[原创] 以XT1800为例讲述电路检修基础郑振寰 发表于 2010-5-27 17:05 |
PCB1260的电路原理图一共7张。像这类复杂的电路图一般都分为若干张图,这样不仅便于观看,也方便设计者独立思考,最后只不过是个组合罢了,而这个组合往往是绘图软件自动处理的。我个人查看这类电路图一般先从连接器端口开始。因为没有一块板子是独立的,肯定要与其他板子进行联系,无论是电源的输入输出还是信号的采集或者输出,都需要连接器。而这类电路图在画法上大多遵循一组原则,那就是信号的输入采集处理判断为先,信号的处理输出为后,垫底儿的一般是数字处理部分,这套图也不例外。 PCB1260-1这张图上给出了2个连接器,编号为J4和J2以及两组处理判断电路。J4连接的是穿刺单元一侧的样本传感器,J2连接的是采样注射器一侧的样本传感器,那么这张图就是分别针对这两个传感器的接收处理和判断的。下图中红色框部分为穿刺一侧的样本传感器处理电路,蓝色框部分是采样注射器一侧的样本传感器处理电路,那么绿色框部分呢则是给前两个部分用的模拟开关使用的控制调整信号部分。
上眼一看,红框蓝框两部分几乎一模一样,仔细看发现除了电阻电容有些差别外其余完全一样,那么下面我只讲解红色框这部分,捎带蓝色框的不同处就行了。 从上一楼帖子我们知道,J4连接的是穿刺单元一侧的样本传感器,J2连接的是采样注射器一侧的样本传感器,那么这两个传感器什么样子,到底是干什么的呢?还真有必要说说,因为在XT系列手册的不同地方,对这两个传感器的叫法不同,8年前第一次见这个手册的时候差点没把我搞糊涂,以为说的是不同的传感器,还奇怪怎么用了这么多同样功能的传感器呢?后来才知道原来是叫法不同。 这是这两个传感器的位置示意图和照片。分血阀正上方的是Blood Sensor PUMP采样注射器一侧的样本传感器,这张图上叫做Blood AspirationSensor Rear后血液吸引传感器,在手册的另一些部分叫做BLOOD ASP SENSOR血液吸引传感器。这个传感器的功能是无论穿刺还是手工进样,血液样本经过分血阀后一定要通过这个传感器检测,判断血液样本是否存在后再进行下一步作业,如果没有样本通过则报样本吸取错误,意思是样本不足,即便做出结果来也全部是提示符号。
分血阀左下侧的传感器是Blood Sensor CP穿刺台一侧的样本传感器,这张图上叫Blood Aspiration Sensor Front前血液吸引传感器,在手册的另一些地方叫做SAMPLE SENSOR样本传感器。功能是穿刺采样后,血液一定先进过这个传感器,通过判断后再进行下一步作业,这个传感器没有探测到样本通过,则机器停止并报错,没必要再坐下去了,没样本了还做什么呢?这个通过后,在通过后传感器,两个传感器的组合判断,可以判读出很多问题来。只有两个传感器都有血液存在的时候,机器才认为是合适的采样量,前传感器有,后传感器没有或者后传感器有,前传感器又没有了,那就判断为样本不足,等等。手工进样不进行前传感器判断。 从J2和J4上来看,都是8脚的连接器只用了6个脚,而在手册的零件图上明确标示了发射端和接收端都为三引线,据此判断发射部分正极接电源12V串接了1K的限流电阻,据此计算发射管的电流为12mA最大。这里要指出的是,电路图上没有特殊标明的电阻功率均为1/4W,这个1K电阻特别标明了是1/8W,也就告诉我们这是限流电阻,由于发射管的损坏等等原因使电流超过12mA的话,这个电阻首先将会被烧坏,这也就是我们经常见到板子上的电阻冒烟了,其实就是电流过大了,但可以肯定不是因为这个电阻坏了,而是其他地方有问题,所有很多人电话询问电阻冒烟儿换上新的怎么还冒烟儿呢?怎么还不好呢? 这个发射管好像并不是直接接地的,而是通过控制端控制的。接收管既有12V也有地,还有输出端,想必是带有图腾柱输出的三端接收管。根据手册上的介绍我们知道了原理框图:
