以太网远程IO模块与工控机IO板卡的区别
以太网远程IO模块的应用非常广泛，主要应用于分布式的数据采集与控制，尤其适合于数据点分散、控制点分散的场合。
传统的做法是通过工控机+IO板卡，各种仪表信号直接通过电缆连接到IO办卡的方式，这种方式布线成本高昂，信号衰减大。
而以太网远程IO模块，则可以直接把IO模块连接到PLC或者工控机上，通过一根以太网电缆连接IO与PLC或工控机，各种仪表控制器信号直接就近接入到以太网IO模块上，这样做有几个好处：
1、节省了工控机与IO板卡，以太网IO模块可以直接接入到上位机系统；
2、用10/100MHz的以太网传输替代了4-20mA的信号传输，提高了传输速度；
3、用一个以太网电缆替代掉各种仪表控制器信号线，减少了信号远程传输的衰减；
4、仪表控制器的信号电缆只需要接到以太网IO模块上去即可，大大的减低了电缆成本与布线工作量；
5、M160T系列以太网远程IO模块还可以直接通过MQTT传输到物联网平台，实现远程监测。
如下图所示：M160T应用于智慧物业泵房远程采集控制系统。
实例分享，控制板卡故障检修技巧
FANUC A02B-0303-C205控制模块失效
故障 ：控制失效。
检修 ：经查24V转5V，3.3V电压无输出，查24V输入相关保险及相关二极管正常，查电容无短路，电容 VI 曲线正常，此板还有他人维修痕迹，属曾经维修不成功模块。此模块采用step-down降压式开关稳压芯片LTC3707EGN，它的典型电路如图6.37所示。
先不怀疑芯片损坏，查周边元件，当查到一个标称242(2.4kΩ)的贴片小电阻时，显示12.3kΩ，说明此电阻已经损坏。找相同阻值电阻更换后，给模块通24VDC电压，5V输出正常，3.3V输出只有1.2V左右，断电量3.3V电源正负间电阻只有20Ω，怀疑某个元件短路，试着通电一段时间，逐个用手摸3.3V上并联的元件，当摸到一个220μF钽电容时，感觉其表面发烫，仔细观察，发现被以前的维修者动过并且焊反了，将其更换，复查3.3V两端还是20Ω，通电后3.3V电压却正常了。说明20Ω电阻是正常的，3.3V还有一个BGA芯片使用，阻值较小，估计是CPU芯片，类似于电脑主板CPU电源两端的电阻值，只有数欧姆，属于正常。引发故障的最初原因是2.4kΩ电阻损坏，然后先前的维修人员又把钽电容焊反了。
注意
钽电解电容会在正极一侧标注，这和铝电解电容在负极标注相反，无经验的维修人员容易弄错，应引起注意。
FAUNC I/O模块A03B-0815-C001失效
故障 ：此I/O模块使用在液压机械上，用户反映机器换其他相同模块就可以正常运行，用此模块不能正常运行。
检修 ：拆开模块，观察电路板，电路板很新，元件外观成色都崭新，板上未发现有烧焦痕迹，如图6.38所示。
图6.38 FANUC I/O模块
板上5V电源电压由外接24V经MC34063组成的DC-DC变换电路得到，检测电源部分相关保险电阻、MOS管、电容等元件正常。通24VDC电压，实测5V输出电压稳定正常。板上元件不多，将所有电阻和排阻测量一遍，阻值正常。小电容也未发现短路。使用电阻法测量大芯片对地电阻，FLUKE189万用表置通断测试挡，当被测电阻值小于20Ω时，万用表蜂鸣器会报警。将黑表笔接地，红表笔沿着密脚芯片脚位逐个接触扫过，当扫到FANUC芯片 DRV01A上3个脚位时，蜂鸣器发声，观察电阻只有12Ω左右，检查外围并没有低阻值元件连接这几个脚位，判断此芯片这几个脚位内部对地击穿短路，可能是由外接端子带电插拔或串入干扰引起。购相同芯片更换，模块上机工作正常。
老化测试机控制器FLASH程序破坏
故障 ：一台老化测试机控制器，出现与LED数码管显示屏不能通信故障，用户已经对调测试显示屏是好的。如图6.39所示。
图6.39 老化测试机控制器主机和显示器
