倪晨鴻,宋春偉

(中國計量大學(xué),浙江杭州,310018)

智能電表PCBA模塊的功能性測試設(shè)備

倪晨鴻,宋春偉

(中國計量大學(xué),浙江杭州,310018)

針對智能電表實裝印刷電路板的質(zhì)量問題，提出了一種針對智能電表PCBA功能測試的檢測設(shè)備。在對新型FCT設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)描述的基礎(chǔ)上，提出了夾具及機臺的主要設(shè)計參數(shù)。對智能電表的各個測試項目進(jìn)行研究，提出智能電表在PCBA模塊檢測階段的功能性測試方法，并依據(jù)測試方法提出FCT硬件方案和測試流程。

智能電表；計量芯片；檢測設(shè)備

0　前言

國家電網(wǎng)公司國家電網(wǎng)智能電表從零件組成上可以分為如下幾個部分：電表外殼（包含金具），分流器，互感器，繼電器和實裝印刷電路板模塊（Printed Circuit Board Assembly, PCBA）。實裝印刷電路板是指印刷電路板經(jīng)過自動貼片焊接，自動插件焊接和補充焊接等制程后的零部件產(chǎn)品，以下簡稱PCBA。PCBA模塊的功能性檢測（Functional Circuit Test，F(xiàn)CT）就是對被測目標(biāo)板提供模擬的運行環(huán)境和輸入激勵，檢測目標(biāo)板的參數(shù)和輸出響應(yīng)是否符合設(shè)計要求。智能電表的概念產(chǎn)生于上世紀(jì)90年代，它是一種以電子單片機為核心的，具有自動計量、電能質(zhì)量監(jiān)控、雙向通訊和遠(yuǎn)程斷供電的計量設(shè)備。針對智能電表PCBA模塊的FCT檢測工作，本文提出一種針對國網(wǎng)單相智能費控電能表產(chǎn)品所對應(yīng)的PCBA模塊的檢測技術(shù)方法和設(shè)備方案。

1　設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖1　設(shè)備總體構(gòu)成示意圖

智能電表PCBA模塊的FCT測試設(shè)備是能夠測試PCBA模塊中各項電氣性能及電氣參數(shù)，能夠快速，自動并且全面的判斷PCBA模塊是否屬于合格產(chǎn)品。PCBA模塊的FCT測試結(jié)果可以通過上位機的PC軟件上傳到服務(wù)器，如圖1所示。設(shè)備可以分為設(shè)備測試機臺和夾具兩部分。測試夾具是安裝于測試機臺上的，被測目標(biāo)板需要放入其對應(yīng)的測試夾具，再由機臺進(jìn)行測試。針對不同型號的同類型電表PCBA模塊，檢測車間人員只需要更換相應(yīng)的夾具。

如圖2所示，自動化或者半自動化的PCBA模塊FCT測試設(shè)備，都是通過“針床”式的機械結(jié)構(gòu)將被測試的PCBA與機臺中檢測電路連接在一起。FCT設(shè)備一般俗稱“測試壓機”，通過專門定制的測試夾具和壓力機構(gòu)完成被測PCBA與測試電路的電氣連接。測試夾具上安裝有大量探針，探針數(shù)量和電路板的設(shè)計測試點的數(shù)量相同。探針自帶的彈簧和夾具的彈性機構(gòu)的共同作用將探針與電路板上的測試點牢牢的壓接在一起，足夠大的壓力才能充分減少了探針和電路板測試點之間的接觸電阻。

圖2　智能電表PCBA針床測試示意圖

除了探針以外，針對智能電表PCBA的檢測需求，還需要安裝光敏電阻，視頻識別和微型氣缸。其中光敏電阻是測試LED指示燈，而視頻識別設(shè)備是用于識別電表液晶屏的顯示情況。微型氣缸是用來檢測按鈕和開蓋端子，智能電表是不允許用戶自行打開端蓋，如果端蓋被打開就會觸發(fā)警報。因此，當(dāng)夾具上的微型氣缸下壓時電表處于正常狀態(tài)，當(dāng)微型氣缸抬起時就觸發(fā)了智能電表的報警機制，這個報警信號可以觸發(fā)相應(yīng)的LED指示燈，同時通過485總線也可以讀取到。一般來講，測試探針上所施加的壓力根據(jù)探針規(guī)格是有明確的要求的，而機臺主氣缸的壓力與探針數(shù)量也存在線性關(guān)系。通常100根左右的探針和轉(zhuǎn)接針，需要施加150 N以上400 N以下的壓力。