从框图上,接收管的信号被分成两个部分,一部分直接送给两个比较器进行比较然后输出,图中那几个三角带黑头的是比较器的意思,大多数欧洲国家都这么标注示意,日本属于脱亚入欧的,因此采用类似的标注。接收管的另一部分经过三个放大器送给一个模拟开关然后送给NPN的三极管去控制发射管的工作与否。同时也通过了两个比较器输出一个吸样错误的信号。我们再来看电路图,经过上面的分析我们得知,J2、J4的5脚为接收管的输出,6脚为发射管的控制。先从5脚说起。 根据样本传感器的原理我们知道其实就是个光耦,那么同行的光耦输出为没有阻挡的时候为0V或者低电平,有阻挡的时候为分压电源或者高电平,这个也不例外,只不过是三线接收端,没有阻挡也就是没有血液通过的时候为接地状态0v,低电平,有血液通过或者发光管没有工作的状态下为输出高电平,这个电平是接收管内部已经处理好的接近5V或者12V的一个高电平。下面看这个部分: J4的5脚连接到M5电路LM324的10脚上,之前与一个C26电容连接,目的是消除可能产生的交流信号。然后是三个电阻串接在12V和地之间作为分压使用,之所以要分压是因为要为后面的比较器用。我们先说这个分压:三个电阻分了两段电压两种情况。首先当传感器输出信号为0V时(无血液通过时),红圈处的输入电压没有,那么只靠R16--120K,R56--2.7K,R57--8.2K分压得到的电压就是红圈处的电压也就是给M5第10脚的电压。此处的计算为串联电阻为R16,并联电阻为R56+R57,输入电压为12V,那么红圈处的分压为12*120000/(2700+8200)=0.999V也就是1V;当传感器输出信号为高电平时(有血液通过或者发光管没有工作时),红圈处的电压就是输出电压,因为高电平肯定大于1V了,M5的第10脚也就是直接是这个高电平了。再说第二个分压,也就是蓝圈处。当传感器输出为0V时,这点的分压相当于电压为12V,串接电阻为R16+R56,并联电阻为R57,那么分压值为0.752V,这个送到下面的比较器用,V空=0.752V。当传感器输出为高电平时,这点的电压时多少呢?我们首先要知道这个高电平是多少。一般很少有用12V的,多为5V或者10V或者这两个电压的90%,这是常规设计这么做,我没有具体量过,假设这个高电平为9V吧,那么红圈处电压为9V,R16的分压已经没用了。蓝圈的分压计算实际上是电压为9V,串接电阻为R56,并接电阻为R57,那么这个分压值就为6.771V,我们称为V血=6.771V。这个部分就算说完了,能理解吗?
蓝圈处经过分压后,送给后面的比较器电路: 这个4比较器中的2组,都是反相输入端接参比电压,同相输入端接比较信号,也就是蓝圈处过来的信号。M13A比较器第6脚经过R71、R100、R101和R102分压后为6.044V,也就是6V,M12B比较器的4脚进过R103、R104、R105和R106分压后为2.476V。比较器的动作是当+端高于-端时,输出截止,相当于开路,当-端高于+端时输出饱和,相当于接地。M13A和M13B的输出都接有一个经过限流的发光管。根据前面的计算和假设,当传感器没有检测到血液时,5、7脚电压就应该是V空=0.752V,那么,那么4、6脚的电压都高于这个V空,两个输出都为接地,也就是说D17和D18都是点亮的。这两个发光管在前面的解释中也告诉我们一个是高电平,一个是低电平指示,也与参比电压6V和2.457V相吻合。当传感器检测到血液时,5、7脚电压为V血=6.771V,均高于4、6脚的参比电压,输出为开路高电平,D17和D18熄灭。那么同样的分析也可以运用到样本注射器一侧的样本传感器电路中。两个比较器的信号被命名为BLOOD-F1和BLOOD-F2,箭头表示信号方向,向外表示信号是发送出去的,后面的5表示这个信号的去向到1260电路原理图的第5张查找。从第5张图我们知道这些信号到了M33电路里面,这个后面再说。
再返回去看传感器输出信号从M5 LM324第10脚分叉处接着分析。 LM324第10脚的信号经过M5C、M5B、M5A放大之后输入到模拟开关M12A中,模拟开关MC14066根据datasheet得知其结构和逻辑关系如下:
逻辑关系中控制端=0,也就是接地,开关模式为OFF,也就是关闭状态,开关导通;控制端接高电平=1时,开关模式为ON,也就是打开状态,开关不导通。那么这个控制信号是谁给的呢?也是第5张图中的M33中BLOOD-ASP-ADJUST/信号给的,后面再讲。BLOOD-ASP-ADJUST为高电平时,电子晶体管TR7导通接地,ADJUST-ON信号为低电平,而MC14066的控制端需要低电平才能导通开关。M21A导通后放大的信号经过R70送给TR2,TR2是个NPN的三极管,高电平才导通,只有这样才能使发光管工作。同样放大信号给了M12B,经过M5D送给M13C和M13D两个比较器,注意这两个比较器的接法,一个接反相输入,一个接同相输入,参比电压分别是M13C-9是8.034V,M13D-10是1.036V,这组放大后信号一定要在1-8V之间,否则D16就会被点亮,BLOOD-F-ERR血液吸引错误就会产生。借此判断发光管是否工作,而且在传感器工作时判断是否有气泡,而这一切都是通过BLOOD-ASP-ADJUST信号发出后开始进行判读的。
