مونتاژ PCB PLC: بردهای کنترل صنعتی قابل اعتماد چگونه ساخته و آزمایش می‌شوند؟

فهرست مندرجات

1. PLC یک PCB معمولی نیست: اجزای کنترلر

2. چرا مونتاژ PCB با PLC با فرآیند رایج PCBA متفاوت است؟

3. از بررسی DFM تا مونتاژ PCB PLC SMT/THT

4. نحوه آزمایش مونتاژ PCB PLC جدا از بازرسی بصری

۵. از نمونه اولیه تا تولید تکرارپذیر: ثبات PLC PCBA

6. نتیجه

7. سQالات متداول

---

برای پردازش صحیح تعدادی از سیگنال‌ها در کارخانه‌های تولیدی مدرن، قطعات الکترونیکی باید به طور قابل اعتمادی کار کنند. یک PLC به عنوان دستگاهی عمل می‌کند که سیگنال‌ها را از حسگرها دریافت می‌کند، برنامه منطقی را پردازش می‌کند و دستورات را به ماشین ابزارها، درایوها، شیرها و سایر دستگاه‌ها ارسال می‌کند. بنابراین، PLCها عملکردهای کنترلی متعددی را انجام می‌دهند و قطعات الکترونیکی آنها باید قابل اعتماد باشند.

 

از این رو، مونتاژ برد مدار چاپی PLC چیزی بیش از قرار دادن قطعات روی برد مدار چاپی است؛ این به معنای مقابله با مواردی مانند سیگنال‌های مختلط، نویز صنعتی، گرما، قابلیت اطمینان اتصال، منبع‌یابی قطعات و آزمایش است.

 

این مقاله توضیح می دهد چگونه مونتاژ PCB PLC یک PCB معمولی را به یک برد کنترل صنعتی قابل اعتماد تبدیل می‌کند. همچنین توضیح می‌دهد که چگونه مونتاژ برد کنترل PLC با یک فرآیند عمومی PCBA متفاوت است.

 

 PLC نیست فقط یکی برد مدار چاپی: اجزای کنترلر

 

آ.پکنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) یک کنترل کننده صنعتی است که اجرا می کند منطق برنامه‌ریزی‌شده و با سایر دستگاه‌های کارخانه تعامل دارد. طرح‌های مدرن PLC می‌توانند معماری متمرکز یا توزیع‌شده با رابط‌هایی برای ورودی/خروجی، ارتباطات و سایر موارد داشته باشند. دستگاه های میدانی.

 

انواع مختلفی از بردهای کنترل PLC را می‌توان در یک سیستم PLC نصب کرد: برخی از آنها دسته پردازنده و توابع منطقیو برخی از آنها این کار را خواهند کرد دسته ورودی/خروجی، ارتباطات، منبع تغذیه و اتصالات میدانی.

 

بردهای کنترل پردازنده و منطق

 

بخش CPU مسئول اجرای برنامه کنترل و هماهنگی عملیات PLC است. ممکن است شامل یک میکروکنترلر، ریزپردازنده، واحدهای حافظه، مدارهای ساعت، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، رابط ارتباطی و سایر عناصر حفاظتی است.

 

انتخاب قطعات، مسئله‌ی مهمی است که هنگام بررسی سرعت و قابلیت اطمینان عملیات انجام شده باید در نظر گرفته شود. مهندسان باید دمای عملیاتی، حافظه و ... را در نظر بگیرند. استقامت و حفظ داده‌ها، در دسترس بودن پردازنده، EMC مقررات، و مصرف برق.

 

یک برد مدار چاپی کنترل‌کننده PLC باید معماری توان قابل اعتمادی داشته باشد. نوسانات ولتاژ و نویز در ریل‌های پردازنده ممکن است منجر به رفتار غیرقابل پیش‌بینی شود. از این رو، در طراحی و ساخت برد مدار چاپی PLC باید به فیلتر کردن، جداسازی، اتصال به زمین، توالی توان و سایر موارد مشابه توجه شود.

 

بردهای ورودی/خروجی و ارتباطی

 

بردهای ورودی/خروجی رابط را فراهم کنید بین کنترلر و محیط. این مدارها می‌توانند ورودی‌های دیجیتال را مدیریت کنند ها و خروجی، سیگنال‌های آنالوگ، حسگر inدستورات را قرار می‌دهد، یا محرک. بردهای ارتباطی، ارتباطات شبکه را مدیریت می‌کنند: PLCهای مدرن ممکن است از پروتکل‌های اترنت صنعتی مانند PROFINET و EtherCAT استفاده کنند.

