信号线断故障原因何在？

tjadmin 行业动态 2025-11-24 1

信号线断路故障概述

什么是信号线断路？ 信号线断路指导体（通常是铜芯）在物理上发生断裂，导致信号（电压、电流、数据等）无法从发送端完整、准确地传输到接收端，这不同于“信号干扰”（噪声）或“信号衰减”（信号减弱），它是一个物理连接的完全或部分失效。

主要危害

（图片来源网络，侵删）

功能完全失效： 传感器无读数、执行器不动作、通信中断。
数据错误： 在数字信号中，断路可能导致高电平或低电平的“悬空”状态，被接收端误判，引发逻辑错误。
设备误动作： 控制系统接收到错误的信号，可能导致设备启动、停止或运行在非预期状态，引发安全事故。
系统不稳定： 间歇性断路会导致系统时好时坏，难以排查。

信号线断路的主要原因分析

了解原因有助于从源头上预防,断路通常发生在以下位置：

机械应力（最常见的原因）

反复弯折/扭曲： 电缆在连接器、线槽或设备入口处，因设备移动、振动或人为拖拽，导致线芯在弯折点疲劳断裂，常见于手持设备、机器人手臂、频繁插拔的设备。
拉伸/拉扯： 电缆被过度拉扯，导致线芯内部断裂或连接器脱焊。
挤压/压迫： 电缆被重物碾压、门夹或压在尖锐物体上，导致绝缘层和线芯同时被压断。
磨损/刮擦： 电缆与粗糙表面（如金属边缘、混凝土）长期摩擦，导致绝缘层破损，进而线芯在磨损处断裂。

环境因素

极端温度： 高温会使绝缘材料老化变脆，低温会使材料变硬，都增加了线芯在弯折处断裂的风险，温度剧烈变化还会导致热胀冷缩，加速连接点的松动。
潮湿/腐蚀： 潮气或液体侵入连接器或电缆接头，导致铜芯氧化、腐蚀，截面减小，最终在电流或振动下断裂。
化学物质： 酸、碱、油等腐蚀性物质会直接侵蚀电缆绝缘层和线芯。
紫外线（UV）辐射： 对于非抗UV电缆，长期暴露在阳光下会使塑料外皮变脆、开裂。

制造与安装缺陷

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线缆本身质量差： 线芯过细、材质不纯、绝缘层厚度不足。
连接器压接/焊接不良： 线芯与连接器（如端子、水晶头）的连接点虚接、压接不牢或焊接点有裂纹，这是非常隐蔽的故障点，初期可能工作正常，但受到轻微振动或温度变化后就会断开。
布线不当： 电缆被过度弯折（小于最小弯曲半径）、打死结，或被夹在固定结构中，长期承受应力。
端子排/接线端子松动： 螺丝未拧紧，导致接触电阻增大，发热，久而久之会烧蚀或导致线芯脱落。

老化与疲劳

自然老化： 电缆超过其设计使用寿命，绝缘材料失去弹性，线芯失去韧性。
热疲劳： 在温度循环频繁的环境中，不同材料的热胀冷缩系数不同，导致连接点处产生应力，最终断裂。

系统化的故障诊断流程

当怀疑信号线断路时,应遵循“先外后内、先简后繁、分段排查”的原则。

初步检查与信息收集

故障现象确认：
- 故障是突然发生还是逐渐出现的？
- 是持续性的还是间歇性的？
- 故障发生时,设备或系统是否有异常动作、声音或气味？
目视检查：
- 检查电缆路径： 沿着电缆的整个走线路径，仔细查看是否有明显的挤压、磨损、切割、烫伤或动物啃咬的痕迹。
- 检查连接器： 检查设备端和端子排端的连接器是否松动、脱落、腐蚀或脏污，拔下再重新插一次，看是否能恢复。
- 检查电缆本身： 观察电缆外皮是否有裂纹、变硬、变色的老化迹象。

工具测量与分段排查

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如果目视检查未发现问题,需要使用工具进行深入检测。

工具准备： 万用表、（可选）电缆测试仪、兆欧表（摇表）。

步骤1：在设备端和端子排端测量通断

断开两端连接： 将信号线从设备（如PLC输入模块、传感器）和端子排上断开。
使用万用表“通断档”（蜂鸣档）：
- 将一支表笔接电缆一端的线芯,另一支表笔接同一根电缆另一端的对应线芯。
- 如果蜂鸣器响，电阻接近0Ω： 说明该线缆的物理通路是好的，断路点可能在设备内部或端子排上。
- 如果蜂鸣器不响，电阻显示为无穷大（OL）： 确认该信号线存在断路。