总结: 两个血液吸引传感器如何判断是否正常?(回答不代表检查顺序) 1、START开关按下后,监测M12的13/5/6/12这四个脚的任意一个脚,应该为低电平,否则为前级TR7或M33问题。同时R69\R70两端均为高电平,否则M12问题;同时J2和J4的第6脚电压应该小于2.5V,表示发光管已经工作,否则TR1或TR2或发光管问题; 2、两个传感器没有血液通过时,TP1和TP2电平为低,有血液通过时电平为高,否则为1、中的问题或接收管损坏; 3、当两个传感器没有血液通过时,D14\D15\D17\D18这4个发光管全部点亮,有血液通过传感器时,这4个发光管分别按照通过时序熄灭,否则检查1、2、和M11相关的电路。 4、当确认两个传感器没有气泡通过时,D13/D16发光管熄灭,否则检查1、2、3、和放大器、比较器电路。 PCB1260-2这张图给出了5个温度传感器监测电路和三个加热器的控制电路,由于前5路和后3路电路完全相同,因此以试剂加热器和温度传感器为例介绍一下:
5个温度传感器的连接器是J5。下图是试剂温度传感器的检测电路: THM-HEAT是从J5来的传感器信号,而TMP-REF这个温度参比电压时从第3张图来的,我们先看一下这个TMP-REF是怎么来的,不然没法分析下去了。
这是2个A/D转换器的电路,所有的监测信号都在这里进行数模转换,这两个转换器的型号是ADC0848CCV,它们的参比电压来源是通过1K的电阻分压限流与可调整稳压器TL431CLP配合产生10V的转换器参比电压。这个TL431CLP控制端有两个相同的22K的电阻分压,然后送到M14B里1:1输出为TMP-REF,我们由此得知TMP-REF为5V。
上面的TMP-REF信号和THM-HEAT与M7A组成了一个典型的温度探测电路,温度传感器每摄氏度电压变化为几个毫伏,M7A形成一个直流同相放大,THM-HEAT信号与M7A输出成线性,当THM-HEAT断开没有信号输入时,M7A的输入端电压就是TMP-REF的5V,那么这时M7A的输出端肯定大于5V了。 M7A的输出连接R36,R37及M7B的反相输入端,与下面的TMP-REF连接的R39,R39及M7B的同相输入端共同组成了减法电路,M7B的输出端电压为大约3.9倍的M7A输出电压,并经过R35限流后提交给A/D转换器,称为TMP-HEAT 3,同时也提供TP8测试点。这个温度信号经过A/D转换后才能被处理器识别判断现在到底是多少度,TP8则给出一个模拟量的信号监测,借以判断前级电路是否有问题,传感器是否有问题,还是A/D转换器转换错误。 TMP-REF的5V电压经过R117和R118组成的分压电路送给比较器M16A的同相输入端,M7A的输出端接M16A的反相输入端,从常理讲,反相输入端在加热器有些的加热范围内是不会超过同相输入端电压的,M16A的输入一直是高电平。但除非加热器失灵,控制失灵,升高的很高或者传感器干脆断线,那么反相输入端的电压降远远高于同相输入端,M16A输出为低,D22将会被点亮,同时输出THM2-BREAK低电平信号通知处理器该温度传感器故障。这个THM2-BREAK信号也是送给第5张图的M33。 这是试剂温度传感器的电路说明,其余的4个温度传感器几乎完全一样,照此推理便是。 三个加热器的控制也是完全一样的,还是以试剂加热器为例: 控制试剂加热器的HEAT-PORT信号也来自M33,这是一个低电平信号,同时点亮D27 LED,这个信号通过M24A反相器把低电平变为高电平提供给TR3,N沟道MOS功率管,TR3打开后,将J8的24V与J10的加热器和地之间形成回路,加热器就工作了。
