张彬彬
微控客车单车试验器常见电气故障诊断与处理
发表时间：2014-11-01 20:22 作者： 来源： 浏览：
摘 要 本文主要介绍微控客车单车试验器常见电气故障、诊断和处理故障的方法以及预防和减少故障的措施。
关键词 微控客车单车电气故障 诊断 处理 措施
微控客车单车试验器是铁道部指定的制动系统试验设备，主要用于铁路客车整车制动系统调试，在整车制动调试的重要性毋庸置疑。在实际运用中客车单车试验器出现的故障会制约铁路客车检修的顺利进行，造成生产的停滞。在这里结合我公司使用的WD-2型微控客车单车试验器的故障实例对常见的电气故障诊断和处理进行分析说明并针对故障提出改进措施以提高设备可靠性。
图一 WD-2型客车微控单车试验器
1、电气结构与控制原理
图二 微控单车电气结构图
1.1主要部件介绍
1、压力传感器：共有4个压力传感器分别是总风、列车管、副风缸、制动缸压力传感器，它们均为两线制电流传感器。
2、信号调理版：主要功能就把采集来的电流信号转换成为电压信号，因为PCL-711B模拟量输入需要电压信号。
3、工控机：为整个系统的控制核心，主要完成人机交互和整个试验过程的控制。
4、PCL-711B：多功能数据采集卡，此板集成了所有数据采集的功能，具有8路单端12位模拟输入通道,最大采样传输速率25KHz。芯片集成采样保持、16路数字输出通道。
图三 PCL-711B实物图
5、PCLD-885PLUS：功率继电器输出板，此板是在原PCLD-885基础上集成了直流24V、5V电源、直流固态继电器部分，在此设备中的主要功能就是用计算机输出的小信号控制板载继电器以驱动电磁阀动作。
图四 PCLD-885PLUS
6、电磁阀：执行器件，受PLCD-885PLUS控制在管路中完成充、排风动作。
1.2电气控制原理
首先由压力传感器采集到压力信号转换成电流信号，经过信号调理版转换成电压信号再通过PCL-711B采集送计算机处理，计算机根据试验程序的要求控制PCL-711B数字量输出，经过PCLD-885功率放大，最终控制电磁阀完成试验动作。
2、常见故障诊断与故障的解决方法
2.1 传感器的故障
故障现象：总风压力传感器采集到的数值比实际风压值低了150KPa。
分析诊断与故障处理：首先检查传感器供电，正常电压为DC24V，供电正常。然后用替换法把总风传感器和列车管传感器互换，因为微控单车试验器的4个传感器型号相同，替换后，总风压力正常，列车管压力低了150Kpa。可以断定此故障为传感器故障，在传感器标定界面中重新标定传感器，检测到的数值恢复正常。
对于判断传感器故障最简便的办法就是替换法。
2.2 信号调理板的故障
2.2.1采集不到压力信号
故障现象：制动缸在充风之后压力一直显示为零，其它管路压力显示正常。
故障诊断与排除：首先用替换法判断传感器是否存在故障。如图五，交换制动缸与列车管的传感器，替换前后制动缸与列车管压力没有变化，这说明传感器没故障。然后检查信号调理板输出信号，传感器输出的电流信号需要经过信号调理板变成电压信号之后连接多功能数据采集板PCL-711B的模拟量输入输出接口CN1。通过对信号调理板制动缸压力检测通道进行测量发现无论气压如何变化输出的电压一直为0V。开路测量此通道的250Ω电阻的两端，表笔正反向测量结果均为0Ω，焊开稳压二极管IN4735的一脚后测量此电阻，阻值为250Ω，如图五，这说明IN4735击穿，导致此250Ω电阻短路，更换新的IN4735后，制动缸压力显示恢复正常。
图五 信号调理板及其外围电路
2.2.2采集到信号有干扰
故障现象：制动缸和副风缸在不充风的时候，采集到的压力值在0到40Kpa范围内波动。
