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- 陳 群,
挑戰:
在50秒內測量產品超過10項的性能，期間需要和多種設備采用不同協議通信，比如CAN, Profibus, RS232等。
解決方案:
該項目主要測試汽車中某部件的多項性能，包括電流，電壓，溫度/壓力傳感器，馬達特性等。首先利用Profibus建立現場Master PLC 和Slave PXI computer通信，實現測試過程傳遞和測試結果交互，通過8461 CAN interface 實現與ECU通信， 從而通過ECU控製該汽車部件的動作，並且通過6229多功能數據采集模塊捕捉整個動作過程中需要測量的物理量。采用TestStand可以非常方便的搭 建測試流程及保留各步驟測試結果。
引言
現xian代dai化hua的de工gong廠chang車che間jian批pi量liang生sheng產chan裝zhuang配pei的de產chan品pin，除chu了le要yao進jin行xing各ge項xiang原yuan材cai料liao檢jian查zha外wai，還hai要yao在zai裝zhuang包bao發fa貨huo之zhi前qian模mo擬ni成cheng品pin功gong能neng進jin行xing整zheng體ti性xing能neng檢jian查zha，以yi確que保bao送song到dao客ke戶hu手shou中zhong的de產chan品pin都dou是shi合he格ge件jian。
針對特定產品，我們利用NI公司的PXI控製係統和TestStand和LabView軟件構建了一套完整的包含電壓，電流，電阻，溫度，氣壓等綜合性全自動測試平台。
測試平台示意圖如圖1所示，包含如下測試功能：
- 檢查產品內部溫度傳感器是否正確
- 檢查產品內部壓力傳感器是否正確
- 測試產品電流，電阻
- 測試產品流量
- 測試產品內部泵的工作能力
圖1 測試示意圖
係統總體設計框圖
該測試平台主要包括：PLC, PXI controller, ECU, 待測件，以及外圍的測試電路及氣路。整體框架示意圖如圖2所示。
圖2 係統設計框圖
該性能測試台屬於自動化生產線的一部分，PLC（Programmable Logic Controller）作為Master，fuzeyuqianhoulinjugongzuotaitongxin，bingqiefuzebengongzuotaiceshiqiandezhunbeigongzuo，biruqigangdongzuodeng，kongzhizidongceshideqiting，bingjiangceshijieguochuandigeifuwuqi。PROFIBUS作為PLC和NI controller通信的橋梁，實現兩者的實時不間斷通信。PROFIBUS現場總線是世界上應用最廣泛的現場總線技術，既適合於自動化係統與現場信號單元的通 訊，也可用於可以直接連接帶有接口的變送器、執行器、傳動裝置和其它現場儀表及設備，對現場信號進行采集和監控，並且用一對雙絞線替代了傳統的大量的傳輸 電纜，大量節省了電纜的費用，也相應節省了施工調試以及係統投運後的維護時間和費用。
PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，麵向儀器係統的PCI擴展)）是一種由NI公司發布的堅固的基於PC的測量和自動化平台。PXI結合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard 機械封裝的特性發展成適合於試驗、測量與數據采集場合應用的機械、電氣和軟件規範，這使它成為測量和自動化係統的高性能、低成本運載平台。PXI繼承了PCI的電氣信號，使得PXI擁有如PCI bus的極高傳輸數據的能力，而在軟件上是完全兼容的。另一方麵，PXI采用和 CompactPCI一樣的機械外型結構，因此也能同樣享有高密度、堅固外殼及高性能連接器的特性，目前已成為一種主流的虛擬儀器測試平台。一個PXI係統由幾項組件所組成，包含了一個機箱、一個PXI背板（backplane）、係統控製器（System controller module）以及數個外設模塊（Peripheral modules），如圖3所示。
圖3 典型的PXI係統
ECU配合controller在測試過程中和產品內部進行通信，獲取內置溫度及壓力信號，並根據測試流程起停控製內部泵的工作。與NI controller通過CAN總線進行交互。CAN （Controller Area Network）是ISO國際標準化的串行通信協議，屬於現場總線的範疇，它是一種有效支持分布式控製或實時控製的串行通信網絡，具有突出的可靠性、實時性和靈活性，在汽車電子領域具有廣泛的應用。該項目通過使用NI公司的ECU Measurement and Calibration Toolkit，非常方便的實現了用CAN對ECU進行通信。
