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一、引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產中，電器件的裝配生產工藝不斷精進，裝配效率大大提高，進而對產品的檢測效率要求也大大提高。自動化檢測系統(tǒng)在實際生產中有越來越多的應用，由于自動測試技術的引入，不僅能提高檢測效率，保證檢測的準確性和可信度，減少由于人為原因造成的測量錯誤和誤差，降低生產和測試成本，而且還可對測試數(shù)據(jù)和結果進行信息化管理，完善產品的生產信息。

本文測試系統(tǒng)應用CAN（Controller Area Network控制器局域網）總線與產品通訊，下發(fā)指令，輸出信號通過PLC反饋給上位機；上位機將測試項目轉化為獨立的測試單元，用戶可根據(jù)產品的檢測需求靈活編輯檢測流程，上位機根據(jù)編輯好的檢測流程自動化運行，按順序執(zhí)行所有檢測項目；檢測完成后，生成對應的檢測報告。本文將以混凝土泵車電氣箱的下線檢測應用為例，來驗證該系統(tǒng)的實用性。

二、測試系統(tǒng)組成

本文測試系統(tǒng)包含MES（Manufacturing Execution System，生產執(zhí)行系統(tǒng)）服務器、工控機和控制器模塊幾個主要組成部分，如圖1所示。上位機通過局域網獲取MES中待測產品的信息，測試人員通過上位機下發(fā)測試指令，待測產品根據(jù)接收的指令輸出信號，通過控制器采集輸出反饋給上位機，工控機根據(jù)判斷邏輯輸出檢測結果是否合格。并將檢測結果保存至MES服務器端。

圖1 自動檢測系統(tǒng)硬件架構

三、檢測系統(tǒng)軟件

檢測系統(tǒng)上位機軟件使用基于.NET的Visual Studio2010平臺開發(fā)。.NET平臺由微軟公司推出，具有跨語言、跨平臺和跨系統(tǒng)能力。方便利用XML技術開發(fā)顯示及打印數(shù)據(jù)報表，還能使用GDI+設計各種圖形編輯器，適用于開發(fā)復雜的企業(yè)級應用程序。下位機使用西門子1200PLC，使用TIA Portal V15開發(fā)環(huán)境，Portal V15是西門子推出的全集成自動化編程軟件，高度集成西門子工業(yè)設備系列，支持西門子公司的所有工業(yè)設備的編程和仿真操作。檢測系統(tǒng)上位機軟件部分主要由通訊模塊和業(yè)務邏輯模塊和數(shù)據(jù)處理模塊三個功能模塊。

1、通訊方式

文中被檢測設備采用CAN通訊方式，CAN是由ISO定義的串行通訊總線，其可靠性高，支持即插即用，網絡維護成本低。它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率最高可達1Mbps。由于總線卓越的性能及高可靠性，非常適用于工業(yè)設備的互連，能有效支持分布式控制或實時控制的現(xiàn)場總線網絡。文中測試系統(tǒng)應用Moxa公司的CP-602U-I CAN卡，支持Universal PCI接口，CP-602U-I CAN口卡使用NXP SJA1000控制器和PCA82C251收發(fā)器，提供總線仲裁和錯誤檢測。適應-40 ～ 85℃工作溫度和2 kV光電隔離保護，能夠適應嚴苛的工業(yè)環(huán)境?？芍С植僮飨到y(tǒng)：Windows XP/2003/Vista/2008/7 x86/x64，提供庫語言：Visual C/C++，Borland C/C++。

檢測系統(tǒng)通訊流程如圖2所示，通訊模塊啟用兩個獨立線程，分別進行讀數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的實時性。通過實際使用驗證，采用獨立線程讀和發(fā)送數(shù)據(jù)，完全可以滿足測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時要求。

圖2 上位機CAN 通訊方式

檢測系統(tǒng)上位機與PLC采用ModbusTCP通訊方式，Modbus通信使用主從技術，即僅一個設備（主設備）能初始化傳輸（查詢），其他設備（從設備）根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應反應。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一條消息作為回應。本文檢測系統(tǒng)中，上位機作為主站，PLC作為從站，通過應答方式單獨通訊，每次查詢-應答與下一次查詢-應答間隔50ms，通訊流程如圖3所示。

