电气维修方法论第二十七篇(排查过程的繁难故障2)
四、有多处故障源的故障
此类繁难故障特征和规律是同台故障设备表现出多处毫无关联的异常现象，可能存在多处独立故障源，提高了排查故障源的难度。新设备出现此类繁难故障概率较小。
此类繁难故障通常采用先易后难顺序，逐步排除单个故障源，最后。先通过熟悉故障设备的功能框图、电路原理图、仿真电路图、三维图形或数字仿真运动等技术资料全面认知故障设备工作原理和功能用途后，根据理论知识和实践经验，梳理根据每个异常现象排查对应故障源的思路，并用表格记录多个异常现象和对应故障源的关系。按照先易后难、先因后果顺序独立排查各异常现象对应的故障源，修理完成后一个再查找下一个故障源，直到彻底修复设备为止。
维修实例：医用X光机
医院客户X光机无法启动，维修电工找不到故障原因，要求赶赴医院维修。到达医院后客户介绍该设备是二手设备，工作年限长，没有相关技术资料。一直工作正常，前段时间市电电网停电，电工恢复送电后，X光机出现无法启动异常。
根据设备铭牌通过互联网了解该设备主要工作原理，但是没找到详细电气原理图。X光机主要由电子真空球管、辅助电源及控制电路等组成。电子真空球管由阴极灯丝(Cathod)和阳极靶(Anode)以及真空玻璃管组成。辅助电源分为灯丝电源和高压电源，灯丝电源为电子真空球管灯丝加热活跃电子，高压电源输出端连接电子真空球管阴极灯丝和阳极靶，使活跃电子加速撞向阳极靶，利用康普顿效应产生能穿透人体的X射线。
经现场实勘，用万用表电压档测量X光机旁电源箱中市电电压，发现三相相间电压为正常AC380V，但是相零间电压偏离AC220V，判断市电电源异常。沿三相五芯电力电缆追踪测量，最后发现上级分支箱中零线保险熔断。恢复保险后通电试机，X光机已能正常通电。
通电后X光机电源电路主接触器不吸合，造成整机不工作。怀疑保护电路动作后使设备处于保护状态。仔细梳理主接触器线圈辅助电路，发现连接到医疗诊断床的位置传感器因长期氧化造成接触不良。因为设备陈旧，已无法采购相同传感器，决定委托加工传感器中的电气触头，完成后装配好传感器，开机通电测试，主接触器已能吸合。
操作台上高压表显示高压正常，脚踩拍照踏板，电流表显示输出电流不稳定。怀疑为电子真空球管提供高压的电路异常。关闭电源拆开控制柜后仔细观察，发现调节高压的自耦变压器接触点氧化严重，用细砂纸打磨掉表面氧化层后再用酒精清洗。装配完零件后通电试机，操作台上高压表显示高压正常，踩下拍照踏板后电流表显示输出电流稳定，能够用电流旋钮均匀调节输出电流大小，最大为300mA，电子真空球管已能够产生X射线。
在摄影架放置X光胶片并拍照，用X光洗片机洗出照片模糊，无法作为诊断依据。怀疑X光胶片过期失效，更换胶片后重新拍照结果依旧。与操作人员沟通后了解，设备停用后洗片机没有更换过显定影液，推测与显定影液过期失效有关。更换显定影液后洗出照片清晰，所有故障排除。
分析故障原理时总结：X光机同时存在多处毫无关联故障，市电异常造成不能启动原因，设备老化造成功能异常，操作失误造成照片模糊。只能按照合理顺序逐个排查修理，才能彻底修复设备。维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。
龙门机械雕刻机
客户工厂机械雕刻机存在随机震动的异常，造成加工物料报废率高，成品率低，要求赶赴工厂维修。到达工厂后客户介绍该设备是二手设备，工作年限长，一直存在上述异常现象，没有相关技术资料。近期需要加工大面积物料，只有该设备大尺寸工台面能够加工大面积物料，急需使用，经多人维修未能修复。
根据设备铭牌通过互联网了解该设备主要工作原理，但是没找到详细电气原理图。雕刻机应用范围非常广泛，雕刻是钻铣组合加工，通过输入X、Y、Z直角坐标调整主轴转头顶端的空间位置，达到清除多余材质的加工目的。该雕刻机主轴电机功率达5kW，采用普通变频控制和驱动，工作台面较大，用于石料雕刻。X、Y、Z轴的伺服驱动器、编码器和伺服电机相同，编码器嵌入伺服电机中。