NI controller作為測試台的核心部件，負責所有與測試相關的內容，並彙總顯示所有測試結果。NI PXI-8105是業界首款雙核PXI嵌入式控製器，該產品具有2.0 GHz Intel Core™ Duo處理器T2500，適用於多任務環境和多線程應用。雙核處理器配有兩個內核或稱為計算引擎，位於同一個處理器中。 雙核處理器可同時執行兩個計算任務，非常適合多任務環境，例如需要同時運行多個應用程序的Windows XP。多線程應用可充分利用雙核處理器的特性，將任務分配到不同的線程中， 雙核處理器可並行執行這些線程中的兩個線程來達到理想的性能。
多功能M係列數據采集（DAQ）板卡PXI- 6229為該項目中的多功能卡，承載著項目中的絕大部分任務，將在下節中詳細說明。
係統硬件組成
圖4 係統硬件概覽
如上節所述，我們的測試平台總共包含4張PXI硬件板卡：PXI 8105 controller，PXI PROFIBUS master/slave interface，PXI 6229，PXI CAN interface 8461。PROFIBUS用於PLC和NI controller的實時通信，CAN卡用於NI controller和ECU的通信，作為核心板卡的PXI 6229為NI多功能數據采集板卡，包含AI，AO， DI，DO，CTR。6229的接線盒本項目采用SC-2345信號調理屏蔽盒。外盒中帶有SCC模塊插座以及方便與M係列和E係列的數字I/O、計數器/定時器（GPCTR）信號進行連接的螺栓端子。NI SCC是便攜式模塊化信號調理係統，可與M係列、E係列、部分B係列和便攜式多功能數據采集（DAQ）設備配合使用。SCC產品可調理各種模擬輸入和數字 I/O信號，而且可以通道為單位選擇信號調理。SCC提供了自定義的連接選項以配合感應器或信號連接的類型。
圖5 NI SC-2345及SCC模塊
AI通道采集現場的模擬量，包括電壓，溫度，氣壓信號，考慮到電流信號的抗幹擾性能要優於電壓信號，我們選用的傳感器均為4-20mA電流輸出，再采用NI的SCC CI20信號調理電流輸入模塊進行實時數據采集。SCC-CI20是雙通道模塊，接受兩個0-20 mA或4-20 mA電流回路輸入。 NI SCC-CI20的每一獨立通道都包含一個精密249ohm電阻，該電阻可以將0-20 mA信號轉換為0-5 V信號。 每一通道均包括一個儀器差動放大器和偏壓電阻器。放大器具有低阻抗輸出，可以實現多功能DAQ設備的最高掃描速率；電阻器可以處理浮動以及接地參考電流源。
AO用yong來lai控kong製zhi現xian場chang可ke編bian程cheng電dian源yuan，因yin為wei不bu同tong類lei產chan品pin需xu要yao不bu同tong的de供gong電dian電dian壓ya，並bing且qie在zai測ce試shi過guo程cheng中zhong不bu同tong的de測ce試shi項xiang目mu也ye需xu要yao不bu同tong的de電dian壓ya，即ji電dian壓ya需xu要yao根gen據ju測ce試shi需xu要yao自zi動dong切qie換huan。SCC-AO10是輸出範圍為±10 V的單通道隔離電壓輸出模塊，以自己的隔離接地為參考。
DO控製各種繼電器。不同的測試步驟需要不同的繼電器配合電或氣的回路通斷。SCC-DO01是一款單通道光學隔離數字輸出模塊，可處理高達24VDC的電流，還帶有一個用於確認模塊輸出狀態的LED，還配備了用於上電狀態配置的外接開關。
CTR（counter）發PWM波驅動產品內部泵工作，再根據外接的氣壓傳感器即可判斷泵及相關零件裝配是否正確。麵向NI SCC平台的計數器/定時器調理模塊，提供隔離、更廣的I/O範圍和短路保護。SCC-CTR01為SCC平台上的通用計數器提供60V隔離和0-48VDC輸入/輸出範圍，包括TTL，可將每個載體上的2個NI SCC-CTR01模塊與多功能I/O控製設備上的2個計數器/定時器配合使用。
係統軟件構架
