高加速寿命（halt）试验箱控制系统设计【字数：14272】
高加速寿命试验箱是一种通过加载超过常规工作条件下的环境应力，快速暴露产品潜在缺陷或薄弱环节的环境试验设备。项目针对加速寿命试验中常用的温度应力和振动应力实验的要求，提出了一种高加速寿命试验箱控制系统的设计方案，该系统采用两级结构，底层选用PLC作为下位机控制器，上层选用PC计算机为上位机。上位机主要用于发送指令、采集温度、振动信号分析显示等；下位机选用西门子S7-300PLC，采集试验箱实际温度对比设定温度，控制继电器接通加热器加热，或控制电磁阀打开液氮降温；实时采集振动加速度，根据设定的振动曲线，控制电磁比例阀的开度，实现振动控制。在测试过程中，系统运行良好，能够按照计算机发出的指令完成高加速寿命试验，可以对电子产品等进行可靠性测试，大大缩短产品的研发时间。
目录
1.绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 发展历程及研究概况 1
1.3项目研究内容及安排 2
2.系统总体方案设计 3
2.1需求分析 3
2.2控制系统 4
2.2.1控制系统选择 4
2.2.2方案比较 5
2.3系统总体方案设计 6
2.4高加速寿命试验箱结构原理设计 7
3.高加速寿命试验箱硬件设计 9
3.1 PLC控制系统硬件设计 9
3.1.1PLC的型号选择 9
3.1.2输入/输出点设计 10
3.2电气原理设计 11
3.2.1供电设计 12
3.2.2风扇电机设计 13
3.2.3电加热设计 14
3.3系统控制电路设计 15
4.软件设计 19
4.1PLC设计 19
4.1.1STEP7硬件配置 20
4.1.2输入输出点分配 20
4.2PLC程序设计 21
4.2.1通讯设置 21
4.2.2程序设计 22
4.3触摸屏界面 25
5系统调试 27
5.1试验箱检测 27
5.2 试验箱运行结果 28
6.总结与展望 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2
6.1总结 32
6.2环境和可持续发展 32
致谢 33
参考文献 34
1.绪论
1.1 研究背景
可靠性试验是一种为测定、检验产品质量，提高产品可靠性的试验的总称。在产品的研发和制造过程中，如何在短时间内通过测试，发现产品潜在缺陷从而提高产品质量，已成为提高产品可靠性的关键，因此迫切需要一种高效的可靠性测试技术。过去常用的可靠性试验属于模拟试验，即模拟产品使用过程中的应力值，施加的应力值与真实环境相当或应力略微增加，保留应力裕度保障产品耐环境应力存有余量，由于模拟实际环境连续试验，通常需要花费较多的时间，基本与产品真实工作时间相近。然而现代市场经济的竞争愈加激烈，产品的开发周期愈加缩短，产品的质量要求却越加严格，高耗时的传统可靠性试验已经无法满足市场的需求。在这种情况下，美国科学家Hobbs提出了高加速寿命试验（HALT）。
高加速寿命试验是一种可以在短时间内有效进行可靠性试验的技术，通过对试验产品逐步增强应力的强度，能够加速暴露产品在设计、器件选型、装配工艺、材料等方面的潜在缺陷或薄弱环节。在许多类型的应力所引起的故障失效中，产品失效的情况并不是和应力成等比例地增加，大部分情况下是成指数级增加的，即提高应力能加速产品失效，相比于传统环境试验，其能快速、有效地暴露产品的问题，因此迅速的得到了电子产品研发和制造企业的高度认可。
高加速寿命试验箱就是这项试验技术的具体实现，本项目通过总体结构设计，软硬件设计，开发出针对温度和振动两种环境应力的温度振动控制系统。
1.2 发展历程及研究概况