检修 ：此数码管显示屏有一个特点，即需连接主机后，由主机与其握手通信，如果主机原因引起通信故障，显示器就无显示。拆开主机，找到相关通信接口，发现主机和显示器的通信是通过两个光耦P121来控制的，一个用于接收信号，另一个用于发送信号，如图6.40所示。目测检查主机没有元件烧坏及腐蚀痕迹，通信线检查无断线现象，各组电源电压正常，平稳无纹波。取下光耦测试正常，与输入输出通信光耦相连接的元件如电阻、三极管、74HC14芯片都正常。通电检查CPU电路起振有波形，因板上元件不多，除去两片带程序的芯片29F040和24C04以外，将可测之74系列逻辑芯片全部取下测试，都是好的。
图6.40 老化测试机控制板
最后怀疑程序芯片有问题，板上29F040是FLASH存储器芯片，24C04是串行输入输出的存储器芯片，这两种芯片都是可以重复擦写的。试着用程序烧录器读出程序后，存入电脑，再往原芯片写入读出的程序，这样不会将程序弄丢。发现24C04重新写入没有问题，而29F040重新写入出错，不能擦除清空内部程序，判断29F040已经损坏。在拔出29F040芯片后还发现居然电路板上IC座的方向焊反了，检查IC座的引脚没有明显的拆焊痕迹，应该出厂时就是焊反的，估计用户有试图维修该电路板，试图用好板上的29F040代替坏板上的，但受IC座焊反误导，将芯片插反，等明白过来后已经通电造成损坏。程序损坏只有找相同芯片复制才可以修复，询用户得知还有相同机器一台，嘱其带来，读出29F040的程序，买新的29F040芯片，写入好机程序后，联机通电，显示一切正常。
Graf油盒控制板经常误报警
故障 ：Graf纺织机械纱线油盒控制板ECO Lub，不能检测管道内是否有油，经常误报警。
检修 ：此为某公司给纱锭上油的机器上的一个控制装置，如图6.41所示，装置设置得很巧妙，由对称的两个电阻通电给管道加热(铝管直径约8mm)，再由两个粘在管道上的NTC检测管道的温度，其中一个NTC离管道的加热部分比较远，另一个比较近，油从离得近的NTC一头流向另一头。如果管道有油流动，则油带走热量，使得两侧NTC检测的温度基本一致，误差较小。如果管道没有油流动，则离得近的NTC检测温升较快，温度误差足够大时触发报警，指示缺油。
图6.41 油盒控制板
知道原理以后好办。测试相同温度下两个NTC阻值，发现阻值相差较大，必然导致检测误差。找两个温度特性一致的NTC更换，一切正常。
船用发电机控制箱故障
故障 ：一远洋船舶使用的发电机控制箱故障，用户反映不能控制发电机输出。
检修 ：拆开机箱内部，仔细观察板上元件，没有发现烧损痕迹，实物机箱如图6.42所示。一般来说，大功率的三极管、MOS管等半导体器件损坏的概率比较大，而且此板有很厚的绝缘涂层，为方便起见，先从板上的大功率三极管查起，使用万用表二极管挡，在线测各管的PN节特性，如果符合，则认为此管没有问题，如果有短路，则拆下管子离线测量，以确定是管子本身损坏引起还是板上其他元件引起。
图6.42 船用发电机控制箱内部
如图6.43所示，当测量到一个PNP三极管MJE15031时，发现三个引脚之间都呈低阻值短路状态，拆下单独测量此管，确实是管子本身短路，另外无意间还发现一个三端稳压IC 7805的输入和输出端只有6Ω电阻，(此种情况不常见，一般只会分别测量输入和输出对GND地之间的阻值，不会测量输入输出之间的阻值，容易忽略，应引起注意)，将损坏的元件更换后继续检查和这两个损坏元件相连的其他元件，如可能串联的电阻、二极管等，因为此二元件有短路，短路必然伴随着电流的增大，很有可能使前级串联元件通过很大电流，使得这些元件也有损坏。实际检查并无其他元件损坏。将直流可调电源调至7V，电流限制在100mA左右，接入7805输入和地之间，观察可调电源是否过大保护，如果保护，再慢慢调大电流，并观察电源电流的变化，直到电流不保护，但最大不超过500mA，结果电流显示180mA的时候，电源电流不保护，7805输出5V也正常，至此维修完成，交给用户试机成功。
图6.43 板上元件损坏
船用发电机控制器自检故障
故障 ：一台船用发电机控制器，最初无法启动，维修更换若干元件后，有一项参数无法自检，其他参数自检正常。
