PLC在制造過程中的測試與可靠性保證
邁梓工控 / 2021-12-28
實踐證明，PLC產品的大多數故障的原因，都是在制造過程中產生的。而在制造過程中，要保證產品的可靠性與穩定性，最重要的就是產品測試，只有通過完整和全面的測試，才能發現產品中的問題，再給予解決。
從制造流程上來分，PLC的產品測試可以分為四個部分：
首先是元器件的測試，也包括外協件的測試。這時大多采用抽樣的方法，其實，在采購之前，就要對供應商的資格進行認定，要避免不規范運作的元器件供應商，并與合資格的供應商建立長期的關系，這樣，可以保證進來的元器件從根本上不會出大的問題。
但即便是對長期的正規的供應商，也要進行入庫前的檢驗，通常，首先要進行目測，包括數量的清單，型號的核對，批號和生產日期等。然后，對元器件進行抽樣檢測；由于PLC的質量要求較高，因此，盡可能將抽樣的比例加大，這樣可以增加發現故障元件的概率。
元器件測試完成后，第二步就是要在生產過程中，對每個生產加工工序進行的QC測試。對PLC的生產來說，主要是線路板的測試，通常包括：絲印、貼片、回流焊、波峰焊、手工插件和焊接幾個工序，這時，最好對每個模塊的每個工序做一個專用的測試架，才能保證能夠高效而準確地測量出每個模塊的質量。
在制造過程中，一旦發現質量問題，要立即找出原因，看是由于元器件本身的原因，還是加工質量的原因。如果是后者，在出現比例比較大的故障如虛焊等現象后，要及時調整生產設備的工作參數，既要保證生產速度和生產率，也要保證降低故障率。如果PLC制造商有自己的生產線，應該將每個模塊的最佳生產狀態參數保存下來，以后每次生產同樣的模塊的時候，可以按照該最佳的狀態進行生產。而且，這個最佳的生產狀態參數是要不斷更新的。
生產制造完成后，是模塊的裝配環節。裝配完成后，要進行模塊的性能測試。這一步的測試是十分關鍵的，因為最重要的性能測試都是在這個環節，由于通常PLC的各種模塊需要測試的參數較多，因此，一定要為每個型號的每個模塊制作專門的測試架，并采用自動測試工裝，這樣才能保證測試參數的全面和完整，同時也保證測試的生產率。這是生產過程中測試的第三步。
模塊測試完畢后，要將模塊送入老化室進行高溫老化。關于老化，有許多人會將之與高溫測試混同起來。其實，這是完全不同的。產品的高溫測試，主要是檢測該產品能夠在設計的高溫工作區段里正常工作，比如，如果PLC的工作溫度是55度，那么只要在55度的范圍內開機進行工作測試，在模塊里的溫度達到穩定后（通常為半小時左右）就可以了。但是，老化則完全是另外一個概念。
每個產品的元器件都有一定的壽命周期，比如，電子元器件的壽命為10年，那么，在這個壽命周期了，前三個月的故障率是很高的，其后故障率會越來越低，在三個月之后，達到穩定，故障率就會降到一個比較低的水平，一直到10年左右，器件達到了壽命，故障率又開始上升。
生產制造過程中的老化，就是要通過高溫運行，將產品前期的故障率較高的時間縮短，使產品在出廠前就跨越過這個階段，進入低故障率階段。老化的溫度和時間與產品的不同種類有關，對于電子產品來說，如果設定在55~60度的溫度，可以將前期的高故障率的時間從三個月縮短到三天左右。這就是為什么許多電子產品的老化時間在72小時的原因。因此，老化是PLC產品生產過程的一道重要工序，而不能僅僅被看作是一個測試的過程。
知道了上面的道理，就同樣會明白產品的老化過程是十分重要的，而且，老化后的測試更加重要。因為，容易出現故障的模塊，在老化過程中，絕大部分的潛在故障會在老化期間暴露出來，因此，必須對老化后的產品進行嚴格的測試。測試的方法和手段與老化前的模塊測試手段相似，但必須全部完整地檢測。有些測試人員認為產品已經測過一次了，因此，對老化后的產品測試往往放松，其實，這是大錯而特錯的。老化后的測試，就是PLC在制造過程中測試的第四步。
以上的四步是PLC的硬件測試的介紹。由于軟件也是PLC的重要組成部分，因此，對PLC的內部的軟件，同樣要進行測試。通常，由于產品保密的原因，即便是外協加工的模塊，公司的關鍵軟件必須在公司內部進行安裝，有關測試功能也必須在公司內部完成。
有關軟件功能測試又分為底層嵌入式軟件測試和編程軟件的測試。
底層嵌入式軟件指PLC的系統軟件，即在產品的CPU模件內的嵌入式固化軟件（FIRMWARE），在工業控制系統的CPU模塊里，都有一個IC芯片，里面是CPU的固化系統軟件。通常稱之為SOC（SystemOnChip），這個SOC是控制器的核心。實現SOC的方式主要有ASIC和FPGA兩種。目前，德維森的主要的嵌入式軟件是用FPGA技術來進行固化的，因此這里只簡單介紹FPGA芯片的測試流程。
在進行制造過程的芯片測試時，首先要將FPGA芯片的原料檢驗委托供應商進行，公司每月一次進行抽檢，以保證芯片本身的質量沒有問題；同時，所要嵌入的軟件必須已經通過FPGA樣片調試，功能已經合格。
芯片首先通過芯片寫入器將軟件寫入，之后，由測試人員將芯片插入到測試電路上，使用邏輯分析儀對芯片的預先指定的管腳波形進行邏輯分析測試，為了保證能夠對芯片進行100%的測試，這一步驟只對幾個關鍵點的波形進行測試。邏輯測試完成后，對芯片進行電性能測試，這一步驟主要測試芯片的工作電壓的高低限值和自動恢復性能。電氣性能測試完成后，開始對芯片進行老化測試。老化后，再進行一次邏輯分析測試，并選取至少5%的芯片進行綜合性能測試，主要是觀察芯片的軟件功能供設計修改參考。
產品的編程軟件的測試通常不在制造過程測試，我將在產品應用過程的測試中敘述。
以上的制造過程的測試主要指的是性能測試。此外，對PLC產品，還要進行專門的可靠性測試。
產品的可靠性測試包括環境測試、機械性能測試和電氣性能測試。機械性能測試主要是測試產品包裝的機械完整性，包括焊接點的牢固性、模具的精密度、接線端子的牢固度等。環境測試主要測試產品在惡劣條件下存放及使用的耐用性（或壽命，通常以平均無故障時間計算）。電氣性能測試是用來驗證產品在即將使用的環境中是否經得起各種電氣環境的考驗。根據國家有關規定，可靠性測試（包括EMC、振動和沖擊以及粉塵測試等）在每種產品首批樣品生產后，到權威的專業測試機構進行試驗即可，之后每年一次到政府專業的測試中心送檢一次。公司內部對產品只進行耐壓和高低溫老化測試，不需要對每個產品的每個批次都進行可靠性測試。
環境測試包括高溫、低溫、鹽霧、粉塵、易燃易爆性氣體、濕度、海拔測試等；機械性能測試包括振動、沖擊、加速應力等；電氣性能測試包括EMC電磁兼容性試驗（包括輻射特性、靜電、群脈沖等）、觸點試驗（主要對開關量輸入輸出模塊）和耐壓試驗等。送檢產品為隨機抽樣，通常為兩套。
