基于PLC控制的微型变压器自动测试系统设计

王 健，谢 晋，王日森，阮诗扬，万 睿

（1.华南理工大学 机械与汽车工程学院，广州 510000；2.东莞市嘉龙海杰电子科技有限公司，东莞523000）

微型变压器是电源系统中必不可缺的零件，已广泛应用于计算机、家电、汽车、医疗设备及航空航天等领域中[1]。随着家用电器及电子设备不断发展，市场对微型变压器的需求量将日益增大[2]。

目前，微型变压器行业主要采用标准化、规模化生产模式，已到达半自动化生产的水平[3]。然而，由于变压器测试工作仍需要人工完成，人工测试劳动强度较大，测试效率低且可能分拣出错，造成品质异常。故在此设计了自动测试系统，以实现自动测试、自动分拣作业，有效地提高变压器的测试效率和降低变压器的质量风险。

1 微型变压器测试设备及工作原理

1.1 微型变压器测试设备

微型变压器自动测试设备如图1 所示，微型变压器测试设备各机构的分布，按照测试流动方向分别为治具升降机构1、载具输送机构、产品载具、高压测试机构、综合测试机构、下料机构、治具升降机构2。

图1 微型变压器自动测试设备Fig.1 Micro transformer automatic test equipment

该设备可以完成B900 微型变压器的自动测试工作和产品载具的循环利用。其工作原理如下：作业人员将装载有微型变压器的载具放在载具输送机构上，载具输送机构依次将治具装载机构送到高压测试工站进行高压测试、综合测试工站进行综合测试、下料工站完成分选下料。此后，产品被送至治具升降机构2 中，当光电传感器感应到产品载具到达相应位置后，治具升降机构2 会下降，将产品载具转移到下层载具输送机构中。然后，下层载具输送机构将载具输送至治具升降机构1 中，当光电传感器感应到产品载具到达相应位置后，治具升降机构1 会上升将产品载具转移到上料工站，从而实现微型变压器的自动测试工作和产品载具的循环使用。

微型变压器载具如图2 所示。产品载具由微型变压器、变压器定位治具、测试定位板、支撑块组成，起到安装定位微型变压器的作用。

图2 微型变压器载具视图Fig.2 View of micro transformer carrier

载具输送机构如图3 所示。载具输送机构传动组件、电机、铝型材组件、挡料气缸安装板、挡料气缸、输送机构安装板、转轴、轴承座、输送机构定位板、电机安装板、传送带组成。载具输送机构空间布局有上下两层结构，上层结构负责将产品载具输送到各工站进行测试及下料；下层结构负责把产品载具运回上料工站。

图3 载具输送机构视图Fig.3 View of carrier conveyor

高压测试机构如图4 所示。高压测试机构由后推组件安装板、下压组件安装板、下压气缸、导柱导套组件、后推组件安装板、气缸连接件、后推气缸、后导轨、后导套、支撑柱、针床组件、下压组件、产品载具、定位板、前导套、前导轨、前推气缸。高压测试机构负责将产品载具定位，并使测试探针与变压器PIN 脚良好接触，顺利完成高压测试。

图4 高压测试机构视图Fig.4 View of high-voltage testing mechanism

1.2 微型变压器测试流程

微型变压器的测试包括耐高压测试、直流电阻测试、综合测试等项目。

B900 变压器测试流程如下：作业员将产品放入测试治具， 测试治具依次到达耐高压测试工站、综合测试工站进行测试，最后由下料机械手将产品分拣到下料工位。

耐高压测试是在4.5 kV 高压下，对各绕组之间进行耐压检测；综合测试是在100 kHz，1 V 电压下，检测各绕组的电感值L，漏感值Lk，电阻值等参数。

2 控制系统设计

PLC 是基于微处理器技术的工业控制专用计算机，采用模块化结构，系统组成灵活，具有联网方便、可靠性高、抗干扰能力强、能适应各种恶劣工作环境等优点，在工业控制领域有着广泛的应用[4-5]。故在此微型变压器自动测试系统采用PLC 控制。

2.1 控制系统组成

非标自动化设备控制系统业控制系统由硬件系统和软件系统组成。气动传动系统作为硬件系统，而软件系统一般由PLC 运行相应动作程序实现控制。PLC 采用电子编程来实现对工业现场或设备的自动化控制，PLC 的软件系统由系统程序和用户程序组成[6]。

2.2 PLC 型号选择

PLC 选型时， 应详细分析工艺过程的特点和控制要求，估算输入输出点、所需存储器容量、确定PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性价比与设计相应的型号[7-8]。

微型变压器自动测试系统中，2 个升降单元的升降台由圆柱气缸控制且由原点感应器和动点感应器反馈升降台的位置；装载治具的送进与输出由步进电机控制，且由2 个光电开关感应装载治具的位置。治具输送单元由6 个直流电机控制，治具到达7 个设定位置时由挡料气缸将其定位，7 个挡料气缸的原点位置需安装1 个磁性感应器。测试单元中，2 个上顶气缸、2 个下压气缸、2 个前推气缸、1个夹子气缸组成、步进电机模组组成。下料单元由步进电机控制机械手的位置， 取料上下气缸控制7个取料气缸吸取/夹取产品，2 个直流电机将分拣的产品输送到终检位置。

经过分析， 共需要49 个输入点和43 个输出点。由于控制点数较多，所以选择FPX-C60T 作为主控模块，外加2 个扩展模块FPX-E30T。

2.3 I/O 地址分配

自动测试控制系统具体I/O 分配见表1。

表1 I/O 分配表Tab.1 I/O allocation table

2.4 程序流程

自动测试线的主程序流程如图5 所示。

图5 自动测试线的主程序流程Fig.5 Main program flow chart of automatic test line

3 结语

所设计的微型变压器自动测试系统，实现了微型变压器的自动化测试作业，目前已成功应用于嘉龙海杰电子科技有限公司B900 生产线，运行稳定。该自动测试系统将微型变压器测试工序的每小时产量，由500 台提升到1500 台，可为每条生产线减少作业人员5 人。提升了产品的生产效率，降低了企业的生产成本。