检修 ：重新检查功率部分的元件，没有发现损坏情况，根据维修痕迹检查元件更换情况，发现有一个电阻(图6.44所示蓝色电阻)与周围对应的电阻(黑色电阻)有所不同，黑色电阻为0.2Ω，而蓝色电阻为2Ω，应该是上次维修时维修人员搞错了阻值，将可能作为采样的0.2Ω电阻换成2Ω，使得采样增大了10倍，溢出机器识别范围。重新购买一支0.2Ω/2W，精度1%的无感电阻换上，交用户试机，故障排除。
图6.44 船用发电机控制板
麦克维尔中央空调板故障
故障 ：大型超市使用的一台麦克维尔中央空调损坏，用户反映控制箱通电后，控制电路板有指示灯亮起，但显示器无任何反应。
检修 ：如图6.45所示，现场观察通电后主控板的LED，发现没有任何LED闪烁，貌似电脑主板不开机的情况。测量主控板各路电源电压+12V、+5V、+3.3V正常。将主控板取下，万用表电阻挡测量各路电源对地GND电阻值，+12V对地10kΩ，+15V对地2.7kΩ，+3.3V对地260Ω，皆属正常。
图6.45 麦克维尔中央空调控制板
目测板上没有元件有烧坏痕迹，将多路输出可调直流电源三路分别调至12V、5V、3.3V，注意电流不要调得过大，将这几路电压连线焊接至主控板的相应电源输入端，通电，观察可调电源的电流显示，都在数十毫安不等。通电数分钟，用手摸各芯片，没有感觉任何芯片有温度异常。
将FLUKE189万用表拨至短路测试模式，该模式下，如果测试电阻<20Ω，万用表蜂鸣器报警，同时万用表上显示测试到的电阻值。将黑表笔固定GND接地端，用红表笔一一扫过各芯片引脚，待蜂鸣器报警，观察万用表显示的电阻值，如果是一点几欧姆以下，说明红表笔所接的点系与GND地相连，如果显示2Ω以上，说明红表笔所接节点某个芯片脚位对地短路。结果共测得8处短路点，将短路点标注好记号。将和短路点有引脚连接关系的芯片先后拆下，每拆下一个就重新测试一下标记的短路点，看短路情况是否消失。依此法再测试各脚位对+5V或+3.3V(视乎哪一个电源系统)有无短路点。
结果把4个接口芯片(2个LCX16245，2个LCX16273)拆下后，所有对地短路节点消失，说明短路是由这些芯片引起。将拆下芯片全部更换新件，重新测试各芯片除了接地脚位，再无对地短路点后，主控板再上机测试，显示屏出现了正常显示，用户功能测试也恢复正常。
OKUMA加工中心编码器接口板故障
故障 ：一台老式OKUMA加工中心，用户反映先前X轴走低速时机器正常，高速时报警，一段时间后，完全不行，不能开机，用户通过调换确定是某一块编码器接口板所致。
检修 ：接口板如图6.46所示，因板上元件较少，可以每个元件都测试确认好坏。
图6.46 OKUMA加工中心编码器接口板
首先测试电容 VI 曲线，发现并无异常，几个电阻在线测试阻值，正常。找到几个芯片的对地端，使用万用表先测试其他引脚对地的通断，如测试时蜂鸣器响，再观察显示的阻值。如果有引脚接地，则该引脚对地电阻显示的就是万用表的短路电阻即表笔的芯线阻值与表笔插头和万用表插座的接触电阻之和，实测电路板时再加上两表笔之间的铜箔电阻，一般在1Ω以下，如果有数欧姆，则考虑有元件内部短路，而不是铜箔短路。此板在测试到芯片26LS31的某个引脚时，发现其对地电阻为2Ω，重点怀疑与此节点相连的所有元件，发现此节点除了与26LS31芯片相连，还和一个输出端子相连，端子对地短路的可能性很小，所以把26LS31拆下，再测短路脚对接地脚电阻为2Ω，可以确定是该芯片短路。购新件更换26LS31，板子上机运行，机器恢复正常。
某控制板风扇失控故障
故障 ：某控制板，用户反映220VAC风扇失控，只要板子一通电，风扇就转动，不能控制停转。
检修 ：如图6.47所示。找到风扇电源端子，顺着端子，发现220VAC风扇的电源是由一个12V固态继电器AQG22212控制的，测量固态继电器两个“触点”之间电阻，只有46Ω，拆下测量还是46Ω，正常应该是断开的，电阻应在数MΩ以上，确定固态继电器已经损坏。再循固态继电器的控制端查找，发现该继电器是由达林顿芯片ULN2003控制的，在线量ULN2003无异常，判断应该只是固态继电器损坏，“触点”短路变为常闭，使得风扇一直得电，失去控制。更换固态继电器，用户试用正常。
图6.47 控制板风扇失控
纱锭半径检测板检测数值乱跳
