PCBA模块测试分拣控制系统

1、PCBA模块测试分拣控制系统关键词：自动化技术应用;印刷电路板组件;功能测试;PLC;WinCC;控制系統中图分类号：TP273文献标志码：AAbstract：PrintedcircuitboardassemblyPCBAneedstobetestedbeforeitisloaded.Atpresent，itismainlymanualtestingandsortingintheproductionline，whichisinefficient.Soanautomaticcontrolsystemwhichcanscan，testandsortautomaticallyisdesigned.S

2、iemensS7-1200PLCisusedasthecontroller，andWinCCconfigurationsoftwareisusedastheuppermonitoringsystem.ThecommunicationbetweenPLCandWinCCisrealizedbyOPC.TheserialcommunicationbetweenWinCCandtestfixtureandscannerisrealizedbycallingMSCommcontrolwithVBSprogramming.Thetestresultshowsthatthecontrolsystemrun

3、sstably，andhasgoodpracticability，reliabilityandeffectiveness.Theapplicationofthesystemcanreducehumaninputandthelaborintensityofoperators，andimproveproductionefficiency，namelythesystemcanbegenerallyappliedtotheproductionlineofPCBAmodule.Keywords：automaticsapplication;printedcircuitboardassemblyPCBA;f

4、unctiontest;PLC;WinCC;controlsystem智能电表从内部组成上可分为外壳、分流器、互感器、继电器和实装印刷电路板printedcircuitboardassembly，PCBA【1】模块。PCBA模块是印刷电路板经过插件、贴片焊接制成的，在将其安装入电表中一般要对其进行功能性测试functioncircuittest，FCT【2】，即通过模拟运行环境，给与相应的输入鼓励，测试模块的输出参数是否符合设计要求。梁向飞【3】研究的一种用于测试PCBA的功能测试装置以及李鹏等【4】研究的模块化的开放性PCBA功能测试平台，都只实现了半自动，虽不需要手动按压以使模块针脚与测试

5、载具针脚充分接触，但取板和分拣依然需要人工手动操作。针对这一问题，选用西门子S7-1200PLC作为控制器，WinCC组态软件作为上位监控系统，实现对模块的自动取板、扫码、测试、分拣，并将二维码和测试结果进行归档，方便后续维修人员通过扫码读取坏板的故障点，实现对测试过程的实时监控，提高企业设备信息化和自动化水平【5】。1控制系统总体方案1.1测试系统组成测试系统主要由前端待测模块抓取机械手、扫码枪、测试工装、按压板、测试载具、分拣机械手6局部组成。抓取、分拣机械手均由20个小爪组成，抓取机械手要求所有小爪同步动作;分拣机械手要求每个小爪能够单独动作，实现模块的分拣工作。机械手张开、闭合、上下和

6、测试机构按压板的上下动作由均气缸来完成，而平行移动对位置精度的要求较高，采用伺服电机和丝杆模组实现。测试分拣系统整体结构如图1所示。1.2系统工艺控制系统工作流程分为待测模块抓取、二维码读取、模块功能测试、模块分拣4个流程。控制系统工艺流程如图2所示。1模块抓取待测模块到位后，测试机抓取机械手抓取待测模块，首先判断测试单元是否正在测试，是那么原地等待测试结束，否那么直接传送至扫码单元进行二维码读取。2二维码读取模块到达扫码位置时，上位机通过串口发送指令至扫码枪，执行扫码动作，并通过串口读取上行数据，扫码完成后机械手将模块放入测试单元载具，抓取机械手返回初始位置。3模块功能测试当抓取机械手移出，

7、测试单元载具上方的按压板下降，将模块下压，使其针脚与测试工装探针充分接触，同时上位机发送测试指令，测试工装开始功能测试，测试完成后上传数据，按压板上升。4模块分拣按压板上升到位，分拣机械手进入并抓取测试载具中的模块，然后根据测试结果将模块进行分拣，放入不同的工位，最后返回初始位置。2控制系统总体设计2.1系统硬件设计系统DI量共计58点，用于夹爪状态、夹爪位置、启停信号、动作限位、报警信号等;DO共计24点，用于执行夹爪的上下、张闭、按压板的上下、输出报警等。PLC选取西门子S7-12001214CDC/DC/DCCPU，1个PM1207电源模块，1个SM1222DQ16×24VDC

