信号与自动化过程控制系统必须准确、可靠地传输信息。不管它是一个老式模拟4 - 20 mA信号交流在储罐液面或以太网/ IP™信号传送数字指令传送系统在工厂地板上,电子信号完整性是可编程自动化控制器的基础功能,可靠性和准确性取决于
热、灰尘、腐蚀性化学物质,水分,和振动常见许多工作环境可以降低线路和连接,然而,和恶劣的电气环境可以降低信号质量。结果,有效的故障排除可能需要检查线路,连接,和信号的电气特征遍历系统(图1)。
排忧解难的工具箱
工具测试电气信号完整性的范围从数字万用表测试设备专门设计的电特性模拟和数字电路。(注意:工具,分析信号数据并不是本文中讨论)。电池驱动的设备可以让“漂浮”测量仪的测量没有点在地面(地球)的潜力,这有助于确保测量精度和测量过程不降低网络性能。
- 一个数字万用表可以进行基本的电气测量(如连续性、电阻和电容)是有用的基本测试电线和电缆的完整性。
- 示波器使来检查信号波形,使他们看到动态电特性如噪声、失真,信号振幅。示波器为网络设计的电气测试有两个数字万用表和示波器的功能,以及附加功能专门为网络故障排除。一些专业网络示波器不仅可以测量信号特征;他们可以执行详细的波形分析(测量波特率、抖动、上升和下降时间),捕获信号干扰和异常,并告诉操作员测量值是否在可接受的范围内常见的工业网络。
- 专用的模拟故障诊断工具包括校准过程的各种工具和文档(压力,温度和毫安循环,例如),和水泵试验压力和真空。这些工具,如过程毫安夹米,有独特的测量功能检查模拟I / O信号。
从基本的开始学
首先缩小故障诊断任务的范围通过澄清什么是工作,什么不是,到底是什么问题的症状。
检查服务的历史。
最近有任何服务或重新配置吗?任何添加或修改之前的麻烦开始的吗?通常,问题在先前健康的系统介绍了通过修改或维修。
寻找相关的事件。
调查是否干扰可以链接到特定的事件或设备,如电动机起动,或打开一盏灯。
目视检查。
检查接线是否正确和完整的(没有优惠,磨损,或破坏绝缘)。检查终端是否紧,无腐蚀,终止与正确的阻抗(如果需要)。确认接线的长度内规范运行,正确的布线和屏蔽,隔绝电源导体(特别是马达驱动器)。
做基本的电气测量。
根据需要和可能,使测量来验证信号和屏蔽连接都是坚实的和正确的。测量(从基础到高级)包括:
- 阻力和线路运行的连续性。确保一个信号路径,避免过度的信号衰减,抵抗是在规范(图2)。
- 电阻之间的布线、盾牌和地面。确保布线和盾牌是孤立的,盾牌正确接地。
- 导体之间的功放和盾牌。电容值应符合制造商的规范的类型和长度电缆、和网络类型。
- 供应电压。确认设备电源内部规范,尤其是弱信号或信号幅度比预期较低的检测。
记录你的发现。
仔细记录每个测量,测量什么,在哪里,在什么条件下。
数字故障排除在物理层通过检查数字波形
数字信号通常是可视化和讨论他们的理想形式:完美的波形与完美的时机和其他特征。特别是在工业环境中,现实可以完全不同。
检查数字波形,一个示波器连接到I / O连接和检查波形。
- 验证信号波形是完整的,而不是过度减毒,从过度的噪音和自由。
- 转换是太慢了(缓慢升值倍)可能表明一个导体太长,电缆的损坏或错误的类型,或者损坏或缺少必需的终结者。
- 脉冲过度(脉冲振幅超过100%)也表明剖面内阻抗网络。
- 提高示波器图像持久性和调整触发一个“显示模式”(图3)。(专用网络信号检查工具会自动眼模式设置。)这个范围模式给用户很好的洞察总线活动和整体的信号质量。
图3。示波器显示显示了嘈杂的“眼动模式”和干净的数字信号。 
图4。测量电流4毫安过程控制回路是模拟故障诊断在物理层的一部分。 - 变化缓慢的边缘并不一定表明网络麻烦,但大速度过渡需要进一步调查的差异。
- 如果只是偶尔与捕获一个明显不同的波形曲线,很有可能一个设备硬件问题或不能正常供电。
- 高和低信号水平之间出现了较大的利差可能表明信号衰减。
- 不一致的信号水平信号的不连续分布网络,或一种设备,将一个信号幅度太低。
眼动模式也使网络上的噪音水平的分析。噪声会干扰信号和腐败或停止通讯。可怜的连接在电缆护套或断开连接屏蔽频繁导致的破坏性的噪音水平。
模拟故障诊断在物理层
尽管趋势是数字,模拟系统——特别是4毫安(mA)过程控制回路——仍随处可见,尤其在制药、炼油等过程制造领域(图4)。万用表和示波器测量的作用和可视化模拟系统的电特性,但专用工具,不仅可以测量模拟水平和控制信号,但也可以源,模拟和文档都是常态。
故障排除4毫安过程控制循环
4 - 20毫安控制回路信号代表一个过程变量(如压力或阀位)与一个类似的电流。故障诊断:
- 测量4 - 20毫安信号。如果洋流并不像预期的那样,检查三个可能的原因:一个糟糕的回路供电,碎/断开/短路的电线,或错误的工具。
- 测量回路电源在发射机和电源。应该有大约19到23 V发射机。应该接近24 V电源。
- 如果循环供应测量看起来可疑的,做一个替换测试使用测试工具的24 V供应。
- 检查线路。检查连接的终端电阻偏高。
- 5。测试PAC的I / O卡马通过发送一个信号,控制器的输入,并检查正确的指示。
- 马发出一个信号,最终控制元件(例如,阀门定位器)。如果元素执行导演,问题在于布线或控制器输出信号。如果没有,故障可能与最终控制元件。
回路故障
如果问题不是一个死循环,但是一个不准确的,可能的原因包括一个糟糕的I / O卡PAC或糟糕的最终控制元件。通常是最好的开始通过现场检查发射机,本地或远程指示器,或者最终控制元件。
最终控制元素,用毫安桌计来测量回路电流和比较值上的本地位置指示器阀或其他最终控制元件。把这条信息传给操作员来验证结果。
在测量回路的情况下,使用一个夹计测量回路电流,然后检查操作员看看值显示在控制面板上同意实际的洋流。这给了PAC的快速检查I / O卡,处理循环。也有可能将一个已知的信号发送到控制室,和之前一样,比较读取的值算子的实际电流回路。
检查PAC I / O卡
解决4 - 20毫安输入卡片,断开过程循环,饲料在一个已知的信号电流,并比较在读出的值。检查电压输入卡片以类似的方式,通过喂养在一个已知的信号电压。
如果控制系统没有反应,检查I / O卡的输入电阻。(250欧姆是一个典型的价值。)如果电阻读数显示一个开放的电路、I / O卡可能有缺陷或有一个保险丝熔断。
分析数据,得出结论
单一度量值有时揭示了问题的来源。有时候仔细分析一系列测量是必需的,这就是为什么重要的是要记录测量值作为故障诊断过程。有时,分析测量提出了额外的问题,然后可以额外测试的基础,使调查更接近发现系统问题的解决办法。