2　電氣檢測技術(shù)

如圖3所示，F(xiàn)CT設(shè)備中針對智能電表PCBA各部分功能電路分別設(shè)計不同的檢測電路進(jìn)行檢測：（1）對電表中電源電壓值設(shè)計了專門的電壓采樣電路進(jìn)行采集；（2）機臺中設(shè)計有485通訊模塊對目標(biāo)板上的485通訊進(jìn)行功能檢測；（3）對于電表核心計量部分模擬電表實際工況，在模塊與分流器和互感器接觸的測試施加模擬電流采樣信號，在這樣模擬工作狀況下，電表計量部分開始工作計算有功和無功電能；（4）在計量部分工作的條件下，智能電表特有的功率脈沖信號開始出現(xiàn)（該信號用于電表精度的校正），通過脈沖計數(shù)可以檢測這部分電路的工作期刊；（5）對指示燈的亮度用光敏電阻進(jìn)行量化測試；（6）紅外通訊模塊也是按照與485通訊同樣的規(guī)約進(jìn)行檢測，紅外通訊模塊安裝于夾具上界面；（7）獨立的微型氣缸通過自動按壓操作實現(xiàn)對端蓋和按鍵的邏輯功能的檢測；（8）液晶屏幕可能存在的“缺筆”問題可以通過視頻識別技術(shù)進(jìn)行檢測，這方面技術(shù)已經(jīng)比較成熟。此外，智能電表模塊的程序燒寫功能也可以集中在FCT檢測設(shè)備中完成。

圖3　檢測電路與被測功能模塊對應(yīng)關(guān)系圖

設(shè)備測試流程從檢測人工放料是否到位開始：首先對電源電路進(jìn)行檢測，避免了對故障PCBA模塊上電過程可能存在的短路或者過流現(xiàn)象的發(fā)生。完成了電源電路部分的檢測之后，PCBA模塊已經(jīng)進(jìn)入上電工作狀態(tài)，接下來還是先對其485通訊模塊進(jìn)行檢測。這樣的設(shè)計主要是因為485通訊模塊是之后各個檢測工序的基礎(chǔ)。剩余幾個測試項目，如按鍵端子，負(fù)荷開關(guān)，紅外通訊都可以并行檢測完成。整個測試流程的時間可以控制在10s以內(nèi)。

3　結(jié)語

本文介紹了一套應(yīng)用于智能電表PCBA模塊的FCT檢測設(shè)備，介紹了其主機部分和夾具部分的分體式設(shè)計思路，論述了機臺中電氣檢測電路的設(shè)計方案，采用模塊化的硬件電路對智能電表PCBA的各項功能進(jìn)行檢測，介紹了設(shè)備的操作方法和一般測試流程。

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[4]王思彤,周暉,袁瑞銘等.智能電表的概念及應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù), 2010(04):17-23.

倪晨鴻，中國計量學(xué)院，碩士，研究方向為變頻器數(shù)字控制原理。通訊作者： 宋春偉，博士，講師，中國計量學(xué)院碩士生導(dǎo)師，研究

方向為大功率變流器拓?fù)渑c控制。

Functional circuit test equipment for PCBA module of smart electric meter

Ni Chenhong,Song Chunwei
(China Jiliang University,Hangzhou,Zhejiang,310018,China)

Aiming at quality problems of printed circuit board assembly (PCBA) for smart meter,a test equipment for PCBA functional circuit test (FCT) of smart meter was proposed.Based on a brief description ofthe mechanical structure of the novel FCT equipment,the main parameters of the fixture and the machine were provided. Each test project of smart meter PCBA was studied, the FCT methods of smart meter in PCBA module testing were proposed, and the FCT hardware scheme and testing process were disscused according to these proposed test methods.

smart meter;printed circuit board assembly;functional circuit test

TM

B

項目來源：浙江省自然科學(xué)基金青年基金項目（LQ16E070001），浙江省“儀器科學(xué)與技術(shù)”重中之重學(xué)科開放基金（JL150512）