LabVIEW在大眾寶來(lái)A4轎車(chē)雨刮電機生產(chǎn)中的應用

　　大眾汽車(chē)公司生產(chǎn)的寶來(lái)A4轎車(chē)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(xiàn)為4線(xiàn)制，分別為高速端、低速端、復位端及接地端。雨刮器電機自帶減速箱，減速箱內部有一開(kāi)關(guān)，當復位端接有13VDC電壓時(shí)，電機將先慢速旋轉，當蝸輪凸點(diǎn)到達復位點(diǎn)時(shí)，減速箱內復位開(kāi)關(guān)閉合，電機電樞被短路，電機能耗制動(dòng)，實(shí)現雨刮器復位，同時(shí)電源斷路。

　　根據項目的技術(shù)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、電機復位角，并使電機停在“裝車(chē)角”，此外還要測試電機在空載條件下的振動(dòng)。

　　開(kāi)發(fā)軟件的選擇

　　在對世界上幾個(gè)優(yōu)秀工控軟件進(jìn)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(chē)電機雨刮系統有限公司用LabVIEW軟件來(lái)開(kāi)發(fā)制作專(zhuān)用設備，他們認為“LabVIEW軟件最優(yōu)秀”。而根據上海法雷奧汽車(chē)電機雨刮系統有限公司生產(chǎn)設備的實(shí)際使用情況，工程師們在LabVIEW、VB及其他多個(gè)工控軟件中進(jìn)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(jiǎn)單易學(xué)、界面友好、功能強大、性能穩定、開(kāi)發(fā)周期短。此外，由于上海法雷奧汽車(chē)電機雨刮系統有限公司此前使用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)口設備時(shí)，對有關(guān)工程師進(jìn)行了LabVIEW軟件的培訓，因此，工程師們對LabVIEW軟件系統很熟悉。

　　選擇板卡

　　項目共需要模擬輸入4路，模擬輸出2路，計數2路、數字輸入7路，數字輸出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，8路數字I / O端。

　　另一塊板卡為數字采集卡PCI-6503：它有24路I / O端。

　　總體設計

　　□ 工程師們首先在C盤(pán)中開(kāi)了幾個(gè)文本文件，文件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(dòng)參數指標的上下限;振動(dòng)傳感器的調校系數;磁粉制動(dòng)器的非線(xiàn)性調校系數等。每次運行程序時(shí)，先讀取以上幾個(gè)文本文件中的數據，作為判別電機好壞的指標及測試系數。這樣作的好處是，這些關(guān)鍵參數只能由有關(guān)工程師才有權修改，而操作工是無(wú)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(dòng)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(xiàn)，由穩壓電源自動(dòng)調整。穩壓電源也選擇了可控型，即由模擬采集卡輸出一個(gè)0～5V的可變信號，來(lái)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序可控性。

　　□ 磁粉制動(dòng)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(dòng)器是非線(xiàn)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盤(pán)的下方安裝了經(jīng)過(guò)調校的扭力傳感器，并設計了調校程序。

　　調校方法為：先在電機旋轉測試端安裝一杠桿，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(diǎn)的標準。再依次吊1000g、1500g、2000g等不同的砝碼，讀取不同點(diǎn)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，然后逐漸加高磁粉制動(dòng)器的輸入電壓，這時(shí)扭力傳感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(diǎn)的電信號值時(shí)，分別記錄下磁粉制動(dòng)器的輸入電壓，這些電壓就是這些點(diǎn)的負載電壓，再根據二元一次方程，分別計算出相鄰兩點(diǎn)間的K及B值，即可得到磁粉制動(dòng)器任意點(diǎn)的近似負載工作電壓值。