8、输出模块，3个SM1221DI16×24VDC输入模块。上位机PC选用研华PPC-3120工控一体机，采用WinCC组态软件开发上位监控界面。PLC作为控制系统的核心6-7，磁性检测开关、限位开关等器件将信号输入到PLC，PLC對接受的信号进行处理，然后输出至输出端口：控制电磁阀调整气流的方向从而控制气缸的动作，实现机械手的闭合、张开、上升、下降和按压板的上升下降;控制继电器的接通和闭合，实现信号的传递，从而实现设备的运行。WinCC作为数据处理核心，发送扫码和测试指令，以及对扫码枪和测试工装上行数据的读取、解析、归档。控制系统框图如图3所示。2.2系统通信实现2.2.1PLC与Wi

9、nCC通信由于WinCC没有提供S7-1200系列PLC常用的通信协议，需要借助SIMATIC.NET软件中的OPC模块和S7-1200通信。OPC是由一系列用于过程控制盒制造自动化应用领域的标准接口、属性以及方法组成8-9，OPC技术在应用上主要包括OPC效劳器和OPC客户端两局部，该系统将WinCC作为客户端，S7-1200作为效劳器。首先通过SIMATIC.NET完成PCStation组态，然后将组态下载至PC站中，随后在OPCSCOUT中建立标签与PLC中的存储地址相对应10，并添加至WinCC变量表中，即可在WinCC中实现对该变量的监控。图4为PCStation建立步骤。2.2.2

10、WinCC与扫码枪和测试工装通信测试数据的采集由单片机完成，假设将采集的数据进行解析再上传至PC端，将影响测试工装的效率，而计算机具有强大的数据处理能力，因此为提高测试工装的测试效率，上位机采用RS232串行通信接口11和扫码枪、测试工装进行通信。使用WinCC内置VB脚本编程调用MSComm控件实现串口通信，将采集的数据上传至PC端由上位机对数据进行解析。串口通信包括以下3步。1串口初始化。根据扫码枪和测试装置的串口号、波特率、校验位、数据长度、数据类型等根本通信参数12，对上位机串口通信参数进行设置。2写数据。采用变量改变触发VBS脚本程序的方式，当模块到达扫码位置或者已放入测试载具，将控

11、制指令通过串行端口发送至下位机，下位机做出扫码或测试的动作。3读数据。以测试工装上行数据为例，数据长度为45，通过在串口初始化程序中设置属性RTreshold=45，当有数据上传并到达45个字符时产生一个OnComm事件，触发读串口程序执行实现缓冲区数据的读取。串口通信读写数据流程图如图5所示。3控制系统软件设计3.1PLC软件设计系统的功能实现主要是由PLC的控制程序来完成13-14，根据控制的要求PLC控制程序包括手动和自动两局部：手动模式功能主要包括机械手的抓、松、上升、下降和根本运动实现，在设备的调试、维修、故障排除时使用;自动模式功能在设备正常生产运行时使用。自动运行模式程序流程图见

12、图6。3.2上位监控软件设计系统利用WinCC组态软件15设计监控画面，实现对PLC、扫码枪和测试工装的工作状态的实时监控。上位系统功能框图如图7所示。监控点包括：机械手位置、夹爪的状态、报警点的实时显示，测试数据和二维码的历史数据的显示，生产量、通过率等相关数据以及测试通过率的实时趋势曲线。操作点包括：机械手的抓松、平移、上行等动作控制;扫码枪和测试工装的状态测试控制。设计的监控系统主界面如图8所示。该界面显示系统运行模式、扫码测试工作状态、运行实时信息及产量等根本信息。在界面的右下角有6个按钮，可进入相应的操作界面。主界面实时信息窗口可看到测试周期为48s左右，一次测试数量为20块，扫码时