分析诊断与故障处理：此故障为采集的压力信号存在干扰，在系统调试软件VB711B中观察检测到的压力信号对应的电压信号为周期性的锯齿形波动。可以通过在信号调理板上安装电容来抗干扰。选择两个50V47uF的电解电容，如图五正极分别A、C端，负极接在B、D端，安装完毕后对压力信号进行测试，干扰减小到1KPa以下，在进行机能试验，顺利通过机能试验，改造后的信号调理版符合使用要求。
2.3 PCL-711B的故障
故障现象：所有的压力信号均为0KPa。
分析诊断与故障处理：此故障首先检查传感器供电，之后判断传感器是否有故障，检查37芯插头(插在PCL-711B的CN1上)的连接是否良好，均排除后，通过VB711B板卡调试程序检查计算机采集到的信号状态，通过诊断程序VB711B的4个压力信号对应的通道的电压信号波形，发现电压信号为0V，静态测量信号调理板正常，问题可能处在PCL-711B上，从计算机的PCI插槽拆下PCL-711B，在这个过程中发现插接有些松动，固定电路板的橡胶柱已经错位，重新插好PCL-711B,调整橡胶柱位置，上电后，信号检测正常，故障排除。
2.4工控机部分的故障
工控机作为整个微控客车单车试验器的核心部分。可分为硬件故障与软件故障两种。
2.4.1硬件故障
在工控机的硬件故障中，无法开机在日常维修中占很大比例且较典型。在此重点论述此类故障。这里的无法开机指计算机在接通电源之后到载入系统软件之前出现故障导致计算机无法正常启动。最常见的故障是因为是主板与基板、内存由于震动和灰尘导致的接触不良造成的。下面列举常见典型的无法开机的故障。
2.4.1.1主板与基板接触不良
故障实例：接通电源后，显示器没有显示、电源风扇转动、PC喇叭没有报警声音。
故障诊断与排除：此类故障是最常见的，在工控机故障中占一半以上，是由于主板与基板接触不良造成的。此现象是因为单车在移动的过程中过轨道时的颠簸与震动造成的，打开机箱，重新插拔一下主板与基板即可故障排除。
2.4.1.2主板和内存接触不良
故障实例：接通单车试验器工控机电源， PC喇叭出现不断的响（长声）的报警，显示器显示的画面停留在自检位置。
故障诊断与排除：出现此现象可根据每种BIOS的具体报警所代表的故障信息判断故障点。此工控机主板采用的是Award的BIOS,表一为Award的BIOS常见故障的报警含义，在表中我们可以查到不断的响（长声）代表内存未插紧或者损坏。拆开机箱检查内存，拔出内存条对内存的“金手指”表面的擦拭再安装上，系统恢复正常。此现象是因为单车工业现场的灰尘进入机箱。这种故障也很常见。注意在断电后拔下内存时不要用手直接接触内存上的芯片和电子元件，防止静电击穿芯片，正确的方法为用手接触内存的两个端面进行插拔操作。
表一 Award BIOS PC喇叭报警含义
报警现象
报警含义
1短
启动正常
2短
常规错误
1长1短
RAM或主板出错
1长2短
显示器或显卡出错
1长3短
键盘控制器错误
1长9短
主板Flash RAM或EPROM错误，BIOS损坏。
不断地响(长声)
内存条未插紧或损坏。重插内存条，或更换内存
不停地响
显示器和显卡接触不良或未接好
2.4.2工控机软件故障
2.4.2.1系统软件故障
故障实例：单车在使用过程中被其他工序操作者断电，造成设备无法开机。
故障诊断与排除：由于意外断电，造成系统文件丢失或者损坏，导致某些系统功能无法使用或者系统无法正常启动
解决办法：对于缺失系统组件文件的故障，进入故障恢复控制台，从WINDOWS系统光盘中找到并复制丢失的组件，对于系统功能无法使用的可以根据具体故障现象重新设置系统服务。
在某些情况下，如果此方法依然解决不了问题那就需要重新安装操作系统，驱动程序以及应用程序来解决故障。