故障 ：某纺纱厂一检测纱锭半径的板卡显示的数值乱跳，不稳定，如图6.48所示。
图6.48 纱锭半径检测卡显示数值乱跳
检修 ：首先怀疑板上三个电解电容有没有失效。数字电桥设定100Hz，0.3V，在线测试电解电容 D 值为0.08～0.14，电容损耗并未有多大问题。万用表扫各芯片引脚对地阻值，也未发现有明显短路。电路板上有两个IC插座，怀疑接触不良。使用高精度万用表测试对应的芯片脚和IC插座脚之间的电阻值，如图6.49所示，发现有两个IC脚和插座脚之间阻值在4.5～12Ω之间变化且不稳定，而另外的引脚电阻都是0.3Ω。将芯片从IC座子取下，发现IC引脚颜色发暗，没有光泽，氧化明显。使用刻刀将IC引脚氧化层刮干净(图6.50)，重新插入座子，再测接触电阻值，全部为0.3Ω。将板子交给客户试机，问题解决。
图6.49 测试接触电阻
图6.50 刮掉IC管脚氧化层
老化测试箱控制器RAM失效导致程序死机
故障 ：某电子产品老化测试箱控制器，通电开机后总是停留在半途某个界面，不能往下走。
检修 ：机器可以开机，说明BIOS主程序、CPU 、时钟、复位电路都没有问题，甚至SRAM的低地址数据块都没有问题。我们知道，SRAM(静态随机存储器)是执行大量数据读写交换的元件。通常存储器的损坏也不是整个芯片的损坏，而是存储器内部某一个或某部分的存储单元出现问题。当程序或数据不会用到这些损坏单元时，应该不会引发什么问题，而当程序或数据恰好用到这部分单元时，势必造成程序或数据的错误，从而引发程序跑飞，造成程序的死循环。体现的故障现象就是程序停留在某一个界面，再也走不下去，按键也没有响应。
另外，控制器中用到的FLASH芯片类似于电脑中的硬盘，用于存储操作系统类文件，如果此文件出现错误，有可能导致程序不能执行下去。FLASH芯片内部是包含数据的，如果芯片物理损坏或者只是这些数据出错，单单换上新的没有数据的空白芯片也是不能解决问题的，必须复制相同机器的数据才可以。鉴于此，先怀疑SRAM芯片问题，某些编程器可以提供SRAM的测试，但限于早期的低容量的SRAM，如62128，62256之类，大容量的SRAM没有测试手段，鉴于此，此板是否有问题，可以通过代换SRAM来观察。通过代换SRAM，重新上电开机，发现程序能够正确执行了，说明问题确实是SRAM引起。如图6.51所示。
图6.51 RAM损坏引起死机故障
模拟量输入板某些通道出错故障
故障 ：某工业生产线的模拟量处理电路板，8个模拟通道中的两个模拟通道有问题，显示数据严重偏离正常值。电路板如图6.52所示。
图6.52 运算放大器损坏引起模拟通道异常
检修 ：根据客户提供的信息，找到故障通道的输入端。8个输入端模拟信号是通过模拟开关切换接入后级处理的。对相同电路结构的输入端芯片对比阻值，没有发现阻值异常偏差。电路板模拟电路部分比较多，电路板上有很多运算放大器，而且这些运算放大器都是共用双电源的，为了查出是哪一个运算放大器的问题，找出运算放大器的正负电源端以及模拟部分0V电压点，用维修电源给电路板通电，再测试每一个运算放大器的同相输入端和反相输入端相对于0V点的电压值，如果电压一样(偏差不超过0.1V)，就认为该运算放大器无故障，这就是运算放大器所谓的虚短特点。如果电压有过大偏差，再关电观察或测试运算放大器的输出端和反相输入端之间的反馈电阻，以确定是否有负反馈，如果无负反馈，说明运算放大器是做比较器用，就应该用比较器的电压比较逻辑来判断，看输出端是否符合这个逻辑关系。通过测试发现一个运算放大器MAX942外围电路存在负反馈，但是却不符合虚短特点，将此运算放大器拆下，万用表电阻挡正反测试，发现此运算放大器的正负电源输入端之间只有100多欧姆电阻值，显然已经损坏。更换新的运算放大器，电路板拿客户工厂上机使用正常。
生产线IO控制板异常
故障 ：某制造生产线主控屏幕显示IO板异常。