总结:以试剂加热和温度探测为例 1、温度传感器是否损坏的简单判断:拔下传感器插头,手捂住传感器,测量电阻,会逐渐发生阻值变化。插上插头,如果万用表4位以上的话,检测M7A同相输入端,手捂住传感器或者给传感器降温,会监测到电压的毫伏级逐渐上升或者下降。然后分级监测M7A输出和M7B的输出是否同比同级增加减少,否则即为前面两级放大器电路问题。 2、通过屏幕显示的温度值与TP8实测的电压值判断A/D转换是否存在问题,可以参考其他的温度监测(比如反应池加热温度监测,这两组温度都在30-40度之间,电压值比较接近),当显示温度报错,温度离谱而电压却正常时,判断A/D转换器损坏。 3、当报告传感器断线错误时,按照1、判断是否传感器真的有故障,否则检查比较器和放大器电路。 4、当温度报错,屏幕屏幕显示温度几乎没有变化时,首先检查2、和加热器是否工作。观察D27是否点亮,没有点亮则检查M33输出的HEAT-PORT信号是否有问题。然后检查M24是否反相,否则M24损坏。接着检查J10连接器的4脚对地电压,应该远远低于24V,这表示加热器工作了,若为24V不变,则加热器断路。 PCB1260-3给出了24个传感器通断信号的检测判断,5个压力传感器的电路及A/D转换电路。 J26接收来自处理板的控制信号,为了防止驱动板故障导致处理板损坏,因此所有来自处理板和发送给处理板的信号都进行了隔离处理,采用的是PC910光电隔离开关,也就是我们常见的固态光耦。而这个J26来自处理板的信号是由一个SM0006的芯片发出的,这个芯片是SYSEMX 0006的专用特制芯片,市场无从购买,也无法判断好坏,当一切证据指向这个芯片时,那就只能换板了。这里不做表述。 下图就是J26极其几个信号的光电隔离电路:
由图中得知,PC910光电开关是带控制端的,但控制端总是接电源,也就是接高,那么J26来的信号为低电平时输出为低,信号为高电平时输出为高。而J26来的高电平信号才能点亮发射管,光电开关才打开。由此起到隔离作用。这个信号经过M47反相后生成控制信号给M33。PCB1260-3给出了2个这样的信号,分别是SICK/-in和LOD/-in,这两个信号不仅给了第5张图的M33,还给了后面的M1、M2、M3这三个并行寄存器当做轮询/读取信号和时钟变换信号。这三个并行寄存器一共挂接了24个传感器的信号,包括穿刺单元的所有光耦信号,试剂传感器的光耦信号,试管、血液探测错误等信号还有仓门开关START开关等信号。当LOD/-in信号为低时,后面的处理开始读取这些传感器信号,并且LOD/-in为高时,寄存器位置下移一个,这个如此反复使24路信号在极短的时间迅速被处理器轮询一遍,各个传感器的状态也就知道了。这个状态信号由M1的输出端9脚产生SIN-信号提交给J26,在处理板上进行隔离后交给SM0006处理。下图就是这个寄存器电路部分。 5个压力传感器都采用了XFPM系列,也就是自带放大输出的直插式压力传感器,后面的数字表示量程,M表示兆帕,K表示千帕,5个传感器型号不同,量程不同,虽然大小模样一样,这与很多监护设备上的传感器类似,也比较好买。由于采用了自带放大器的结构,所以外围电路极其简单,直接产生了5个压力监测值,分别标注为2.2K,1.6K,0.7K,300mm和400mm,这些监测值直接送给A/D转换器进行模数转换。由于需要进行5个温度值5个压力值的转换,因此一个8路8位的转换器ADC0848CCV无法独自完成工作,好在这个转换器不贵,因此设计者设计了2个,第二个空余了很多通道没用。这个转换器内部自带多路复用器。
至于判断传感器的好坏很简单,把传感器接上注射器,测量传感器的2脚对地电压,由于自带放大器,2脚电压在注射器抽或者拉的配合下会出现最少100mv以上的电压变化,甚至有几伏的变化。注意的是,注射器的抽拉不要太用力,一旦超过传感器量程太多可能会损坏传感器。只要出现这个电压明显变化的情况,就可以断定传感器没有问题,结合监测屏幕的压力显示可以判断是否为A/D转换器损坏。
上图还给了一个用7805把12V变换成5V的电路,这个我没明白为什么,因为1260板子上有电源过来的5V,不知道它为什么还要自己变换一个,暂时不管它,也许是走线走不过来,就近造一个吧,以前设计的时候我也这么干过。 这是9个试剂传感器光耦的信号来源J27,当然只用到了其中的5个传感器,外接试剂箱的传感器是选件。这组电路很简单,经过提拉电阻和限流电阻以及滤波之后交给M33和上面的并行寄存器进行处理去了。5个机内试剂传感器带有指示灯,当传感器没有液体通过时指示灯就会点亮。这个判断也不用说,很简单了。 PCB1260-4主要是电磁阀驱动电路图