葛瑞格K霍布斯(Gregg K Hobbs)博士于20世纪80年代提出了高加速寿命试验技术，这种试验技术通过使用比产品所处现场环境应力更高的应力对产品进行寿命试验，从而使产品的设计缺陷和工艺缺陷能够加速暴露出来，采用这种试验技术可以有效地节省试验时间和试验经费，使得产品研制单位可以较为快速、经济地通过不断改进试验中发现的产品缺陷，更改产品设计，加强产品的可靠性。
自Hobbs提出高加速寿命实验技术这一概念，高加速寿命试验箱就诞生了，美国军方首先采用，后来慢慢推广到了民用领域，尤其是通信领域对于高加速寿命试验应用的非常广泛，美国几乎所有的通信商都采用这种试验箱，缩短了产品的交货周期，发展迅速。但是高加速寿命试验箱的振动部分存在着很大的争议，所有的传统设计高加速寿命试验箱厂商都没有提供相应的技术资料，后续的计量也就无从开展，最终就变成了一个空白，而且没有任何解释说明。
随着高加速寿命试验箱应用的扩大，越来越多的企业开始关注高加速寿命试验箱的使用成本，尤其是液氮的使用成本。由于在温度试验的过程中液氮会持续消耗，对于一些低利润率的民用行业就会希望能够控制使用成本。对于加热的部分基本不存在大的改善空间了，而制冷的部分是否可以考虑进行改善。对于快速降温确实液氮的效率是不二之选，但是当到达目标温度后是否可以考虑用更加经济的制冷方法来接替，从而优化试验成本。最终有企业在现有高加速寿命试验箱的基础上增加机械制冷模块，在降温过程中由液氮主导，到达温度后关闭液氮阀，使用机械制冷进行温度的保持，从而节约液氮的使用量。不过除非是进行长时间的低温保持试验，可以节约大量液氮，否则经济效益并不明显，所以最终并没有大规模推广开来。
最终到达现代社会，由于技术水平提高，空气压缩技术的成本不再无法接受，许多高层次试验箱的制冷系统全部由液氮降温，高加速寿命试验箱的使用得以推广。
1.3项目研究内容及安排
本文通过对试验箱的需求分析，设计了整个系统结构，并在其基础上，提出了整个控制系统的设计方案，并对PLC控制系统的软、硬件进行了设计，最终实现试验箱功能。本文的结构安排如下：
第1章为绪论，主要是介绍论文的项目背景、总结了高加速寿命试验箱的发展l历程，概述了论文的工作安排。
第2章为系统总体方案设计，主要对项目需求进行分析，然后设计出几个不同的方案，对方案进行比较，画出系统总体结构框图。
目录
1.绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 发展历程及研究概况 1
1.3项目研究内容及安排 2
2.系统总体方案设计 3
2.1需求分析 3
2.2控制系统 4
2.2.1控制系统选择 4
2.2.2方案比较 5
2.3系统总体方案设计 6
2.4高加速寿命试验箱结构原理设计 7
3.高加速寿命试验箱硬件设计 9
3.1 PLC控制系统硬件设计 9
3.1.1PLC的型号选择 9
3.1.2输入/输出点设计 10
3.2电气原理设计 11
3.2.1供电设计 12
3.2.2风扇电机设计 13
3.2.3电加热设计 14
3.3系统控制电路设计 15
4.软件设计 19
4.1PLC设计 19
4.1.1STEP7硬件配置 20
4.1.2输入输出点分配 20
4.2PLC程序设计 21
4.2.1通讯设置 21
4.2.2程序设计 22
4.3触摸屏界面 25
5系统调试 27
5.1试验箱检测 27
5.2 试验箱运行结果 28
6.总结与展望 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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6.1总结 32
6.2环境和可持续发展 32
致谢 33
参考文献 34
1.绪论
1.1 研究背景