步骤2：分段定位断路点 当确认线缆断开后，需要找到具体的断点位置，这对于修复至关重要。

方法A：二分法（推荐）
1. 在电缆长度的中间位置,小心地剥开一小段外皮，露出线芯。
2. 使用万用表分别测量中间点到两端的通断。
3. 找出与断路端不通的那一段。
4. 对这段“可疑”的电缆，再取其中间点进行测量，重复上述过程，像查字典一样快速缩小范围，直到找到精确的断点。
方法B：电阻法
1. 将断路电缆的一端所有线芯短接在一起。
2. 用万用表测量另一端每一根线芯与短接点之间的电阻。
3. 电阻为无穷大的那一根,就是断路线。
4. 注意： 此方法只能找到断路的线，无法精确定位断点位置。

步骤3：区分“完全断路”与“间歇性断路”

完全断路： 电阻始终为无穷大。
间歇性断路： 电阻值在无穷大和某个较小值之间跳动，这种情况通常需要晃动、弯曲电缆才能复现故障，是定位最难的一种，耐心地分段弯折可疑部位，同时观察万用表读数变化是关键。

步骤4：检查绝缘性能（可选）

使用兆欧表（摇表）测量线芯与线芯之间、线芯与屏蔽层/大地之间的绝缘电阻。
如果绝缘电阻很低（如低于1MΩ），说明电缆存在对地短路或线间短路，即使通断测试正常，也会导致信号异常。

故障修复与预防措施

修复方法

最佳修复：更换整根电缆。
- 优点： 最可靠，能彻底消除隐患，保证信号传输质量。
- 缺点： 成本较高，有时布线困难。
应急修复：连接断点。
- 对于单根线芯断裂： 找到断点后，剪除断裂部分，使用防水接线盒或中间连接器进行连接，确保连接牢固、绝缘良好。
- 对于内部线芯断裂： 如果断点靠近连接器，可以剪断电缆，重新压接或焊接新的连接器。
- 绝对禁止： 仅用绝缘胶带包裹，不进行可靠的电气连接，这种方法不可靠，容易再次故障。

预防措施

选型：
- 根据环境选择合适的电缆,如抗拉扯、抗弯折、耐油、耐候、耐高温的柔性电缆或拖链电缆。
- 选择带有屏蔽层的电缆，以抵抗电磁干扰。
- 确保电缆有足够的截面积以承载电流，并考虑电压降。
安装与布线：
- 预留足够长度： 避免电缆被拉直。
- 使用合适的线槽/拖链： 保护电缆免受机械损伤，并允许移动，确保拖链的弯曲半径大于电缆的最小弯曲半径。
- 避免打死结： 所有弯曲都应平滑过渡。
- 固定牢固： 使用合适的电缆夹固定电缆，但固定点不宜过密，要允许电缆有轻微的热胀冷缩空间。
- 远离热源和干扰源： 与动力线、变频器等保持安全距离。
日常维护：
- 定期检查电缆和连接器的状态。
- 对于移动设备,注意检查其电缆入口处的磨损情况。
- 建立设备档案,记录电缆更换周期，进行预防性更换。

案例分析

案例：自动化生产线上的气缸位置传感器信号丢失

现象： 某个气缸的磁性位置传感器信号突然丢失，PLC无法检测气缸位置，导致程序停机。
排查过程：
1. 目视检查： 该气缸在高速往复运动，其传感器连接线跟随气缸移动，并被布置在拖链内，发现拖链内有一处电缆有明显的压扁痕迹。
2. 断开测量： 在PLC输入模块和传感器端断开信号线，用万用表测量通断，确认断路。
3. 分段定位： 采用二分法，从拖链中间断开测量，快速定位到压扁痕迹处即为断点。
原因分析： 拖链内掉入了一个小金属碎屑，长期往复运动后，碎屑不断挤压电缆，导致内部线芯疲劳断裂。
解决方案： 清理拖链，更换受损电缆，并建议在此处增加一个额外的电缆固定夹，防止电缆在拖链底部过度堆积。
预防措施： 定期清理拖链，检查拖链内是否有异物；对于高频往复运动的设备，建议使用更高柔韧性和更耐磨的专用拖链电缆。