بنابراین، یک برد مدار چاپی PLC با رابط‌های ارتباطی پرسرعت ممکن است به کنترل امپدانس ویژه، قرارگیری دقیق کانکتورها، ایزولاسیون، فیلترینگ و محافظت در برابر نوسانات الکتریکی گذرا نیاز داشته باشند.

 

بردهای قدرت، رله و رابط

 

در سیستم‌های کنترل صنعتی، برای کنترل رابط‌های میدان با انرژی بالاتر، به قطعات الکترونیکی ولتاژ پایین نیاز است. قطعاتی مانند رله‌ها، بلوک‌های ترمینال، اپتوکوپلرها، دستگاه‌های ایزولاسیون، فیوزها، حفاظت گذرا و مبدل‌های برق می‌توانند روی یک PCB قرار گیرند.

 

یکی از چالش‌ها در مونتاژ برد کنترل PLC این است که قطعات الکترونیکی ولتاژ پایین باید در کنار رابط‌های میدانی که در معرض ولتاژهای بالاتر، بارهای سوئیچینگ و گذراهای الکتریکی قرار دارند، به طور قابل اعتمادی کار کنند.

 

چرا مونتاژ PCB با PLC با فرآیند رایج PCBA متفاوت است؟

 

یک کلید تفاوت بین مونتاژ PCB PLC و PCBA معمولی، رابطه بین عملکرد الکتریکی و محیط زیست است. در حالی که بسیاری PCB های مصرفی در محیط های کنترل شده کار می کنند، یک برد PLC غالبا باید سال‌ها در محیط‌هایی با دما، ارتعاش، تداخل EMC و گذراهای الکتریکی کار کند. ممکن است به وقوع پیوستن.

 

از این رو، فرآیندهای مونتاژ PCB کنترل صنعتی و مونتاژ PCB اتوماسیون صنعتی نیاز به نظم و انضباط در مراحل طراحی و ساخت دارند.

 

مدارهای ترکیبی توان، دیجیتال و آنالوگ

 

یک برد PLC می‌تواند شامل مدارهای پردازنده، خروجی‌های سوئیچینگ، ورودی‌های آنالوگ، رابط‌های ارتباطی و قطعات الکترونیکی قدرت باشد. هر یک از این مدارها مشکلات الکتریکی خاص خود را به همراه دارند: مدارهای سوئیچینگ نویز تولید می‌کنند؛ ورودی‌های آنالوگ به یک ولتاژ مرجع پایدار و مسیر برگشت به خوبی کنترل شده نیاز دارند.

 

طیف گسترده‌ای از اندازه‌ها و فناوری‌های قطعات

 

یک برد مدار چاپی PLC رایج می‌تواند شامل آی‌سی‌های گام ریز، اجزای غیرفعال کوچک، کانکتورها، رله‌ها، ترانسفورماتورها، بلوک‌های ترمینال و اجزای سوراخ‌دار باشد. اغلب، این به معنای لزوم استفاده از هر دو مونتاژ PCB SMT و از طریق سوراخ PCB مجلس با اجزای مختلف، فرآیندهای مونتاژ، بازرسی و پروفایل‌های حرارتی.

 

IPC-A-610J معیارهایی برای پذیرش بصری مجموعه‌های الکترونیکی ارائه می‌دهد. J-STD-001J به الزامات مونتاژ الکتریکی و الکترونیکی لحیم‌کاری شده و کنترل‌های فرآیند می‌پردازد.

 

قابلیت اطمینان باید از آزمون‌های یک محیط صنعتی سربلند بیرون بیاید

 

قابلیت اطمینان قبل از رسیدن اولین قطعه به خط مونتاژ شروع می‌شود. طراحان باید خزش و فاصله، مدیریت حرارتی، حفظ کانکتور، تنش مکانیکی، کاهش ظرفیت قطعه، حفاظت ESD و عملکرد EMC را در نظر بگیرند.

 

در طول مونتاژ برد مدار چاپی با قابلیت اطمینان بالا، فرآیند تولید باید ماندن با طرح هماهنگ باشد مقرراتهرگونه نقص لحیم کاریsاتصال ضعیف کانکتورها، یا تأیید نشده تعویض قطعات می‌تواند منجر به خرابی میدانی PLCها شود برای کارکرد طولانی مدت در نظر گرفته شده است.