　　□ 轉速測試用的編碼器選用PEPPERL+FUCHS公司的產(chǎn)品，分辨率為每轉2500個(gè)脈沖。利用模擬采集卡6024的兩個(gè)計數端，分別測量被測電機的轉速及電機轉動(dòng)的角度，這項工作在LabVIEW軟件的實(shí)例中已有，只要拷貝過(guò)來(lái)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(guò)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(dòng)測量選用PCB的加速度傳感器及放大器，每次測量時(shí)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(jìn)行測量，振動(dòng)信號經(jīng)“漢寧窗”及“頻譜”分析處理后輸出振動(dòng)波形。在10~4500Hz頻率范圍內分成四個(gè)頻段，每個(gè)頻段的振動(dòng)量設有不同的上下限，用來(lái)發(fā)現電機不同的缺陷。

　　同時(shí)，連續測量一組電機振動(dòng)信號，用時(shí)間域來(lái)進(jìn)行鑒定分析。CGM(Case Growl Measurement機殼噪音測量)：它用來(lái)鑒定電機轉子在旋轉周期內脈沖信號的波形，可測出電機轉子在每旋轉一周內振動(dòng)信號的最大值和最小值。它可以發(fā)現許多電機缺陷，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)：它可以發(fā)現軸上兩點(diǎn)跳動(dòng)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(dòng)波形是不同的。 只有在積累了大量的經(jīng)驗數據后，才能正確地根據電機振動(dòng)波形來(lái)判斷電機的缺陷所在。

　　在振動(dòng)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(dòng)及噪聲測量軟件包，用戶(hù)只要根據自己的實(shí)際情況稍加改動(dòng)即可制成自己的應用程序。

　　□ 為了保證振動(dòng)測試的準確性，要定期對加速度傳感器及放大器進(jìn)行調校。調校時(shí)進(jìn)入振動(dòng)調校程序，用一個(gè)159.2Hz 1g(9.8m/s2)的標準振動(dòng)源對傳感器施加振動(dòng)，同時(shí)讀取放大器信號，看是否達到1g，并加以修正，將修正系數存入文本文件，以供測試電機時(shí)調用修正。

　　□ 測試數據的儲存：在測試時(shí)，由于是同時(shí)在兩個(gè)工位上分別對一只電機進(jìn)行振動(dòng)測試及對另一只電機進(jìn)行性能測試，所以數據儲存時(shí)也用了兩個(gè)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(jìn)行打印，條形碼上記錄著(zhù)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(shí)現產(chǎn)品的可追溯性。

　　□ 在實(shí)際應用中，怎樣快速地進(jìn)行設備故障檢測是帶有普遍性的問(wèn)題。為了較方便、直觀(guān)地進(jìn)行設備故障檢測，可通過(guò)選擇主面板上“故障檢測”按鈕，進(jìn)入故障檢測子程序。該程序的面板上安放了設備所有用到的模擬、數字I/O端及計數端。(如圖2)

 

　　圖2 設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、數字輸入信號選用指示燈顯示方式、數字輸出信號選用開(kāi)關(guān)控制輸出方式、計數信號選用按鈕及數字顯示方式。

　　這樣做非常直觀(guān)，任何輸出旋鈕、按鈕的動(dòng)作，都會(huì )引起接在相應輸出端的電器元件的動(dòng)作，同時(shí)，任何接在外圍的開(kāi)關(guān)、電器信號的變化都會(huì )在屏幕上顯示。這對設備維修來(lái)說(shuō)非常方便，但有一點(diǎn)必須注意的是，在具體應用時(shí)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(dòng)作，否則則易發(fā)生事故，所以在應用時(shí)有必要加以一定的限制。

　　結束語(yǔ)：

　　上海法雷奧汽車(chē)電機雨刮系統有限公司的這個(gè)項目經(jīng)過(guò)1個(gè)多月的開(kāi)發(fā)就已順利完成，現已投入正常生產(chǎn)使用，設備運行非常穩定。通過(guò)這次成功的應用，上海法雷奧汽車(chē)電機雨刮系統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(kāi)發(fā)制作更多的專(zhuān)用測試及生產(chǎn)設備的信心。