经现场实勘，因为该设备属于多体设备，外壳没有明显破损变形，机械运动顺滑自然。仔细检查各子设备之间的连接电缆，发现控制箱连接伺服系统的电缆有老鼠咬坏的痕迹，更换电缆后通电试机，客户感觉龙门架长距离移动时的随机震动消失，但存在偶尔龙门架撞车异常。仔细检查各个限位开关，发现一个限位开关闭合后接触电阻较大，更换后龙门架撞车异常消失。
继续通电测试，长时间工作后雕刻机还是会出现异常震动。仔细观察主轴电机工作正常，震动由工作台面产生。用操作板编辑X或Y方向运动轨迹，先让龙门架沿X方向长时间反复运动，再让主轴电机沿Y方向长时间反复运行，直到震动异常出现为止。通过观测沿X方向运动会出现异常震动，判断X轴伺服驱动系统异常。因为X轴和Y轴伺服驱动器及电机相同，调换伺服驱动器后故障依旧，进而判断X轴电机异常。拆下伺服电机，检查定子和转子线圈正常，旋转顺滑。拆下编码器，发现编码芯片发热严重，找到并拆开同类报废伺服电机编码器，找到并拆下相同编码芯片后替换原发热严重芯片，再用压缩空气清扫编码盘，装配好伺服电机和其它零件。重新开机后长时间测试，再也没有出现异常震动现象，所有故障彻底排除。
分析故障原理时总结：雕刻机出现异常震动有多处毫无关联故障源，电缆绝缘不良造成控制信号失真产生震动，限位开关老化造成龙门架撞车产生震动，伺服电机编码器损坏造成电机非匀速旋转产生震动。只能按照合理顺序逐个排查修理，才能彻底修复设备。维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。
五、采用程序控制的故障
此类繁难故障特征和规律为以嵌入式系统为控制核心的机电设备。因为可编程数字集成电路部分引脚电气功能由程序定义，在不同工作状态或时间段，各引脚电气功能不同，也没有固定输入或输出信号值，所以无法通过测量电信号有无或波形判断其是否正常。
嵌入式系统中通用控制板(如单片机或工控机)的硬件架构相对统一，核心为中央处理器CPU，CPU的电气引脚分为相对稳定的工作电源、时钟、复位端口和绝对变换的控制总线、地址总线和数据总线端口。程序和数据直接固化在存储集成电路中。如果自带操作系统，还能实现自检和下载更新等功能。自检程序能检查硬件或软件是否正常。成熟的程序稳定可靠，很少出问题。如果控制板正常，那么故障源应该分布在外围电路(如信息显示电路、命令输入电路、驱动电路、工作电源、时钟电路或保护电路等)中。当前许多外围电路已经标准化、模块化，维修更换方便。
此类繁难故障通常采用排除和筛选思路排查故障源。先用控制板自检程序判断故障源位于系统内还是外围电路，再用模块替换法排查出故障模块，最后对高价值的故障模块进行元件级维修。
维修实例：自动麻将机
宾馆客户自动麻将机出现无法开机故障，要求上门维修。到达宾馆后客户介绍自动麻将机是才买的新设备，没有相关技术资料。前端时间市电电网临时停电，供电恢复后出现上述故障。
根据自动麻将机品牌和型号通过互联网了解该设备主要工作原理，但是没找到详细电气原理图。麻将机属于标准机电一体化设备，能将贴面层含铁的特制麻将牌预先砌好并从四个推牌口推升至桌面，通常由电源变压器、控制板、控制面板、叠推电机、洗牌拨牌机械、升降推牌机械、霍尔开关和位置传感器等组成。
经现场实勘，用万用表电阻档测量环形电源变压器初级和次级线圈电阻，发现次级线圈阻值正常，初级线圈阻值无穷大，判断变压器初级线圈异常。拆开变压器发现初级端串接过载保护元件，用万用表电阻档测量过载保护元件已开路，但初级线圈正常。更换过载保护元件后恢复安装变压器，开机后自动麻将机已通电，但不能进行自检，对控制面板按键无反应。
