谈谈数控设备工控机的主板维修

现如今，工控机作为数控设备的一种主要控制方式，已被广泛应用在各个领域，但是对于工控机主板存在的一些故障让年轻的维护人员又不知该如何下手，因为这些工控机中的数据价值往往不可估量。其实工控机和普通家用机却有着如出一辙的原理和设计思想，那么何不尝试用普通计算机维修的思想来处理一些棘手问题，也许一切反而会变的容易起来。

案例一  震动台工控机替代

    故障现象：工控机大板因为外电路问题烧损，无法使用。

故障分析和处理：询问原生产厂和相关代理商，因为主板型号太老，根本没有替换的产品，唯一途径就是整体系统升级，但因为供货周期过长的原因，所以只能放弃。经仔细分析，这块工业主板采用AM-486DX5 CPU、带1个PCI、4个ISA，4个ISA插槽中一个是硬盘卡，操作系统是WINNT3系统。所以我们将在二手市场淘到的一块带有3个ISA插槽的老586主板像替换家用计算机主板一样直接替换原主板，使用AMD-K5 CPU，主板直接连接硬盘启动，软件不做任何修改。第一次尝试并没有顺利启动，进入加电自检状态就出现死机现象，起先考虑会不会是因为系统驱动的问题，因为POST的过程是一个基本硬件初始化的过程， 需要有相应的驱动支持，但减少为最小系统可正常启动。反复多次尝试，依旧没有进展，在即将放弃之时，无意间的拔插发现有一个ISA槽针脚没有完全伸出，造成与板卡间的接触不良，我们重新固定板卡，确保各针脚严格接触的情况下，开机正常启动，系统运行正常。

案例二  DMG64V PCU50黑屏故障

    故障现象：DMG64V，控制系统西门子810D，启动机床后，显示黑屏，但机床受控，各操作正常。

    故障分析：DMG64V是通过PCU50控制人机界面的，所以首先检查了PCU50人机界面的通讯电缆，在排除电缆通讯故障（线缆损坏或插接不可靠）的前提下，故障问题定位在PCU50本身上。单独给PCU50上电，没有任何反应，于是试着把这台PCU50作为通用型计算机考虑：

 如图1，一个正常的计算机启动过程分为硬启动和软启动两步。硬启动就是指给计算机加电产生各芯片必需的时钟信号和复位的过程；而软启动部分是指BIOS的POST自检过程。硬启动分为“供电-时钟-复位”的三个步骤。计算机通电，按下开机键后，电源送系统单元电和CPU单元电路；计算机系统单元电路产生3．3V和5V的系统供电电源，而CPU单元电路产生CPU核心电压，为CPU供电。当供电电压加到时钟电路时，且PG信号正常时，时钟电路产生各种时钟信号，使各单元电路有序进行，同时相关芯片的时钟信号还接受STOP信号的控制，实现关停某一个设备。系统单元供电电路产生的PG信号分别送往南桥、北桥，作为南桥、北桥的复位信号，之后南桥、北桥开始工作。南桥产生的PCL-STOP信号直接送到时钟芯片，由北桥产生CPU-STOP信号和CPU核电路产生的PG信号一同送到CPU，由CPU产生的CPU-STOP信号和南桥产生的PCL-STOP信号又送到时钟芯片，时钟电路才开始工作。当时钟电路工作正常后，产生各路时钟信号，送往主板上各部分单元电路。其中当南桥收到时钟信号以后，南桥的复位电路开始工作，产生各种复位信号，其中DRV-RST去复位主板上的各种设备和芯片，如硬盘、光驱和插槽等。另一路PCI-RST去复位北桥，再由北桥芯片产生CPU复位信号CPU-RST，由CPU-RST去复位CPU，当CPU收到复位信号以后，CPU的工作条件具备，完成硬启动。此后CPU就可以启动执行BIOS代码了进入软启动过程。系统的BIOS启动代码开始对部件逐一做POST（加电-CPU-ROM-BIOS-System Clock-DMA-64KB-RAM-IRQ-显卡等），POST中显卡是一个分水岭，显卡之前检测的都是核心部件，某一部件出错，就会出现报警音，而显卡之后就是非核心部件了。

    故障处理：因为没有任何报警音，所以故障可以直接定义在硬启动过程。首先，通电测试PCU50各组电源，电压都正常，PG信号输出OK；替换CPU芯片与内存条后故障依旧；测试时钟电路，波形输出都正常；测试南桥芯片对地阻抗，无短路；因为是多层板且南桥有散热片，所以无法测试南桥芯片上表面贴片电容有无短路，中间角电压是否正常，测量IDE口2～9针、11～19针、21～29针、37～39针，对地阻值有600左右且相差不大，基本判定南桥正常；测量内存数据线对地电阻，无穷大，说明北桥虚焊，至此可以确定故障是由于北桥芯片造成的，用维修工作台重焊北桥芯片，系统恢复正常工作。

案例三 印刷机黑屏

故障现象：主机上电后黑屏，没有任何反应，没有报警声。

故障分析：此系统由一套比较老的ROCKET双系统大板组成，通过网线连接构成上、下位机，主机为操作系统，下位机是加工系统，显示部分连接在上位机ISA板卡上。打开机箱通电后，发现上位机没有任何反应，同上例的分析方法，我们基本可以断定问题出在北桥芯片，经仔细观察发现北桥芯片上出现一个小点，酒精清洗后，在放大镜下观察为穿孔，可以确定就是北桥损坏造成的故障。

故障处理：更换北桥芯片，系统恢复正常运行。

补充：为了能保证设备恢复运行，在检查主板并订购北桥芯片的同时，我们找了一块类似的CPU大板准备替代，但是因为此版无法直接加载显示驱动，依然显示不正常。使用家用机集成显卡驱动的植入技术，直接在此大板上植入对应显示芯片驱动，并成功利用此板替换原CPU板，其间使用的软件包括CBROM、AWDFLASH（软件使用不在此详述）。其实，一般主板BIOS里面都包括如下模块：基本系统BIOS、扩展模块、CPU微代码、ACPI管理、EPA LOGO、显卡BIOS，所以当发现工控机主板出现相关问题，并尝试更换相关芯片的时候，可以试着在主板BIOS中植入相关模块尝试一下。但刷新BIOS是很危险的一步，而且很多现役设备工控机都比较古老了，所以非不得已尽量不要尝试，另外需要保证驱动代码和芯片的绝对匹配才行。

   结语

维修人员也许在很多人眼中被视为蓝领阶层，但其实做为一名合格的设备维护工程师，尤其是现代数控自动化设备维护人员需要涵盖的知识面是广泛而深层次的，在日常工作学习中不光需要不断学习日新月异新产品新知识，也需要不断扩展自己的思路，有时候也许往往用最原始最基本的程序或发法就会让问题迎刃而解。