 

از بررسی DFM تا مونتاژ PCB PLC SMT/THT

 

تولید موفق PCB PLC از بررسی مهندسی شروع می‌شود، نه از تجهیزات مونتاژ. این به شناسایی و رفع مشکلات کمک می‌کند. در اوایل در مرحله طراحی، که می‌تواند تغییرات پرهزینه را در مراحل بعدی تولید کاهش دهد.

 

بررسی پیش از تولید: ریسک‌های DFM، DFA و BOM

 

در طول بررسی‌های DFM و DFA، طراحی PCB مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد: طرح‌بندی برد، اندازه قطعات، فواصل، پنل‌بندی، جهت مونتاژ، دهانه‌های پوشش لحیم و دسترسی به تست.

 

فهرست مواد اولیه نیز به همان اندازه مهم است (BOM)اجزای با طول عمر بالا، قطعات منسوخ شده، خطر جعل، اجزای خاص سازنده یا تعویض بسته‌بندی می‌توانند در تولید اختلال ایجاد کنند.

 

در طول مونتاژ برد کنترل PLC، مهندسان باید مشخص کنند که کدام اجزا مستقیماً بر عملکردهای حیاتی یا یکپارچگی سیگنال تأثیر می‌گذارند. یک جزء جایگزین ممکن است متناسب با همان رد پا، اما ممکن است هنوز بر عملکرد الکتریکی تأثیر می‌گذارند.

 

چاپ، جایگذاری و جریان مجدد SMT

 

مشترک مونتاژ SMT با چاپ خمیر لحیم شروع می‌شود. تنظیم دقیق شابلون و حجم خمیر کنترل‌شده بسیار مهم است، به‌خصوص برای پردازنده‌های با گام ریز و اجزای غیرفعال کوچک.

 

سپس، دستگاه مونتاژ، قطعات را طبق فایل‌های مونتاژ در جای خود قرار می‌دهد. قرارگیری دقیق قطعات بسیار مهم است: قرار دادن بیش از حد این انحراف ممکن است منجر به باز شدن، اتصال کوتاه یا اتصالات لحیم ضعیف شود.

 

جریان مجدد (Reflow) در مرحله بعد با استفاده از مشخصات حرارتی کنترل‌شده انجام می‌شود. این مشخصات باید با خواص خمیر لحیم، ساختار برد، ترکیب قطعات و جرم حرارتی تنظیم شوند.

 

مونتاژ PCB PLC اغلب به یک پروفیل حرارتی با دقت انتخاب شده برای گرمایش یکنواخت و جلوگیری از نقص لحیم کاری و تنش قطعات نیاز دارد.

 

فرآیندهای سوراخکاری و سایر فرآیندهای ثانویه

 

برخی از کانکتورهای بزرگ، رله‌ها، ترانسفورماتورها، بلوک‌های ترمینال و سایر اجزای مکانیکی پیچیده را می‌توان با کمک فناوری سوراخکاری سرتاسری مونتاژ کرد. بسته به طراحی، تولیدکنندگان ممکن است از تکنیک‌هایی مانند لحیم‌کاری انتخابی، لحیم‌کاری موجی یا مونتاژ دستی استفاده کنند.

 

تمیز کردن و پوشش‌دهی مطابق در صورت لزوم

 

باقیمانده‌های شار و سایر آلاینده‌ها ممکن است بر عملکرد الکتریکی یا قابلیت اطمینان درازمدت تأثیر بگذارد اگر آنها نباشند به درستی در طول مونتاژ کنترل می‌شود. از این رو، فرآیند تمیز کردن باید مطابق با تکنیک لحیم کاری، مشخصات قطعه، محیط و نیازهای مشتری انتخاب شود.

 

گاهی اوقات در کاربردهای صنعتی، از پوشش‌های تطبیقی ​​به عنوان محافظ مدار در برابر رطوبت، گرد و غبار و سایر اثرات محیطی استفاده می‌شود. پوشش باید مکمل طراحی و کنترل فرآیند PCB باشد، نه جایگزین آن.

 

نحوه آزمایش مونتاژ PCB PLC جدا از بازرسی بصری

 

بازرسی چشمی تنها اولین قدم در تست مونتاژ PCB PLC است. تست موفقیت‌آمیز نیاز به بازرسی‌های متعدد و تکنیک‌های تأیید الکتریکی دارد. هدف این است که مطمئن شویم برد مدار چاپی PLC نه تنها ظاهر مناسبی دارد، بلکه عملکرد صحیحی نیز دارد - سیگنال‌ها را می‌خواند، آنها را پردازش می‌کند و خروجی‌ها را کنترل می‌کند.

