Pickering Interfaces帮助Curtis Instruments (柯蒂斯仪器)构建其第二代自动化测试系统,用于测试电机控制器

Taking the COTS route with ATS 2.0 was undoubtedly the right decision, and when we started searching for PXI chassis and modules suppliers, the usual considerations came into play – cost, lead times and reliability. That presented us with a fairly level playing field, but it was Pickering’s guaranteed long-term product availability and support that really stood out and was one of the key factors in choosing them over their competitors.

- Richard Allred, Senior Test Engineering Group Leader at Curtis Instruments
Curtis Instruments Builds Second-Generation Automated Test System for Checking Motor Controllers

Curtis Instruments & Pickering case studyCurtis Instruments (柯蒂斯仪器)是科勒公司旗下的一家设备制造商,专门生产高科技电机速度控制器和车辆控制系统,广泛用于货运卡车和设备中。例如,该公司的AC F2A电机控制器采用双高性能ARM Cortex微处理器,并针对1至2吨III类人力搬运电动托盘车作为牵引控制器进行优化。该控制器也适用于液压泵控制。

作为公司严格的质量把控流程的一部分,所有电机控制器(F2A只是公司产品组合中的33种不同电机控制器之一)都需要经过彻底的功能验证检查。为了进行这些检查,Curtis(柯蒂斯)拥有数个相同的自动化测试系统(ATS)。

ATS于1998年引入,并包括:

  • 电池柜
  • 带有两到三个电机的电机支架,电机的电压和功率等级不同(用作负载)
  • 测试支架,具有多个装置接口,用于校准和测试不同的电机控制器。

该系统是通用的,它可以用于测试Curtis(柯蒂斯)产品组合中的每个电机控制器(即所有系列和所有型号)。这种通用性得益于以下几点:

  • 使用产品专用的测试夹具。这使得ATS硬件保持通用性。例如,使用了符合工业标准架构(ISA)的模拟和数字输入/输出(ADIO)设备,以及Curtis(柯蒂斯)开发的几个定制卡片(见下文)。
  • 系统基于PC(使用支持ISA卡片的Windows XP操作系统)。各种不同的工作电压和其他测试参数可以在软件中选择。这种能力是实现高度自动化的核心,许多测试只需要很少或不需要人为交互。
  • SepEx、串联和永磁产品可以通过配置与其相应电机类型相结合的三个不同电机支架之一来进行测试。

大部分ATS的功能是通过Curtis(柯蒂斯)设计的定制板卡实现的。这些板卡包括差分卡(具有四个电路,测量电压、电流、占空比和速度)、多功能卡(用于特定测量和控制台控制信号)、继电器板卡(用于监测被测试设备的信号,并驱动电池柜和电机支架的控制信号)。还有节流阀板卡用于驱动电机支架和被测设备的电机,以及用于与被测设备和电机支架通讯的通信板卡。

为了优化可维护性并消除停机时间,Curtis(柯蒂斯)非常小心地确保尽可能多的ATS组件可以进行桌面维修或更换。

Curtis Instruments (柯蒂斯仪器)的高级测试工程组组长Richard Allred评论道:“更换大多数子装配件不需要对ATS进行重新校准,如果其中一个单元发生故障,我们可以迅速修复,因为我们随时备有备件 - 尽管这变得越来越具有挑战性。”

第二代自动测试系统 (ATS)

如前文所述,最初的自动化测试系统于1998年投入使用并为Curtis(柯蒂斯)提供了良好的服务。然而因部分组件面临停产导致继续使用该系统会面临风险,这些问题包括:

  • 不再支持Windows XP系统。
  • Curtis(柯蒂斯)定制的板卡中使用的许多组件(特别是IC)现在已经停产。
  • 用于控制台夹具接口的电源连接器也已停产。