可靠性试验是一种为测定、检验产品质量，提高产品可靠性的试验的总称。在产品的研发和制造过程中，如何在短时间内通过测试，发现产品潜在缺陷从而提高产品质量，已成为提高产品可靠性的关键，因此迫切需要一种高效的可靠性测试技术。过去常用的可靠性试验属于模拟试验，即模拟产品使用过程中的应力值，施加的应力值与真实环境相当或应力略微增加，保留应力裕度保障产品耐环境应力存有余量，由于模拟实际环境连续试验，通常需要花费较多的时间，基本与产品真实工作时间相近。然而现代市场经济的竞争愈加激烈，产品的开发周期愈加缩短，产品的质量要求却越加严格，高耗时的传统可靠性试验已经无法满足市场的需求。在这种情况下，美国科学家Hobbs提出了高加速寿命试验（HALT）。
高加速寿命试验是一种可以在短时间内有效进行可靠性试验的技术，通过对试验产品逐步增强应力的强度，能够加速暴露产品在设计、器件选型、装配工艺、材料等方面的潜在缺陷或薄弱环节。在许多类型的应力所引起的故障失效中，产品失效的情况并不是和应力成等比例地增加，大部分情况下是成指数级增加的，即提高应力能加速产品失效，相比于传统环境试验，其能快速、有效地暴露产品的问题，因此迅速的得到了电子产品研发和制造企业的高度认可。
高加速寿命试验箱就是这项试验技术的具体实现，本项目通过总体结构设计，软硬件设计，开发出针对温度和振动两种环境应力的温度振动控制系统。
1.2 发展历程及研究概况
葛瑞格K霍布斯(Gregg K Hobbs)博士于20世纪80年代提出了高加速寿命试验技术，这种试验技术通过使用比产品所处现场环境应力更高的应力对产品进行寿命试验，从而使产品的设计缺陷和工艺缺陷能够加速暴露出来，采用这种试验技术可以有效地节省试验时间和试验经费，使得产品研制单位可以较为快速、经济地通过不断改进试验中发现的产品缺陷，更改产品设计，加强产品的可靠性。
自Hobbs提出高加速寿命实验技术这一概念，高加速寿命试验箱就诞生了，美国军方首先采用，后来慢慢推广到了民用领域，尤其是通信领域对于高加速寿命试验应用的非常广泛，美国几乎所有的通信商都采用这种试验箱，缩短了产品的交货周期，发展迅速。但是高加速寿命试验箱的振动部分存在着很大的争议，所有的传统设计高加速寿命试验箱厂商都没有提供相应的技术资料，后续的计量也就无从开展，最终就变成了一个空白，而且没有任何解释说明。
随着高加速寿命试验箱应用的扩大，越来越多的企业开始关注高加速寿命试验箱的使用成本，尤其是液氮的使用成本。由于在温度试验的过程中液氮会持续消耗，对于一些低利润率的民用行业就会希望能够控制使用成本。对于加热的部分基本不存在大的改善空间了，而制冷的部分是否可以考虑进行改善。对于快速降温确实液氮的效率是不二之选，但是当到达目标温度后是否可以考虑用更加经济的制冷方法来接替，从而优化试验成本。最终有企业在现有高加速寿命试验箱的基础上增加机械制冷模块，在降温过程中由液氮主导，到达温度后关闭液氮阀，使用机械制冷进行温度的保持，从而节约液氮的使用量。不过除非是进行长时间的低温保持试验，可以节约大量液氮，否则经济效益并不明显，所以最终并没有大规模推广开来。
最终到达现代社会，由于技术水平提高，空气压缩技术的成本不再无法接受，许多高层次试验箱的制冷系统全部由液氮降温，高加速寿命试验箱的使用得以推广。
1.3项目研究内容及安排
本文通过对试验箱的需求分析，设计了整个系统结构，并在其基础上，提出了整个控制系统的设计方案，并对PLC控制系统的软、硬件进行了设计，最终实现试验箱功能。本文的结构安排如下：
第1章为绪论，主要是介绍论文的项目背景、总结了高加速寿命试验箱的发展l历程，概述了论文的工作安排。
第2章为系统总体方案设计，主要对项目需求进行分析，然后设计出几个不同的方案，对方案进行比较，画出系统总体结构框图。
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