在重装操作系统之前，可用WINDOWS PE光盘引导系统，把C盘中重要的文件和软件复制到硬盘的其它逻辑区内，如没有WINDOWS PE引导盘，可先把硬盘拆下来，利用易驱(USB与IDE的接口转换器)连接到其它计算机上，这样此硬盘的所有信息可以通过磁盘操作复制到其它逻辑区内。
由于操作系统、驱动程序和应用程序的安装与配置比较繁琐，我在系统调试完成稳定运行一段时间后，用SYMANTEC的GHOST软件制作系统盘镜像并存储到硬盘其它分区由数字或英文命名的文件夹中，建议以当前时间和备份的盘符命名并设置隐藏属性，并把这个镜像刻成光盘存档。储存试验数据的输出目录尽量设置在非系统分区内并定期备份试验数据到其它的计算机上。
2.4.2.2应用软件故障
应用软件故障主要表现为试验程序无法正常运行或者某些功能失效。
故障现象：所有压力信号0KPa。
故障诊断与排除：首先检查传感器供电，然后通过VB711B板卡调试程序检查计算机采集到的信号的状态，发现检测到的4路信号都是正常的，怀疑故障是由于试验程序发生问题造成的，卸载原来的旧程序重新安装试验程序，故障恢复正常。
此类软件故障还有可能是应用环境软件如：VB、ACCESS，板卡驱动软件的问题，可根据情况逐一排查。
2.5 PCLD-885PLUS DO的故障
故障现象：DC110V电控阀试验紧急位，通电之后，紧急位常通电。
分析诊断与故障处理：当微控单车试验器未接车上负载时，用万用表测量用于电控阀试验的5芯插头4#和5#之间的电阻，阻值应该为几MΩ，经过测量，电阻为0Ω可断定输出短路，再测量PCLD-885PLUS的固态继电器JGX-5FA的输出，阻值为0Ω，根据图六直流固态继电器原理图可判定此固态继电器损坏，更换固态继电器后，设备恢复正常。
图六 直流固态继电器原理图
3、快速诊断故障以及减少故障提高设备可靠性的措施
3.1正确的检测方法
根据故障现象利用适当的检测办法准确的判断故障部位，在维修实践中，列举以下三种最常见最有效的办法。
1、软件诊断法
VB711B是EVOC公司提供的用于PCL-711B模拟量输入与数字量输出的检测等功能的计算机程序，可直观的看到计算机检测到压力信号的状态以及数字量信号的输出状态，可以用于PCL711B的输入和PCLD-885PLUS的输入的故障诊断。
2、替换法
把故障器件和非故障器件进行替换，可以判断出器件是否存在故障。特别适用于传感器和板卡的故障判断。
3、测量法
利用万用表对器件电阻，交直流的电压，电流与正常数值进行比较以判断故障。要求熟悉器件的工作原理。
3.2 减少故障提高设备可靠性的措施
通过对故障统计，我们采取针对性措施降低微控客车单车试验器的故障率并提高设备的可靠性。
3.2.1加强设施和人员的管理
1、安装减震装置、工控机下方安装橡胶垫；
2、定期更换工控机机箱防尘棉、设备内禁止存放任何杂物；
3、设备操作者应按照正确的开关机顺序，养成良好的操作习惯；
4、移动的过程轻拉轻放减少震动；
5、单车接通电源之后，在电源柜上悬挂“单车正在使用请勿断电”标示牌，以避免人为断电的情况。
3.2.2做好设备备件工作
微控客车单车试验器属于精密设备，有些部件例如计算机主板出现板级故障维修是很困难的，有的部件虽然可以维修但是维修周期长，或者采购周期长。针对诊断故障率高的部件，按照1:2采购作为备件，可大大提高设备的可靠性。
参 考 文 献
1、PCL -711B多功能数据采集卡说明书 （2000年11月6日第一版）EVOC Technology Co.,Ltd
2、WD-2微控单车试验器使用说明书 武汉铁路昌茂公司
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