检修 ：如图6.53所示IO板，先目测检查，观察有无烧焦元件，电路板有无受到腐蚀断线之处，特别是电池周边的电路板部分和电解电容周边的电路部分是最容易受到腐蚀的部位。用放大20倍放大镜检查后，发现并无断线之处。然后确认电路板的供电电压。74系列数字电路以5V或者3.3V供电电压最为常见，一些板卡有稳压电压变换部分，有些板卡电压直接来自接线端子。来自稳压电压变换的应该寻找稳压电压变换芯片，如有些直接使用7805之类线性稳压芯片，有些使用LM2576之类BUCK电路芯片，直接找到这些芯片就可以确定数字电路的供电电压。电压来自接线端子的，可以找到典型数字电路芯片，查看该芯片的数据手册，确认供电电压大小。模拟电路部分供电应查找运算放大器芯片，确认供电脚的走线去向。确认电路板的供电后，可以用万用表测试一下电源正负之间的电阻值，根据欧姆定律估算电流大小，然后算功率。电流和功率大小不能偏离常识太多，比如24V供电，只有10Ω电阻值，根据公式功率 W = U 2 /R 知通电后板子功率达到57.6W，显然太大，故板子存在短路可能。经查此板5V电源正负端电阻2.8Ω，显然存在短路。从维修电源引入5V至电路板，先把电流调整至最小，然后慢慢加大。观察电压和电流显示大小，电压和电流的乘积就是板子此时消耗的功率，慢慢调整电流的大小，将功率控制在1～2W之间，然后用手摸芯片感应温度大小，如果某个芯片异常发烫，那么这个芯片就存在短路的可能。然后将发烫的芯片拆下，在测量板子电源两端电阻值，如果阻值回复正常，不再偏小，说明拆下的芯片就是短路的芯片。或者直接在芯片的电源脚两端测试阻值，如果阻值很小，就可以百分之百确定芯片损坏。此板经检查，发现1片CPLD芯片损坏，CPLD是有程序的，不可以买新的更换，因为没有程序内容，只能从相同的报废电路板上拆下还没有损坏的相同位置芯片更换。
图6.53 生产线IO控制板异常
测温电路无温度显示
故障 ：某温度检测板卡故障，上位机无温度显示，其他控制功能正常。如图6.54所示。
图6.54 温度检测板不能测试温度
检修 ：此温度检测电路的原理是：使用四线制检测Pt100阻值，让PT100流过一个恒流源，然后检测Pt100两端的电压，知道电压差就可以计算电阻值，然后单片机查表得出对应的温度值。两个Pt100两端的电压是通过模拟开关MAX339切换来分时检测的。电压信号送AD转换器AD7707BRZ转换成数字信号，以串行方式发送给CPU。只有温度无显示，其他功能正常，说明上位机和控制板的通信是好的，能够传送控制命令，问题在测温电路。模拟开关MAX339内部电路如图6.55所示。给整个板卡通电，测试模拟开关MAX339供电电压正常，示波器测试
图6.55 MAX339引脚分布及内部结构框图
MAX339的地址选择信号A0 A1有变化的波形，模拟通道COMA电压随着地址信号A0、A1的变化也在跳变，说明模拟开关可以正确控制，下一步检查AD转换器是否把模拟信号正确地转换为数字信号。图6.56是模数转换器AD7707的内部结构框图。用示波器分别检测该芯片的电源、片选、输入模拟电压、时钟信号、参考电压、串行输入信号、串行输出信号，都有正常幅度的信号，推测该芯片内部转换不良，虽然有转换过程，但是没有把模拟信号转换成正确的数字信号。购相同芯片代换，再通电，使用120Ω电阻代替PT100，观察温度显示50.1℃，正常，问题解决。
图6.56 AD7707内部结构框图
霍尼韦尔控制板无显示
故障 ：某霍尼韦尔控制板通电无显示，如图6.57所示。
图6.57 霍尼韦尔控制板
检修 ：图中电路板外接交流电源，经整流桥堆整流，2200μF/35V电容滤波，再经buck电路稳压后得到5V电压，供数字电路和单片机使用。在桥堆交流输入端接入直流24V，产生的效果和接入交流一样，都经过桥堆后得到一定方向的直流。用万用表直流电压挡测试电源输出，5V非常稳定，小数点后面三位都没有跳动，交流电压挡测试交流成分也是毫伏级别。示波器测试晶振波形，发现没有波形，怀疑晶振损坏，更换后控制板仍然没有显示。无意中测量晶振旁边一个270Ω电阻，发现阻值有数千欧姆，确认损坏。经查，此电容是串联在晶振输出脚到单片机输入脚之间的。更换电阻后，显示正常。
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