做工业自动化设备维护和研发的工程师,肯定都遇到过 PCB 故障:设备突然停机、信号乱飘、参数异常,排查半天找不到原因,耽误生产。其实工业自动化 PCB 的故障大多集中在电源、焊点、线路、接口、抗干扰五个方面,今天分享我总结的 5 个快速定位技巧,让大家少走弯路,提高排查效率。
很多工程师一遇到故障就急着用万用表测线路,其实先做 3 个基础检查,能快速缩小排查范围:
- 外观检查:看 PCB 有没有明显的烧蚀、鼓包、氧化痕迹,比如电源芯片旁边的电容鼓包,大概率是电源过压;接口处的针脚氧化发黑,可能是接触不良。之前排查一台机器人控制板,一眼就看到电源回路的电阻烧黑了,直接更换后就恢复正常;
- 环境检查:了解设备的工作环境,比如是不是刚搬到高温、高湿的车间?有没有靠近变频器、高频设备?环境变化往往是故障的诱因,比如一台设备在常温车间运行正常,搬到高温车间后频繁停机,排查发现是 PCB 耐高温不足;
- 电源检查:用万用表测 PCB 的供电电压,看是否在额定范围内(比如 5V 供电,波动应≤±0.2V),电源纹波是否过大(≤100mV)。工业自动化 PCB 的很多故障都是电源问题导致的,比如供电电压不稳、纹波过大,会导致芯片工作异常。
电源回路是 PCB 的 “心脏”,故障概率最高,比如过压、过流、短路都可能导致电源回路损坏。排查方法:断开 PCB 上的不同功能模块(比如控制模块、接口模块),分别给各个模块供电,看哪个模块供电后出现电压下降或短路,故障就出在哪个模块。举例:一台 PLC 的输出板通电后跳闸,断开输出模块后供电正常,再测输出模块的电源芯片,发现芯片短路,更换芯片后故障解决。注意:工业自动化 PCB 的电源回路通常有保险丝或自恢复保险丝,排查时可以先看保险丝是否熔断,快速定位短路故障。
工业现场的振动、高温会导致 PCB 焊点虚焊、空洞,这类故障时好时坏,最难排查。排查方法:用热风枪(温度 50-60℃)给怀疑有问题的区域加热,或用冷风机冷却,观察故障是否出现;如果是批量故障,用 X-RAY 检测焊点空洞率(≤5% 为合格)。举例:一台流水线控制板,设备振动后就停机,加热焊点区域后故障复现,拆开后发现是继电器引脚虚焊,重新焊接后问题解决。提示:捷配批量生产的 PCB 焊点空洞率≤3%,不良率低,如果遇到批量焊点故障,大概率是生产工艺问题,可联系供应商整改。
线路断裂、短路是常见故障,尤其是工业 PCB 的线路密度高,容易出现隐性故障。排查方法:用万用表的导通档,测怀疑故障的线路两端,看是否导通;如果导通正常,用显微镜观察线路是否有细微的断裂、氧化痕迹。举例:一台编码器信号板,信号时有时无,导通测试发现线路导通正常,用显微镜观察后,发现线路有细微的腐蚀痕迹,重新布线后故障解决。注意:工业环境中的油污、水汽会腐蚀线路,排查时要重点看靠近接口、边缘的线路。
PCB 的外部接口(如 RS485、以太网、电源接口)容易因插拔频繁、静电冲击损坏。排查方法:用正常的接口模块替换怀疑故障的模块,看故障是否消失;或用示波器测接口的信号波形,看是否符合标准。举例:一台远程 IO 模块的 RS485 接口无法通信,替换接口芯片后恢复正常,排查发现是静电冲击导致芯片损坏。提示:工业环境的接口要做好防护,建议选用带 TVS 管的接口芯片,捷配的 PCB 设计可提供接口防护方案。
信号乱飘、参数波动,大概率是抗干扰不足导致的。排查方法:用屏蔽罩将怀疑受干扰的模块罩住,或暂时关闭旁边的干扰源(如变频器),观察信号是否恢复正常;用示波器测信号波形,看是否有杂波干扰。举例:一台伺服电机控制板,启动变频器后信号乱飘,用屏蔽罩罩住控制模块后,信号恢复稳定,排查发现是布线时控制信号与动力线距离过近,重新布线后问题解决。
- 别盲目更换芯片:很多工程师遇到故障就换芯片,其实芯片损坏往往是其他问题导致的(比如电源过压),不解决根源问题,换了芯片还会坏;
- 注意隐性故障:比如线路的细微腐蚀、焊点的隐性虚焊,用普通万用表测不出来,需要用显微镜或 X-RAY 检测;
- 记录故障现象:排查时详细记录故障出现的环境、操作步骤、波形数据,方便后续分析,也能给供应商提供整改依据。
工业自动化 PCB 的故障排查要 “先基础后深入、先直观后仪器”,用分区断电、替换、加热冷却等技巧快速缩小范围,再用专业仪器定位故障点。如果是批量故障,大概率是 PCB 的设计或生产问题,可联系捷配的技术团队,他们能根据故障现象给出针对性的整改建议,甚至提供免费的 DFM 审核,帮助优化设计,避免后续故障。