上图给出了J9、J11、J13、J16、J18这五个电磁阀连接器的阀号接口,一共控制51个电磁阀,J7连接外接压缩机PU17,控制压缩机启动或者休眠,这个PU-ON信号也是电磁阀驱动电路给出的。J21是M33发出的4个LED指示灯的控制端。
电磁阀的驱动电路用的是M54972,这是串行控制8路输出的,用了6个,控制48路,其余8组是M33直接控制TD62064来实现的。上图就是6个M54972的电路图。串行接口来自J26的处理板信号,也是来自那个SM0006专用芯片的。一共4组信号,分别是SLO2、SLO4、SLO6、SLO8和SERIAL-IO-IN、CLOCK-IO-IN、LATCH-IO-IN、EN-IO-IN这4组信号两两配对连接PC910光耦隔离,通过这配对的两个信号高低变化来决定PC910的导通状态,经过反相器M45从而产生4路控制信号给M54972的时钟、串行输入、有效控制、锁定输入,通过这4路的信号来控制6个M54972的48路信号输出,并且这4路串行信号也提供给M33进行下一步的判断。
6个M54972控制了46个电磁阀和一个压缩机控制信号PU-ON以及BLOOD-CHG信号。每路输出都带有外接的续流二极管,这些二极管和M54972本身常有损坏报道。 SV47-52这6个电磁阀及两个直流马达(反应池搅拌马达)的控制信号DCM1-ON和DCM2-ON,但只用了一路。这些控制信号直接来自M33,驱动芯片采用的是TD62064P,常见的4路驱动芯片,下图是电路图:
对于这个部分的总结比较简单,8个驱动芯片损坏率较高,甚至有因为电磁阀线圈短路而炸毁的情况出现,但多数是1路驱动受损(一个电磁阀不受控),但也要整个芯片更换的。
PCB1260-6这张图描述的是8个步进马达的驱动电路图。 8个马达分为3种控制形式,分别为可调整电流型、固定电流型和固定电压型。 8个马达的数字控制信号来自处理板转接的微处理器板的CPLD发出的信号,这里不做解释。这些控制信号通过J20,经过一系列的RC电路之后送给各自的驱动电路,STM-EN单路马达有效信号是要通过反相器送出的。下图就是这个部分:
STM1光学鞘流注射器的马达驱动是一个可调整的电流型驱动电路,因为这个注射器需要变速运行,计数时速度慢,冲洗或者下拉时速度快。采用的驱动芯片是STK6712BMK4,在这个芯片的9、11和5脚之间通过电阻进行参比电流的控制,这里给出了一个SEATH-CURRENT-UP信号来控制TR8,从而改变电阻值,也就改变了参比电流的大小,也就改变的步进速度。STM1-A/B信号(6线步进马达4路控制信号)通过M31把数字控制信号提供给M44,STM-EN信号提供给M31的OC端使STM1-A/B信号成正向关系送给马达驱动芯片M44。下图就是这个部分:
STM2是冲洗块的马达,它的驱动是固定电流型的,与STM1大体类似,只是没有TR8切换电阻改变参比电流的电路了,它的参比电流是固定的。因为不需要变速。
与之完全一样的固定电流驱动电路还有STM6:自动进样架移动马达;STM7:自动进样架拖出马达;STM8:自动进样架载入马达。
而STM3:穿刺混匀机械手马达;STM4:RBC鞘流计数注射器马达;STM5:样本吸引注射器马达;采用的是固定电压驱动型,驱动芯片采用的是电磁阀驱动一样的芯片TD62064P,直接输出24V电压。 本张的总结:
1、步进马达极少损坏,由于相同马达较多,所以替换检查是个很好的办法。至于步进马达如何检查好坏,查询以前的帖子。 2、光学鞘流注射器马达STM1和RBC鞘流计数注射器马达STM2问题较多,大部分在电路上。一般是参比电路中的电阻阻值发生改变导致驱动电流不够,形成噪音异响或者干脆拉不动,在STM1中我也修过几次不变速的情况,都与这些驱动电路有关,而驱动芯片本身损坏概率也很高,不过,这个芯片STK6712BMK4是厚膜电路,购买的时候稍微有些难度,但毕竟是标准产品,还是能买到的。
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