 

SPI، AOI و X-Ray عیوب مختلف مونتاژ را پیدا می‌کنند

 

بازرسی خمیر لحیم (SPI) حجم و نحوه قرارگیری خمیر لحیم را قبل از قرار دادن قطعات بررسی می‌کند. این بررسی خمیر ناکافی، خمیر بیش از حد یا افست چاپ را تشخیص می‌دهد. AOI وجود، جهت‌گیری، قرارگیری و اتصالات لحیم قابل مشاهده قطعات را بررسی می‌کند. بازرسی با اشعه ایکس، امکان مشاهده اتصالات لحیم پنهان زیر بسته‌ها را که بازرسی نوری امکان‌پذیر نیست، فراهم می‌کند.

 

IPC-A-610 الزامات مربوط به قابلیت پذیرش بصری مجموعه‌های الکترونیکی را تعریف می‌کند. طبق IPC، معیارهای بازرسی با اشعه ایکس خارج از محدوده IPC-A-610 هستند، در حالی که راهنمایی‌های مربوط به اشعه ایکس در J-STD-001 ارائه شده است. این تکنیک‌ها در کنار هم، پوشش بازرسی گسترده‌تری را برای مجموعه‌های PCB اتوماسیون صنعتی فراهم می‌کنند.

 

فناوری اطلاعات و ارتباطات یا کاوشگر پرنده برای تأیید الکتریکی

 

بازرسی برای بررسی عملکرد الکتریکی کافی نیست. تست درون مداری (ICT) عملکرد الکتریکی را در ... تأیید می‌کند. در دسترس نقاط تست، تشخیص باز بودن، اتصال کوتاه، مقادیر اشتباه اجزا و سایر عیوب مونتاژ. تست پروب پرنده تکنیکی انعطاف‌پذیرتر است که برای نمونه‌های اولیه و تولید با حجم کم مناسب است، زیرا به وسایل تست اختصاصی نیاز ندارد. انتخاب به حجم تولید، پیچیدگی PCB، پوشش تست و مرحله طراحی بستگی دارد.

 

تست عملکردی: شبیه‌سازی پردازش سیگنال PLC

 

آزمایش عملکردی جایی است که مونتاژ برد کنترل PLC فراتر از تأیید تولید ساده می‌رود. سیستم‌های تست می‌توانند سیگنال‌های نمونه را به برد ارسال کرده و عملکرد آن را آزمایش کنند. به عنوان مثال، یک ورودی دیجیتال می‌تواند دریافت یک سیگنال روشن/خاموش، و کانال آنالوگ را می‌توان با سطح ولتاژ یا جریان مشخص شده آزمایش کرد. بنابراین، تجهیزات تست باید عملکرد برد را در پردازش سیگنال آزمایش کنند.

 

آزمایش عملکردی می‌تواند مسیرهای سیگنال مربوطه و عملکردهای کنترلی برد را شبیه‌سازی کند:

 

ورودی سیگنال → آماده‌سازی سیگنال → پردازش → فرمان خروجی → اندازه‌گیری سیگنال.

 

این روش، تأیید عملکردی را ارائه می‌دهد که بازرسی بصری به تنهایی نمی‌تواند آن را ارائه دهد.

 

از نمونه اولیه تا تولید تکرارپذیر: ثبات PLC PCBA

 

انتخاب شریک مناسب برای مونتاژ PCB PLC چیزی بیش از مقایسه قیمت خدمات مونتاژ است. مشتریان صنعتی باید مطمئن شوند که PCBA PLC آنها در طول چرخه عمر خود ثابت می‌ماند: نمونه‌سازی اولیه، آزمایش و تولید مکرر.

 

نمونه اولیه، پایلوت و تولید: دغدغه‌های متفاوت

 

در طول نمونه‌سازی اولیه، هدف تشخیص و حل سریع مشکلات طراحی و در عین حال تأیید عملکرد مدار است. در طول آزمایش تولید، تمرکز به پایداری فرآیند تغییر می‌کند. DFM یافته ها، رویه‌های آزمایش، دستورالعمل‌های مونتاژ و منبع‌یابی قطعات باید به دقت کنترل شوند. در مرحله تولید انبوه، اهداف عبارتند از تکرارپذیری، بازده، توان عملیاتی، قابلیت ردیابی و هزینه.

 

چرخه عمر قطعه و قطعات جایگزین تأیید شده

 

محصولات صنعتی اغلب چرخه عمر نسبتاً طولانی دارند. بنابراین، یک پردازنده یا هر قطعه دیگری که در زمان طراحی موجود است، ممکن است در طول چرخه عمر محصول منسوخ شود. در نتیجه، یک شرکت مونتاژ PCB PLC باید داده‌های کنترل‌شده قطعه را مدیریت کند و تایید کرد اجزای جایگزین.