為了與NI硬件無縫連接，我們采用TestStand和LabView進行編程。所有的具體任務由LabView編程實現，比如數據采集，數據通信等。 測試流程則由TestStand 實現控製，如圖6示意。TestStand是可立即執行的測試執行管理軟件，用於組織、控製和執行自動化原型設計、驗證或製造測試係統。TestStand與所有主流測試編程環境兼容，如NI LabVIEW, NI Measurement Studio組件，微軟Visual Basic和Visual C++等，能調用任何編譯過的動態鏈接庫（DLLs），ActiveX自動化服務器，.exe運行程序，甚至傳統開發語言如HTBasic，HP-VEE。利用TestStand特te別bie強qiang大da的de兼jian容rong性xing，可ke以yi方fang便bian的de在zai一yi個ge係xi統tong中zhong將jiang傳chuan統tong和he現xian代dai測ce試shi編bian程cheng序xu環huan境jing結jie合he起qi來lai，工gong程cheng師shi可ke將jiang精jing力li集ji中zhong在zai更geng重zhong要yao的de開kai發fa任ren務wu上shang，如ru為wei產chan品pin建jian立li測ce試shi策ce略lve，再zai考kao慮lv如ru何he利li用yong這zhe個ge策ce略lve開kai發fa出chu應ying用yong程cheng序xu等deng；而相對簡單的工作，如運行順序，執行和報告生成等，將由TestStand處理完成。
圖6 本項目軟件構架
本項目中的測試報告即由TestStand自動生成，隻需在report options做一些簡單的設置即可，如圖7所示。
圖7 TestStand中Report Options設置
lingwai，youyuceshixiangmujiaoduo，naxieceshixiangmudejieguoxuyaobaocundaobaogaozhong，shifouyingxiangquanjujieguo，yewuxugongchengshibianchengshixian，zhixuyaozaigexiangceshibuzhoudeshuxingzhongjinxingxiangyingdegouxuanjike，rutu8所示。
圖8 TestStand Run Options
LabVIEW是一種圖形化的編程語言，與儀器係統的數據采集、分析、顯示部分一起協調工作，是簡化了而又易於使用的基於圖形化的編程語言Gdekaifahuanjing，muqianzaizidonghuaceshigongchengshizhongfeichangliuxing。liuchengtushidechengxushejiyukejigongchengrenyuanjiaoweishuxideshujuliuhefangkuaitudegainianshiyizhide，erqieyouyuliuchengtuyuchuantongchengxushejiyuyandeyufaxijiewuguan，goujianhe測試程序就可以少費時間。使用流程圖方法可以實現內部的自我複製，可以隨時改變虛擬儀器來滿足自己的需要。與傳統的編程方式相比，使用LabVIEW設計虛擬儀器，可以提高效率4～10倍。
現場成果
圖9和圖10展示了項目的最終運行成果。LabView麵板實時顯示測試過程中各項目的結果，以及重要信號的曲線。還沒測試的項目默認值為1000，背景為紅色，已經測試過的項目顯示當前測試結果，並根據規定的上下限背景自動調為綠色或者紅色。TestStand麵板供專業人士使用，可以實時查看目前測試進行到哪一步，結果如何等等。
圖9 現場成果——Labview麵板
圖10現場成果——TestStand
結論
通過NI公司先進的PXI技術，能夠準確而快速地對硬件進行控製和數據采集；同時PXI驅動庫 DAQmx與LabVIEW軟件開發平台的無縫連接，利用PXI構建的功能測試台，雖然結構複雜，信號量較多，但是結構合理，功能強大，易於修改。利用TestStand特(te)別(bie)強(qiang)大(da)的(de)兼(jian)容(rong)性(xing)，可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)的(de)在(zai)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)中(zhong)將(jiang)傳(chuan)統(tong)和(he)現(xian)代(dai)測(ce)試(shi)編(bian)程(cheng)序(xu)環(huan)境(jing)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)將(jiang)精(jing)力(li)集(ji)中(zhong)在(zai)更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)開(kai)發(fa)任(ren)務(wu)上(shang)。相(xiang)信(xin)NI的產品在自動化行業中會有更加深入的應用。
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