13、间为5s，每次抓取、分拣板的时间为34s;而传统测试方式测试周期为38s左右，测试数量为4块，取板、扫码、分拣时间远大于测试时间，且会随着工作人员疲劳度的增加而增加。经实际运行证明，该控制系统能够减少4至6人的投入，且通过率完全符合企业的要求。上行数据界面的作用显示测试上行数据，如图9所示。上位机接收数据根据帧协议：7E022D+模块序号2byte+芯片ID号7byte+错误代码2byte+XX2byte+7E对数据进行解析，得到测试结果，将解析后的数据进行归档，后期维修可直接通过扫码来查询该模块的故障点。4设备故障处理设备控制柜设计了紧急停止按钮，当出现一些突发情况时，工作人员可按下紧急停止

14、按钮，使设备保持当前状态停止运行，经查看报警记录找到故障点，也可通过旋转紧急按钮解除急停状态，将运行模式切换至手动模式，根据具体故障操纵机械手的抓松状态、位置来排除故障，然后切换至自动模式，按下开始按钮让设备继续运行。假设模块产生破损无法继续运行，可清空设备内的所有模块，初始化设备，使设备重新抓取下组模块。5结语该控制系统选用S7-1200作为控制器，适合该小型工业控制系统，采用OPC和串口通信方式能够有效保证系统的实时性和可靠性。采用RS232串口通信可将上行数据直接存储至WinCC内部变量中，减少对WinCC外部变量点数的占用，减少软件费用。经实际运行说明，控制系统运行稳定可靠，上位机操作

15、简单，工人上手容易，能够实时显示现场数据和报警信息。该系统将二维码数据与测试结果合并归档，实现了产品的信息化管理。工作人员可根据归档文件查看故障模块信息，对故障模块做出相应的处理，也可根据报警点，及时对故障点进行检查维修。手动操作按钮设置相应保护，工作人员在特定位置只能执行特定的操作，如有危险操作将收到弹窗警告提示。目前测试完成的模块需要通过分拣直接放至各操作工位，最终仍需人工将其收集。未来可研究如何在分拣环节按照测试结果将模块进行装箱操作。参考文献/References：【1】倪晨鸿，宋春伟.智能电表PCBA模块的功能性测试设备.电子测试，202121：150-151.NIChenhong，

16、SONGChunwei.FunctionalcircuittestequipmentforPCBAmoduleofsmartelectricmeter.ElectronicTesting，202121：150-151.【2】刘卫强.用电信息采集载波模块测试系统的研究及应用D.保定：华北电力大学，2021.LIUWeiqiang.ResearchandApplicationofTestSystemforPowerInformationAcquisitionCarrierModuleD.Baoding：NorthChinaElectricPowerUniversity，2021.【3】梁向飞.一种

17、用于测试PCBA的功能测试装置.自动化应用，20215：45-46.【4】李鹏，王胜勇，卢家斌，等.模块化的开放性PCBA功能测试平台.企业导报，20214：261-263.【5】张新聚，李亚男.摩托车单向器自动装配机气动系统设计.河北工业科技，2021，353：56-61.ZANGXinju，LIYanan.Designofpneumaticsystemofautomaticassemblemachineformotorcycleone-wayclutch.ebeiournalofIndustrialScienceandTechnology，2021，353：56-61.【6】张顺星，张玉洁

18、.基于PLC的组合工件自动分拣系统研究与设计.新技术新工艺，20219：16-18.ZANGShunxing，ZANGYujie.TheresearchanddesignofautomaticsortingsystemforcombinationworkpiecesbasedonPLC.NewTechnologyandTechnology，20049：16-18.【7】付伟.PLC在材料自动分拣系统中的应用.制造业自动化，2021，343：136-138.FUWei.ApplicationofPLCinautomaticsortingsystem.ManufacturingAutomation

19、，2021，343：136-138.8聂乾坤.基于WinCC的监控系统设计D.大连：大连海事大学，2021.NIEQiankun.DesignofMonitoringSystemBasedonWinCCD.Dalian：DalianMaritimeUniversity，2021.9张建平，马芳，马利.基于OPC技术的工业现场异构系统集成软件的开发.电子技术与软件工程，202118：76-77.ZANGianping，MAFang，MALi.DevelopmentofheterogeneoussystemintegrationsoftwareforindustrialfieldbasedonOPCtechnology.ElectronicTechnologyandSoftwareEngineering，202118：76-77.10段润群，谢云山.上位机软件与S7-1200PLC的OPC通信研究.自动化与仪器仪表，20215：1