电气维修方法论第二十五篇(认知过程的繁难故障)

认知过程的繁难故障

      如果不能正确全面认知故障电气设备或电路板，会提高查找故障源和修理故障的难度，降低维修成功率。认知困难主观体现在个人阅历和经验有限，客观体现在电气设备、电路和电气元件种类繁多、技术保密（如进口设备）、技术资料缺失、认知时间有限、技术更新快新产品层出不穷、设备特别复杂和电路板集成度高等方面。提前收集技术资料是高效认知陌生电气设备的重要基础。

      快速认知复杂陌生对象基本流程为先通过使用者了解对象功能用途、操作办法、运行状态和厂家型号等信息推测其从属的对象类型，查找同类或类似产品的技术资料，掌握其功能用途、规格样式和工作原理等知识，通过逻辑推理或类比方法间接掌握陌生对象的本质特征和规律，再结合其特殊特征和规律就能初步认知陌生对象。如果陌生对象属于标准设备，可查阅国家规范图集掌握其技术资料。如果完全找不到陌生对象技术资料，根据设备铭牌、功能用途、规格样式，观察内部结构、组织布局和电气连接，逐步推测其核心功能和工作原理，判断其从属设备类型，但误差较大。

      优先认知陌生对象中与故障现象相关的部件或核心元件。根据陌生对象外部端口功能可推测内部部件的功能用途，如外接市电端口通常直接连接电源部件，外接信号输入端口或物质入口通常直接连接输入部件，外接信号输出端口或物质出口通常直接连接输出部件，控制面板相连为控制部件。根据陌生对象特殊外观和封装推测其功能用途。

      在维修实践中，常见认知困难的对象有系统复杂且缺失技术资料的陌生电气设备或没有技术资料的陌生电路板，其它认知困难对象请读者自行补充。此类电气故障的排查故障源和维修处理流程与元件级维修相同。
      一、系统复杂陌生设备的故障
对系统复杂、价值昂贵和操作繁琐的陌生电气设备，如何通过有限信息快速掌握其内部部件布局、电气线路连接、信号参数等工作原理，是此类陌生电气设备认知难点。

灵活采用逆向、联想、类比和局部认知等思路认知陌生设备的工作原理，降低难度，提高效率。根据电气设备复杂程度和外形尺寸，交替采用从细节到整体或从整体到细节认知顺序、根据维修需要控制认知深度和广度能提高认知效率。因为维修时间紧迫无法在短时间内全面认知陌生设备，所以先耐心仔细认知与故障现象直接相关对象，再逐步认知其它对象，如先认知与异常现象相关的部件后在逐步认知其它部件。

      对于系统复杂故障设备，根据电气设备的使用说明和功能用途、外观结构和型号资料，参考类似功能的电气设备，结合自身的专业理论知识和实践经验推测故障设备的基本工作原理。再观察设备内部组织结构、电气连接、主要模块、核心元件、控制通讯方式和运动状态，结合自身的专业理论和实践经验推测故障设备的系统框图，再对实物进行测量和验证后，尽一步细化和完善绘制故障设备工作原理图（主回路图、辅助回路图）和端口接线图。最后绘制故障设备的数字三维图，直观地描述其外观形状和内部组织结构等特征。对能机械运动的故障设备还要建立其三维仿真运动模型，形象演示其运动规律。对今后排查故障源和处理故障有极大的帮助。

      针对系统特别庞大复杂故障设备，可采用局部认知（与故障相关的局部）的思路提高认知的效率。

      维修实例：废钢厂除尘系统

      因为客户工厂新安装的防烟除尘设备控制系统功能有限，不能满足客户后期再开发的需求，需要单独开发一套控制系统。现场实墈中观察设备机械部分的空间布局和内部组织结构，发现虽然设备体积庞大，但是工作原理类似于大型抽油烟机，由可移动集尘罩、输气管道、压缩空气集尘器和大功率负压风机组成。客户详细介绍防烟除尘设备需要实现的所有功能，要求将生产商配套控制箱改为以西门子PLC200为核心的控制系统，实现除尘袋吹气顺序和间隔时间可调的功能。接入压力传感器，用负反馈调节负压强度。增加多处远程启停箱，方便现场人员灵活操作。因为负压风机的大功率电动机启动时电流较大，决定采用星三角启动方式，降低对市电电网干扰。

      根据客户意见综合考虑，决定采用先机械后电气的顺序完成系统改造。根据生产商提供的设备机械部分AutoCAD图，再结合现场实际很快绘制出设备所有机械零件和装配体的数字三维图，清晰描述设备主体分布位置、管线走向、内部零件位置，再用LabVIEW设计设备各零件机械运动，获得三维运动模型，形象直观的描述设备机械工作原理。到现场仔细观察梳理、详细记录设备的电气线路走向后获得设备电气线路图。因为PLC辅助电路、星三角启动电路和远程启停电路非常成熟，按经典电路原理图采购电气元件并安装在箱体内，完成内部配线并仔细检测无误后通电调试电路硬件。