Allred继续说道:“关于ATS第2版的讨论早在2014年就开始了。我们喜欢经过大量钻研得出的原始的ATS 功能,但我们需要保护自己免受因与日俱增的组件停产问题所带来的影响。ATS 2.0 做到了。这也是一个尝试缩短测试时间的机会。ATS 1.0 执行一个测试周期平均需要 5 分钟。我们希望ATS 2.0的测试周期至少减少一分钟时间。”

Curtis(柯蒂斯) 认识到,解决组件停产问题的解决方案是摒弃定制板卡,使用商用现货 (COTS) 产品,进而停止管理这些OEMS组件。

同时决定不再使用电机支架和实际电机,取而代之的是使用模拟负载。这样做的好处包括:

  • 更容易在产品开发过程中注入故障,来验证电机控制器是否正确响应。
  • 可以模拟被监控的负载,即验证从电机控制器视角所见负载的正确性

COTS 的核心是选择模块化板卡和机箱的规格,Curtis(柯蒂斯)决定采用PXI版本。

在ATS 2.0 的设计工作于2018 年正式开始时,Pickering Interfaces 被确定为我们所需众多板卡的最佳供应商,“Allred 回忆道,”他们的负载模拟能力在业内享有盛誉。

Curtis Instruments PXI Collection使用了以下的Pickering Interface模块产品:

此外,ATS 1.0 的夹具接口拥有用于将通用信号和测量值从控制台路由到电机控制器的继电器和自定义 PCBA。ATS 2.0 使用的是 Pickering 的矩阵板卡。

Allred解释道:“矩阵卡可以更加简化夹具接口的布线和路由占空比、电压和电流的测量信号到数字万用表与编码器测量硬件。”

一张NI的板卡被用于满足隔离DIO的需求,一张峰值为4的通道隔离CAN总线板卡用于通信。同时,主机处理器操作系统是 Windows 10。

ATS2.0的使用情况

ATS 2.0于2018年在Curtis(柯蒂斯)内部发布并使用,截止撰写本文时,有16个系统在使用,具体地点:

  • 5个主要用于产品开发的设计地点(位于美国的纽约和加利福尼亚州、瑞士、中国和英国)。
  • Curtis(柯蒂斯)下一代电机控制器的四个生产基地(位于波多黎各、中国、保加利亚和印度)。

还有五个系统计划在2023年底前建成。

ATS 2.0的计划使用寿命至少为10年。Allred表示:“尽管ATS 2.0的设计寿命比ATS 1.0已经提供的服务期要短,但今天的电子行业供应链与20世纪90年代相比也大不相同。”。“ATS 3.0将是ATS 2.0的升级版本,它能够同时测试多个产品。此外,Curtis(柯蒂斯)生产的不仅仅是电机控制器,他们也负责Curtis(柯蒂斯)集团内部的电气化。”

至于测试效率提升的目标已经实现,ATS 2.0需要3.5分钟,而ATS 1.0需要5分钟,效率提升30%。

总结

在ATS 2.0中,Curtis(柯蒂斯)仪器公司拥有一个通用的测试系统。在功能上,它与长期服务的ATS 1.0相同,但速度更快、更可靠。注入故障和监控负载条件也更容易,这两个好处都来自于模拟负载的使用。

最重要的是,Curtis(柯蒂斯)保护自己免受组件产品停产的影响。尽管目前的想法是ATS 2.0的使用寿命可能只有10年,但是Pickering Interfaces有持续更新的产品线,即使有部分组件停产,也能获取到更新的版本, Curtis(柯蒂斯)对此非常放心,这也是Pickering Interfaces公司被选中的原因。

Allred总结道:“采用ATS 2.0的COTS路线是一个非常正确的决定,当我们开始寻找PXI机箱和模块供应商时,通常的考虑因素有成本、交付周期和可靠性。这为我们提供了一个相当公平的竞争环境,但Pickering Interfaces有保证的长期产品可用性和支持才是真正突出的,也是关键因素之一,因此选择了他们。”