 

قابلیت ردیابی و کنترل تغییرات

 

قابلیت ردیابی زمانی حیاتی می‌شود که مونتاژ PCB کنترل صنعتی یکسان باشد. طرح در دسته‌های تولیدی متعدد استفاده می‌شود. این می‌تواند شامل اصلاح PCB، اصلاح BOM، شماره قطعات، تاریخ مونتاژ، داده‌های ماشین و فرآیند، نتایج بازرسی، نتایج آزمایش و شناسایی اپراتور یا تجهیزات باشد. کنترل را تغییر دهید به حفظ این انسجام کمک می‌کند: جزء جایگزینیs، تغییرات شابلون، به‌روزرسانی‌های میان‌افزار یا تغییرات فرآیند باید طبق یک رویه تأیید شده انجام و مستند شوند.

 

اهمیت Hداشتن یک Rقابل استناد Pآرتنر برای PLC PCB Aمونتاژ

 

کل فرآیند مونتاژ PCB PLC باید مهندسی، منبع‌یابی، تولید، بازرسی و آزمایش را با هم ترکیب کند. یک تامین‌کننده توانمند مونتاژ PCB PLC می‌تواند موارد زیر را ارائه دهد:

 

۱) بررسی DFM/DFA قبل از تولید

 

۲) تولید SMT/از طریق سوراخ

 

۳) تامین قطعات صنعتی

 

۴) بازرسی SPI/AOI

 

۵) بازرسی با اشعه ایکس (در صورت لزوم)

 

۶) آزمایش فناوری اطلاعات و ارتباطات/کاوشگر پرنده

 

۷) پی ال ​​سی PCBA تابعal تست

 

۸) پوشش همدیس (در صورت لزوم)

 

۹) قابلیت ردیابی تولید

 

۱۰) کنترل BOM و بازنگری

 

نتیجه‌گیری: مونتاژ قابل اعتماد PCB PLC قبل از مونتاژ آغاز می‌شود

 

مونتاژ یک برد مدار چاپی PLC نه تنها شامل اتصال قطعات به برد مدار چاپی است. همانطور که بردهای مدار چاپی PLC اغلب استفاده می شوند در شرایط سخت صنعتی، آنها ممکن است لازم باشد در برابر نویز الکتریکی، تغییرات دما، لرزش و عملکرد مداوم مقاوم باشد.

 

از این رو، قابلیت اطمینان باید در کل فرآیند تولید در نظر گرفته شود - از تجزیه و تحلیل دقیق طراحی PCB PLC و اجزای آن قبل از تولید گرفته تا SMT و THT مناسب. مجلس، بازرسی و آزمایش الکتریکی و عملکردی.

 

برای تولیدکنندگان کنترل‌کننده‌های PLC یا سایر تجهیزات اتوماسیون صنعتی، پشتیبانی مناسب از تولید بسیار مهم است. PCBasic از پروژه‌هایی از ساخت نمونه اولیه تا تولید انبوه، شامل بررسی مهندسی، منبع‌یابی قطعات، تولید PCB، مونتاژ، آزمایش و مدیریت تولید، پشتیبانی می‌کند.

 

در نهایت، قابلیت اطمینان PCB های PLC به برنامه ریزی، تولید و آزمایش مناسب بستگی دارد.

 

سوالات متداول

 

Q1: چی iPCB PLC aمونتاژ؟

 

A1: برد مدار چاپی PLC aمونتاژ فرآیند مونتاژ قطعات الکترونیکی روی بردهای مدار چاپی است که در داخل کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی استفاده می‌شوند.

 

Q2: چی components can be fاوند oبا PLC cکنترل bاوارد؟

 

A2: یک برد کنترل PLC می‌تواند دارای پردازنده، حافظه و ... باشد.دستگاه‌های y، رگولاتورهای ولتاژ، تراشه‌های ارتباطی، کانکتورها، رله‌ها، قطعات ایزولاسیون، قطعات حفاظتی، مدارهای آنالوگ و مدارهای ورودی/خروجی دیجیتال.

 

Q3: چرا برد مدار چاپی PLC aمونتاژ uSES bسایر SMT و THT؟

 

A3: یک برد PLC می‌تواند اجزای کوچک و با چگالی بالا به همراه اجزای مکانیکی پیچیده مانند بلوک‌های ترمینال، کانکتورها، رله‌ها و ترانسفورماتورها داشته باشد.