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工控线路板 工控线路板设备 工控线路板故障分析以及故障解决方式分享

PCB工控

工控指的是工业自动化控制,主要利用电子电气、机械、软件组合实现。PCB工控,就是利用电子电气、机械、软件组合等,生产制造线路板。也可以说是工业控制生产线路板,或者是工厂自动化控制生产线路板。线路板工控可以使使线路板厂家的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化,并具有可控性及可视性。

工控机

工控机即工业控制计算机,是一种采用总线结构,对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控行业的产品和技术非常特殊,属于中间产品,是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机 。工控机具有重要的计算机属性和特征,如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口,并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。

工控机的工作环境有时会非常恶劣,所以对数据的安全性要求也很高,所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。工控机对于扩展性的要求也非常高,接口的设计需要满足特定的外部设备,因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。

工控电路板的检修

现在工业控制用到的电路板越来越多,在使用中由于操作不当或者设计不合理等原因产生的故障也是很多的,如何维修工控电路板也是一大难题。下面,分析几种工控线路板故障的检修方法

怎样检修电路板中的VCC短路故障 

在电路板维修中,如果碰到VCC电源短路的故障是一件令人头痛的事,因为并联在VCC和GND之间的元件实在太多,有芯片、有电容、有晶体管,哪一个都有可能短路,锡点和铜箔也可能短路。一般维修人员的维修方法就是拆元件,一件一件的拆出元件,查找短路部分,直到找到短路元件进行元件短路排除为止,如果运气不好的话,整个板上的元件拆得差不多了也找不到故障,不但找不到故障,还会把电路板损坏。
在此介绍2种较为省事的办法:

  1. 对于电路板上插件电容可以用斜口钳剪断一只脚(注意从中间剪断,不要齐根剪断或齐电路板剪断),插件IC可以将电源VCC脚剪断,当剪断某一个脚时短消失,则某个芯片或电容短路。如果是贴片IC,可将IC的电源脚用电烙铁熔化焊锡后翘起,使其离开VCC电源。更换短路元件后将剪断处或翘起处重新焊好即可。 
  2. 还有一种比较快速的方法,但要用到特别的仪表----毫欧表。大家知道,线路板上的铜箔也是有电阻的,如果PCB上铜箔厚度是35um,印制线宽1mm,则每10mm长,其电阻值为5mΩ左右,这么小的阻值,用普通的万用表是测不出来的,用毫欧表则可以测量。可假设某一个元件短路,用普通万用表测得都是0Ω,用毫欧表测得则可能是几十毫欧到几百毫欧,将表笔刚好放在短路元件两脚上测量时,得到的阻值一定最小(因为如果放在其它元件两脚上测量时,得到的阻值还包括了电路板上铜箔走线的阻值),这样通过比较毫欧表的阻值差异,当测到某个元件(如果是焊锡或铜箔有短路亦同此理)得到的阻值最小时,则该元件就是重点怀疑对象了。通过这种方法就可以快速找到故障点。      

运算放大器的好坏判别方法  

运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度,不只文化程度的关系(手下有许多本科生,不教的话肯定不会,教了也要好久才领会,还有个专门跟导师学变频控制的研究生,居然也是如此!),在此与大家共同探讨一下,希望对大家有所帮助。
理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏,先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。
不论是何类型的放大器,都有一个反馈电阻Rf,则在维修时可从电路上检查这个反馈电阻,用万用表检查输出端和反向输入端之间的阻值,如果大的离谱,如几MΩ以上,则大概可以肯定器件是做比较器用,如果此阻值较小0Ω至几十kΩ,则再查查有无电阻接在输出端和反向输入端之间,有的话定是做放大器用。     
根据放大器虚短的原理,就是说如果这个运算放大器工作正常的话,其同向输入端和反向输入端电压必然相等,即使有差别也是mv级的,当然在某些高输入阻抗电路中,万用表的内阻会对电压测试有点影响,但一般也不会超过0.2V,如果有0.5V以上的差别,则放大器必坏无疑!(这里用的FLUKE179万用表)
如果器件是做比较器用,则允许同向输入端和反向输入端不等,同向电压>反向电压,则输出电压接近正的最大值;同向电压<反向电压,则输出电压接近0V或负的最大值(视乎双电源或单电源)。如果检测到电压不符合这个规则,则器件必坏无疑! 
这样就不必使用代换法,不必拆下电路板上的芯片就可以判断运算放大器的好坏了。     

