabVIEW軟件具有很強的優(yōu)勢，NI公司提供了振動及噪聲測量軟件包，用戶只要根據(jù)自己的實際情況稍加改動即可制成自己的應(yīng)用程序。

　　□ 為了保證振動測試的準(zhǔn)確性，要定期對加速度傳感器及放大器進行調(diào)校。調(diào)校時進入振動調(diào)校程序，用一個159.2Hz 1g(9.8m/s2)的標(biāo)準(zhǔn)振動源對傳感器施加振動，同時讀取放大器信號，看是否達到1g，并加以修正，將修正系數(shù)存入文本文件，以供測試電機時調(diào)用修正。

　　□ 測試數(shù)據(jù)的儲存：在測試時，由于是同時在兩個工位上分別對一只電機進行振動測試及對另一只電機進行性能測試，所以數(shù)據(jù)儲存時也用了兩個不同的文件，以日期為文件名，分別存儲在EXCEL文件中，在這里關(guān)鍵是要正確確定電機的序列號。

　　□ 條形碼打?。弘姍C兩項測試全部合格后，由一臺“斑馬”條形碼打印機進行打印，條形碼上記錄著產(chǎn)品型號、序列號、日期等，序列號同存儲文件中電機的測試序列號相一致，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯性。

　　□ 在實際應(yīng)用中，怎樣快速地進行設(shè)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(shè)備故障檢測，可通過選擇主面板上“故障檢測”按鈕，進入故障檢測子程序。該程序的面板上安放了設(shè)備所有用到的模擬、數(shù)字I/O端及計數(shù)端。(如圖2)

 

　　圖2 設(shè)備故障檢測測試界面

　　□ 模擬輸入端信號選用示波器顯示方式、模擬輸出端信號選用旋鈕控制輸出方式、數(shù)字輸入信號選用指示燈顯示方式、數(shù)字輸出信號選用開關(guān)控制輸出方式、計數(shù)信號選用按鈕及數(shù)字顯示方式。

　　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(yīng)輸出端的電器元件的動作，同時，任何接在外圍的開關(guān)、電器信號的變化都會在屏幕上顯示。這對設(shè)備維修來說非常方便，但有一點必須注意的是，在具體應(yīng)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(fā)生事故，所以在應(yīng)用時有必要加以一定的限制。

　　結(jié)束語：

　　上海法雷奧汽車電機雨刮系統(tǒng)有限公司的這個項目經(jīng)過1個多月的開發(fā)就已順利完成，現(xiàn)已投入正常生產(chǎn)使用，設(shè)備運行非常穩(wěn)定。通過這次成功的應(yīng)用，上海法雷奧汽車電機雨刮系統(tǒng)有限公司的工程師們積累了制作經(jīng)驗，也提高了今后用LabVIEW軟件開發(fā)制作更多的專用測試及生產(chǎn)設(shè)備的信心。