行業(yè)：電源生產(chǎn)
應用需求：在電源的在線(xiàn)檢測中，需要對電源的輸出電壓進(jìn)行校準，傳統的調節方法是工人們用螺絲刀轉動(dòng)電位器進(jìn)行校準，不僅耗時(shí)，而且手動(dòng)操作直接影響到校準精度的一致性。一套電位器自動(dòng)調節系統便能實(shí)現快速、準確的電源電壓校準。
面臨的挑戰：長(cháng)期在環(huán)境相對惡劣的生產(chǎn)線(xiàn)上穩定工作是我們面臨的最大挑戰。另外，控制的實(shí)時(shí)性也是我們要解決的問(wèn)題。
解決方案：在可編程硬件FPGA上運行PID控制算法，保證了控制的速度和精度，當需要同時(shí)調節多個(gè)VR時(shí)，利用FPGA的并行性也可以方便地進(jìn)行擴展，而不影響系統的控制性能。CompactRIO不僅集成了FPGA硬件，其本身更是具備多種工業(yè)級的指標，非常適合此套系統的開(kāi)發(fā)。
臺達電子成立于1971年，發(fā)展至今已成為在全球擁有超過(guò)六萬(wàn)員工的跨國企業(yè)，是世界第一的開(kāi)關(guān)電源與無(wú)刷直流風(fēng)扇產(chǎn)品的領(lǐng)導廠(chǎng)商，營(yíng)運據點(diǎn)遍布全球，并在臺灣、中國、泰國、墨西哥、印度以及歐洲等地設有制造工廠(chǎng)。為了提升電源檢測的效率和質(zhì)量，臺達電子中國的制造工廠(chǎng)特別邀請NI系統聯(lián)盟伙伴上海聚星儀器開(kāi)發(fā)了一套基于NI CompactRIO的電位器自動(dòng)調節系統，以取代傳統的人工調節方式。
電控單元設備的選擇
電位器自動(dòng)調節系統主要由電動(dòng)VR棒和電控系統組成。電動(dòng)VR棒通過(guò)電機驅動(dòng)螺絲刀頭轉動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器轉動(dòng)，實(shí)現電源輸出電壓的調節。整套系統中，不僅需要性能卓越的直流微電機驅動(dòng)電動(dòng)VR棒，更需要一種可以在工業(yè)現場(chǎng)長(cháng)時(shí)間穩定工作的測控設備作為電控單元，電控單元用于采集電源輸出電壓，再通過(guò)控制算法輸出電機控制信號。電控單元需要滿(mǎn)足電壓信號的高精度采集以及控制算法的高可靠運行等要求，基于這些要求，我們選用了NI CompactRIO 9073作為電控系統硬件平臺，NI 9229作為電壓采集模塊，NI 9401作為數字I/O模塊。
NI CompactRIO 9073是一款低成本、集成化、工業(yè)級嵌入式控制器，它的機箱背板中集成了一塊可自定義的FPGA芯片，非常適合并行、高速的閉環(huán)控制。NI 9229作為同步模擬信號采集模塊，具備了±60V的電壓測量范圍，偏置誤差在常溫下僅有0.008%，完全滿(mǎn)足電源的輸出電壓范圍寬（3.3V、5V、12V、24V），以及測量精度高（10mV以?xún)龋┑囊?。NI 9401是一塊高速雙向數字I/O模塊，這里用于發(fā)出控制電機運行速度和方向的PWM信號。
VR自動(dòng)調節系統的工作過(guò)程
當進(jìn)行到VR調節工序時(shí)，電源測試系統（ATS）向電控系統發(fā)出校準參數，校準參數包含校準通道序號以及該通道的目標電壓及其范圍。自動(dòng)調節系統收到校準參數后，開(kāi)始采集對應通道的電壓信號，并把電壓數據實(shí)時(shí)發(fā)送到ATS系統，同時(shí)向VR棒發(fā)出控制信號。VR棒接收到控制信號后開(kāi)始轉動(dòng)，而NI9229也在同步地采集不斷變化中的被測電壓值，當輸出電壓收斂到目標電壓范圍內時(shí)，VR棒就停止轉動(dòng)，電壓校準結束，進(jìn)入下一道工序。
操作員在這個(gè)過(guò)程中只須將VR棒插入電源上對應的電位器，按下VR棒側面的開(kāi)關(guān)，待校準結束后再將其拔出即可。
方便地連接和擴展
基于NI CompactRIO平臺的VR自動(dòng)調節系統對外的通信接口為網(wǎng)口，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與外部通信，既可以作為一個(gè)獨立的系統，又可以方便地加入到現有的電源測試系統。只要原測試系統支持TCP/IP通信，二者之間就可以通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接實(shí)現命令和數據的交換。
此外，VR自動(dòng)調節系統在可編程硬件FPGA上運行PID控制算法，保證了控制的速度和精度，當需要同時(shí)調節多個(gè)VR時(shí)，利用FPGA的并行性也可以方便地進(jìn)行擴展，而不影響系統的控制性能。
變手動(dòng)為自動(dòng)既快又準
電位器自動(dòng)調節系統使得單個(gè)電源的測試時(shí)間從70s減小到40s，校準后的電源重調率從原來(lái)的6‰減少到1‰，很大程度上提高了電源測試的效率和電壓校準的可靠性。同時(shí)，由于不需要人工經(jīng)驗去調節電位器，大大降低了對操作員的依賴(lài)程度。