电路板电容损坏的故障特点及维修 

电容损坏引发的故障在电路板中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。     
电容损坏表现为:a.容量变小;b.完全失去容量;c.漏电;d.短路。
电容在电路中所起的作用不同,引起的故障也各有特点。在工控电路板中,数字电路占绝大多数,电容多用做电源滤波,用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏,则开关电源可能不起振,没有电压输出;或者输出电压滤波不好,电路因电压不稳而发生逻辑混乱,表现为机器工作时好时坏或开不了机,如果电容并在数字电路的电源正负极之间,故障表现同上。这在电脑主板上表现尤其明显,很多电脑用了几年就出现有时开不了机,有时又可以开机的现象,打开机箱,往往可以看见有电解电容鼓包的现象,如果将电容拆下来量一下容量,发现比实际值要低很多。 
电容的寿命与环境温度直接有关,环境温度越高,电容寿命越短。这个规律不但适用电解电容,也适用其它电容。所以在寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容,如散热片旁及大功率元器件旁的电容,离其越近,损坏的可能性就越大。曾经修过一台X光探伤仪的电源,用户反映有烟从电源里冒出来,拆开机箱后发现有一只1000uF/350V的大电容有油质一样的东西流出来,拆下来一量容量只有几十uF,还发现只有这只电容与整流桥的散热片离得最近,其它离得远的完好无损,容量正常。另外有瓷片电容出现短路的情况,也发现电容离发热部件比较近。所以在检修查找时应有所侧重。
有些电容漏电比较严重,用手指触摸时甚至会烫手,这种电容必须更换。     
在检修时好时坏的故障时,排除了接触不良的可能性以外,一般大部分就是电容损坏引起的故障了。所以在碰到此类故障时,可以将电容重点检查一下,换掉电容后往往令人惊喜(当然也要注意电容的品质)。     

电阻损坏的特点与判别 

常看见许多初学者在检修电路板时在电阻上折腾,又是拆又是焊的,其实修得多了,只要了解了电阻的损坏特点,就不必大费周章。     电阻是电器设备中数量最多的元件,但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见,阻值变大较少见,阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。前两种电阻应用最广,其损坏的特点一是低阻值(100Ω以下)和高阻值(100kΩ以上)的损坏率较高,中间阻值(如几百欧到几十千欧)的极少损坏;二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑,很容易发现,而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。线绕电阻一般用作大电流限流,阻值不大。圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹,有的没有痕迹。水泥电阻是线绕电阻的一种,烧坏时可能会断裂,否则也没有可见痕迹。保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮,有的也没有什么痕迹,但绝不会烧焦发黑。根据以上特点,在检查电阻时可有所侧重,快速找出损坏的电阻。 
根据以上列出的特点,先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹,再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点,就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值,如果量得阻值比标称阻值大,则这个电阻肯定损坏(要注意等阻值显示稳定后才下结论,因为电路中有可能并联电容元件,有一个充放电过程),如果量得阻值比标称阻值小,则一般不用理会它。这样在电路板上每一个电阻都量一遍,即使“错杀”一千,也不会放过一个了。     

一块小橡皮,解决大问题 

工业控制用到的电路板越来越多,很多板子采用金手指插入插槽的方式.由于工业现场环境恶劣,多尘、潮湿、多腐蚀气体的环境易使板卡产生接触不良故障,很多朋友可能通过更换板卡的方式解决了问题,但购买板卡的费用非常可观,尤其某些进口设备的板卡。其实大家不妨使用橡皮擦在金手指上反复擦几下,将金手指上的污物清理干净后,再试机,没准就解决了问题!方法简单又实用。 

时好时坏电路故障的分析 

有些工控线路板在维修之后,或者是未经过维修,都是时好时坏的。这种故障一般都是可以自行解决的,因为大部分故障都是由于使用的环境或者是操作不当产生的,与线路板本身的质量关系不大。各种时好时坏电气故障从概率大小来讲大概包括以下几种情况: 

  1. 接触不良.板子与插槽接触不良、缆线内部折断时通时不通、线插头及接线端子接触不好、元器件虚焊等皆属此类; 
  2. 信号受干扰.对数字电路而言,在特定的情况条件下,故障才会呈现,有可能确实是干扰太大影响了控制系统使其出错,也有电路板个别元件参数或整体表现参数出现了变化,使抗干扰能力趋向临界点,从而出现故障; 
  3. 元器件热稳定性不好.从大量的维修实践来看,其中首推电解电容的热稳定性不好,其次是其它电容、三极管、二极管、IC、电阻等;
  4. 电路板上有湿气、积尘等。湿气和积尘会导电,具有电阻效应,而且在热胀冷缩的过程中阻值还会变化,这个电阻值会同其它元件有并联效果,这个效果比较强时就会改变电路参数,使故障发生; 
  5. 软件也是考虑因素之一.电路中许多参数使用软件来调整,某些参数的阈量调得太低,处于临界范围,当机器运行工况符合软件判定故障的理由时,那么报警就会出现了。