万用表电压档测量控制板直流工作电压正常，用示波器测量主控芯片单片机89C52(MCU)时钟引脚信号和复位端电压正常，但其控制总线、地址总线和数据总线引脚没有信号输出，判断单片机89C52(MCU)损坏。自动麻将机控制程序源代码和工作数据保存在单片机89C52(MCU)内部EEPROM/FLASH中。因为无法采购到包含麻将机程序的单片机，决定通过破解获得麻将机源程序。
为防止未经授权访问或拷贝单片机内源代码，单片机采用加密锁定位保护片内程序。编程时将加密锁定位熔断，就不能用普通编程器读取单片机中源程序。决定采用多种技术办法破解单片机。先从控制板上焊下89C52单片机芯片，将芯片固定到测试夹具上，用小刀揭开芯片表面环氧树脂封装，再将芯片放入热浓硝酸中腐蚀掉芯片周围多余封装，直到完全露出芯片及连线为止，接着用丙酮浸泡清洗芯片以除去残余硝酸。
将芯片置于高倍放大显微镜下，从编程电压输入脚连线跟踪找出保护位熔丝。将细金属丝焊接到熔断保护位两端，这样就破除单片机保护，直接用编程器读出单片机中源程序并保存。最后用编程器将源程序写入新的同型号89C52单片机芯片，将新单片机悍回控制板，通电开机后麻将机一切功能恢复正常。
分析故障原理时总结：市电异常造成电源变压器和主板上主控芯片损坏，和以前直接更换硬件零件不同，如何获得芯片中包含的代码是今后电气维修面临的难题，通过探索掌握各种破解办法，才能自信的维修各类数字设备。维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。
六、配件奇缺的故障
此类繁难故障的特征和规律是特殊电气元件采购难，既不能用替换法排查故障源，也不能用更换法修理故障。
在维修早期电气设备、非标电气设备或进口电气设备时可能会遇到无法采购配件的繁难故障，通常采用相似电气元件代替原电气元件进行维修，但是也要注意以下要点：仔细阅读替换元件和原装元件的技术资料，确保两者功能用途相同，新电气元件性能参数优于原装电气元件;新老电气元件引脚的位置和顺序相同，封装尺寸尽量接近，方便安装焊接。优先选择同厂家同系列产品，其次是不同厂家的同类产品。
维修实例：街机游戏机
游戏厅客户街机(苹果机)出现随机花屏异常现象，要求上门维修。到达现场后客户介绍设备使用频率高，多台同类设备也出现类似异常，没有相关技术资料。
通过互联网了解街机主要工作原理，但是没找到详细电气原理图。街机是用于公共娱乐场所经营的专业游戏机，由框壳体与电脑板组成，框壳体包含显示器、控制面板、外接端口和工作电源。电脑板将游戏程序存储到只读存储芯片ROM中，通过外接端口输出音视频信号和输入控制信号到框壳体。
因为游戏机能够开机运行，可以排除框壳体故障，判断故障源位于电脑板上。示波器是追踪数字信号走向的利器，以视频信号输出端为起点逆向追踪异常信号的起点。通过耐心分析信号线路走向，对信号波形反复比较，最后追踪到一块可编程PAL芯片异常。采购到同型号空白芯片后，将游戏厅中相同游戏机电脑板上的相同芯片焊下，借用同行购买的PAL芯片专用破解器破解，很快获得PAL芯片内部熔丝点位图代码并保存，用破解器将点位图代码写入新PAL芯片中，再将写好新芯片悍回电脑板，装回游戏机后通电试机，故障排斥。
分析故障原理时总结：数字可编程芯片和传统电气元件不同，维修时不能简单替换，除了需要相同硬件，还需要获得芯片内部源代码，才能替换原芯片。破解常用可编程芯片技能是今后电气维修需要的重要经验，掌握后才能自信面对各类新型数字设备。维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。
审核编辑：汤梓红
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