      选择PLC200主机和IO模块后，通过分析防烟除尘设备各工作阶段中不同状态，决定采用状态机模式开发控制程序。在开机阶段控制星三角电路启动风机电动机，待空气负压值达到技术标准后，在设置阶段人工输入吹气顺序和间隔时间，进入除尘吹气阶段后控制电磁阀按照设置程序循环工作，停机阶段按照设定顺序逐步关闭电磁阀和风机电动机。程序开发完成后在西门子配套仿真软件中运行通过，将程序下载到现场PLC中，开机调试直至满足客户所有功能为止。

      防烟除尘设备完全正常工作后对电气元件和连接电缆加固，安装外壳并清扫设备。向客户提供用Multisim绘制的整套设备电气原理图、配线图、端口接线图和程序源代码后完成设备技术改造。
      二、没有技术资料的电路板
      在维修实践中经常遇到因保密或遗失等原因造成技术资料不齐，甚至完全陌生的故障电路板，不了解其本质特征和规律（功能用途和工作原理），出现故障后让人无从下手。认知陌生电路板是从实物推测其电气原理的逆向归纳过程，难度远大于从电气原理图编译出PCB图的正向演绎过程，只能采用从细节到整体的思路进行逆向认知，难度大、效率低。认知陌生电路板是维修中难得锻炼机会，能扩展眼界，积累经验。
      先根据陌生电路板厂家商标或规格型号查询相关信息，利用个人经验和对应设备猜测其功能用途；再仔细观察电路板，以标志元件、PCB板布局、安装孔位或明显分界标识等信息划分电路板的大致功能区；再从梳理供电、输入输出和控制等常规子电路，获得其电气原理图和PCB图；再以核心元件的LOGO和封装样式为中心，测量追踪其引脚与其它元件引脚之间的连接线路，梳理出相关元件及连接方式，获得子电路的功能用途、电气原理图和子PCB图；以外部接口、接插件为起点，再结合外部连接的采样传感器或驱动转换器，推测内部连接主回路、辅助回路的功能用途、电气原理图和PCB图。最后综合各子电路的功能用途、电气原理图及PCB图，获得陌生电路板的功能框图和核心原理图。

如果具有扎实理论知识和认知陌生电路的丰富实践经验，迫于时间压力，可以采用局部思路快速认知与异常相关联的局部子电路，缩短认知时间，但不能整体掌握电路板的工作原理，造成排查故障源和维修处理故障时不彻底，知其然而不知所以然。

      维修实例：三菱电脑针车电脑控制板

      客户工厂有大量二手日本三菱电脑针车，日常需要大量维护。因为没有质保以及设备商技术保密，不提供详细完整技术资料，造成设备维护难度大，所以客户迫切需要通过逆向梳理获得电脑针车的电气原理图，提高维修效率。通过客户介绍和阅读设备手册，掌握电脑针车功能用途是用于服装鞋帽的加工设备，可在控制面板上编辑针线运动轨迹，自动高效生产出各种图案的针织品，属于小型机电一体化智能加工设备类型。客户已通过其它途径获得针车中电路板程序源代码，现还需要电路板的电气原理图和PCB图。

      现场实墈中拆除设备外壳，取下核心电路板仔细观察，其CPU为ARM类型嵌入式单片机，实现编程、保存、保护和调速等功能。该电路板将控制电路和驱动电路集中在一块四层PCB板上。电路板由双电源供电，一路通过开关电源向为控制电路提供DC5V工作电源，另一路为驱动电路提供DC120V的步进电机工作电源，具有过载过流等保护功能。因为有多台相同设备作参考，很快获得电脑针车正常工作时不同状态下输入输出端口和内部部件接口中各个引线的技术参数。

      将高分辨率相机设置成固定尺寸，获得电路板正反面元件层照片，再用电络铁和热风枪拆下PCB板上所有电气元件和接插件并分类编号保管，清除板上多余焊锡后获得裸露PCB板正反面敷铜层照片，用锋利刀片或小型铣床小心将裸露电路板剥层直至露出中间敷铜层并获得照片。将各照片中电路板尺寸调整和实物尺寸相同，作为多张背景图依次导入Ultiboard中，规划一块与原PCB板尺寸相同的四层PCB板，对每张照背景图依次放置元件封装、焊盘和敷铜皮，全部完成后获得电路网络表。将网络表导入Multisim中，设置每一个封装或焊盘选择对应电气元件，将电气元件合理布局后获得电路板的电气原理图，用方框将电源、控制、输入、输出、保护及通讯等子电路分开后获得系统方框图。编写图纸说明（如工作原理、核心元件、技术参数等）和填好图框信息后将图纸打印出来交给客户，迅速降低电脑针车维护难度，极大提高客户设备利用效率。最后将电脑针车所有技术资料整理成册存档。
（作者：罗清；地址：四川省攀枝花市东区；电话：[phone]；微信：pzhLQ564200811；QQ：564200811）