圖3 上位機Modebus 通訊方式

2、業(yè)務邏輯

檢測系統(tǒng)上位機軟件面向產品檢測流程開發(fā)，用戶可根據(jù)檢測流程編輯檢測項目，形成產品檢測文件，以XML形式保存于系統(tǒng)文件中。在系統(tǒng)運行時，上位機加載檢測文件，按順序顯示產品的所有檢測項目。

針對工業(yè)生產測試中的不同測試種類，系統(tǒng)軟件設計了統(tǒng)一的檢測單元接口，滿足通用檢測功能需求及個性化檢測功能需求。測試單元接口示例如圖4所示，根據(jù)檢測功能不同，測試單元包括有開關量測試單元、模擬量測試單元和時間保持測試單元等實現(xiàn)通用性檢測。

圖4 檢測單元接口示意

對于檢測設備的個性化檢測需求，實現(xiàn)統(tǒng)一的接口，在測試單元的內部邏輯中進行多樣性的變化。

上位機軟件檢測流程根據(jù)被檢測設備的實際檢測項目，編輯檢測流程文件，上位機加載檢測流程文件，自動化檢測所有測試項目，執(zhí)行過程如圖5所示。

圖5 自動化檢測流程

3、數(shù)據(jù)處理

（1）信號處理

文中測試系統(tǒng)中，設備輸出信號通過PLC反饋到上位機，輸出信號包括開關量、模擬量和PWM信號。開關量信號由數(shù)字量IO模塊直接進行輸入及輸出，模擬量使用SCALE_X和NORM_X指令實現(xiàn)模擬量的標定和規(guī)范化，模擬量信號處理如圖6所示。

使用NORM_X指令將“VALUE”參數(shù)處模擬量輸入通道（如IW112）采樣的值轉換成0.0～1.0之間的浮點數(shù)，結果于“OUT”參數(shù)輸出，再使用SCALE_X指令將該中間結果轉換成具有工程量綱的實際值（如成品重量或實際液位）。NORM_X指令的“MIN”和“MAX”參數(shù)分別對功能，用時約20min。傳統(tǒng)的手工檢測只能檢測出接線是否牢固，不能檢測出電氣箱的接線錯誤和功能錯誤，若在整車調試時發(fā)現(xiàn)問題則難以鎖定故障部件，排查故障難度較大，因此在部件下線時檢測出合格件就非常重要，大大提升了整車調試的效率。檢測完成后，系統(tǒng)自動生成檢測報表如圖7所示，并將檢測報告數(shù)據(jù)上傳MES服務器保存，方便隨時檢測記錄。應模擬量輸入通道經過模數(shù)轉換后的數(shù)字量量程的最小值和最大值（單極性為0和27 648，雙極性為-27 648和27 648），SCALE_X指令的“MIN”和“MAX”參數(shù)分別對應帶工程量綱的實際值量程的最小值和最大值（例如，本文中轉化為百分數(shù)，Min為0，Max為100）。對于PWM信號，則通過濾波電路，轉換為電壓信號應用NORM_X和SCALE_X指令規(guī)范輸出值。

圖6 模擬量信號處理

（2）檢測記錄保存

本文中被檢測產品的生產線上使用MES，MES一般包括工廠管理、工藝設計、過程管理和質量管理四個功能，在現(xiàn)代制造企業(yè)中廣泛應用，特別是智能化工廠開始發(fā)展以后，更是發(fā)揮重要作用。由生產調度應用MES配置生產信息和生產計劃，生產線工人根據(jù)MES信息生產產品。

檢測系統(tǒng)通過工廠局域網連接MES，通過二次開發(fā)接口訪問產品信息，在檢測產品時根據(jù)產品設備號查詢產品的生產信息，檢測完成后將檢測記錄按照設備號保存到MES。

圖7 檢測報告

四、系統(tǒng)應用

文中檢測系統(tǒng)應用于混凝土泵車電氣箱的生產線檢測，檢測項目達80多項，覆蓋所有的輸入輸出點及電氣箱

自動化測試越來越廣泛的應用于工業(yè)生產中，作為產品可靠性檢測的重要手段。不僅提高檢測效率，更是保障了測試的精確度和管理的正規(guī)化。本文所述的自動化檢測系統(tǒng)，通過上位機控制執(zhí)行檢測流程，并與生產系統(tǒng)對接，將檢測系統(tǒng)融入生產環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對產品質量和性能的標準化檢測，且已在實際生產得以推廣和應用，本系統(tǒng)的架構和實現(xiàn)方式將對實際的應用有較大的指導意義。