自动化改进了交流发电机测试系统

当美国汽车零部件公司决定需要一个新的交流发电机测试系统时，该公司知道它需要一个定制的应用程序。因此，工程团队决定使用带有人机界面(HMI)的可编程自动化控制器(PAC)在内部设计和构建系统。

为了将收集到的原始数据转换成PAC可以理解的形式，我们添加了许多信号调节器、固态继电器和其他接口。这使我们能够彻底测试我们所有的交流发电机。当一个交流发电机坏了，大多数机械师会用一个已经重新制造的旧装置来替换它，这个装置可能来自我们公司，美国汽车零部件协会(MPA)考虑到通过我们的商店获得的单位数量和我们获得的专业知识，我们的许多再制造的交流发电机比原来的要好，因为我们多年来已经找到了消除许多设计缺陷的方法。

发动机及其组件的改造已经持续了几十年，MPA是更换启动器、交流发电机、轮毂组件和轴承的主要供应商。随着发动机变得越来越复杂，再制造和测试过程也变得越来越复杂。

从当前或最近的汽车模型中重建交流发电机是一个复杂的过程，实际上需要进行彻底的测试以确保满足性能要求。考虑到与汽车行业相关的任何事情都存在成本压力，想要作为再造者竞争的公司必须能够快速和可预测地进行再制造和测试过程。机械和汽车零部件连锁店会很快放弃供应商，因为供应商提供的零部件不合格，导致客户不满，所以世界级的质量是必须的。

鉴于道路上汽车的种类和年龄，有成千上万种交流发电机在使用。即便如此，作为我们客户服务的一部分，MPA承诺对所有再制造的交流发电机进行100%的在线测试。处理大范围的尺寸、容量和外壳设计外形因素需要一个自动化的测试过程，它可以比手动操作更快、更积极地逐步完成并记录一系列测试，这就是我们采用自动化测试系统的原因。

定制测试系统

由于自动交流发电机测试系统不是现成的产品，MPA不得不设计和制造自己的大部分测试设备。目前，MPA拥有3000多个交流发电机型号的改造和试验方案。这包括零件目录、性能参数、测试协议和其他信息。为了以自动化的方式实现这些测试配方，MPA最近在自动化分销商和系统集成商的帮助下安装了一个新的交流发电机测试台量子自动化在加州的阿纳海姆。

任何拥有复杂项目的公司都需要选择合适的供应商来提供所需的硬件和软件组件。为了协助选择过程，我们选择了量子自动化，因为我们知道它的销售支持人员会为我们指明正确的方向。

在一个由不断发展的技术和不断变化的新应用程序和解决方案驱动的世界中，在开始任何自动化项目之前，有必要咨询训练有素且值得信赖的合作伙伴。跳过这一步可能会导致采购错误的硬件或软件。

测试一个给定的交流发电机需要安装在测试台上，通常使用与发动机相同的安装。这就要求插入式固定插件与每个特定的交流发电机外壳设计相匹配。必须进行电气连接来模拟负载(图1)，以及与ECU(发动机控制单元)通信的数据连接。

测试方案包括以指定的RPM值旋转交流发电机，并检查其输出电压和安培，交流和直流。交流发电机满负荷运行需要大电流的安全耗散。豪华SUV的单元必须能够为大量配件提供动力，因此总输出很容易达到200a或更多。测试机器还必须与单元对话，通过CAN总线向其提供数字指令并接收信息，就像ECU在车辆中的正常使用一样。

由库存管理员驱动

复杂的控制器是测试系统的核心，在这种情况下是可编程自动化控制器(PAC，图2)。操作员通过运行基于web的人机界面(HMI)软件的触摸屏PC控制和监控测试系统，PC通过以太网连接到PAC(图3)。

所有的测试参数都必须编程到PAC中，使用一些更常用的编程例程作为功能块标准化，以便从一个程序重用到另一个程序。内部设计的印刷电路板将基于can的数据传输到模拟发动机正常使用时发送的交流发电机。

测试系统也有一个主驱动电机旋转转子。考虑到必须测试的各种单元，电机必须在很宽的速度范围内运行，以匹配交流发电机在正常使用中看到的速度。交流驱动器根据需要控制速度，尽管正确连接到基于以太网的PAC需要转换为驱动器所需的RS485串行通信。

设计便于操作

在日常使用中，操作人员需要对大量特定的交流发电机进行测试。在插入正确的支架将交流发电机固定到试验台后，操作员使用触摸屏HMI从数据库中的3000多个交流发电机中调用特定交流发电机的参数。HMI为特定的交流发电机提供适当的测试屏幕，操作员在测试过程中根据需要与HMI进行交互(图4)。

在开始实际测试过程之前，测试系统首先执行自己的自我诊断。如果一个特定的交流发电机出现故障，测试系统足够复杂，可以诊断出是哪个部件出现故障，或者是否存在其他缺陷。它可以通过确定发现故障时流程所处的步骤来识别故障。然后，质量技术人员可以追踪根本原因，看看是部件故障还是其他问题。然后可以根据MPA的测试程序执行适当的纠正措施。

测试程序必须快速可靠。一旦设置好，测试技术人员可以在不到90秒的时间内完成测试，每天执行约1000次测试。这1000个测试总共产生250,000个以上的数据点，所有这些信息都上传到公司服务器数据库中的一个更大的数据库中。

处理大量数据

考虑到测试系统有大约100个I/O点，并且考虑到必须在短时间内收集的数据量，PAC和HMI必须快速有效地处理数据。这更加复杂，因为测试交流发电机时收集的数据与大多数工业自动化系统的典型数据不同。

因此，我们必须添加许多信号调节器、固态继电器和其他接口，以将交流发电机测试数据转换为PAC可以处理的格式。PAC和HMI之间的通信也必须快速，由于有100 MB以太网通信，这不是问题。

设计、构建和编程一个如此复杂的单元并不是一件容易的事情，但是使用标准的工业硬件和软件来完成它是一个相对便宜的项目。在过去的几年里，唯一实用的方法是使用专有的硬件和软件，这些硬件和软件成本更高、编程难度更大、维护难度更大。具有这种复杂程度的测试系统的早期版本的成本通常是这个系统的两到三倍，并且不会具有相同的功能。这就是使用现成组件构建定制系统的价值所在。

根据我们使用PAC和基于web的HMI软件的经验，我们正在研究制造和测试过程的其他部分，我们可以通过更高水平的自动化来增加产量或提高质量。使用现成的工业自动化产品设计、构建和编程生产和测试系统的能力为我们提供了较低的成本门槛，允许我们考虑以前认为不经济的应用程序。

伯尼·加尔霍夫是美国汽车零部件公司的高级电气工程师。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

关键概念

• MPA测试技术人员可以在不到90秒的时间内完成一个单元的测试，每天进行约1000次测试。
• 能够使用现成的工业自动化产品在内部设计、构建和编程生产和测试系统，从而降低成本门槛。
• 低成本的自动化使以前认为不经济的项目成为可能。

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