電氣自動化控制設備的可靠性研究分析

摘 要 隨著電氣自動化的廣泛應用，如何進一步加強電氣自動化控制設備的可靠性和安全性，為人們的生產生活提供技術支撐和安全保障，已成為受到廣泛關注的熱點。文章結合我國電控發展的實際情況以及國家電控配電設備質量監督中心的相關規定，討論電氣自動化控制設備可靠性檢測的主要方法和檢測方法的選擇。

關鍵詞 電氣自動化控制設備 可靠性 對策

中圖分類號：O213 文獻標識碼：A

隨著電氣自動化的廣泛應用，控制設備的可靠性問題尤為突出。早在20世紀70年代，我國就創建了電子產品可靠性與環境試驗研究所，開創了研究可靠性增長的先河。1984年創建了全國統一的電子產品可靠性信息交換網，并頒布了GJB299—87《電子設備可靠性預計手冊》，從而有力地推動了我國電子產品可靠性工作。

1 控制設備可靠性研究的重大意義

在無人或很少人參與的情況下，使產品的操作、控制和監視能夠按照之前設定好的計劃或程序自動地運行，這就是運用電氣自動化的意義。

1.1 可靠性可以提高產品質量

產品質量就是要使生產出來的產品能夠實現其價值、滿足各類要求的特質。總的來說，主要的特性包括：可靠性、性能、經濟性和安全性。可以看出，產品的可靠性在產品的質量中占有主導地位。因為只有可靠性高，發生故障的次數就會減少，因此維修的費用也會隨之減少，相對應的安全性也隨之提高。由此可見，產品的可靠性是產品質量的核心，是生產廠家追求的最終目標。

1.2 可靠性可以增加市場份額

隨著國家經濟的高速發展，用戶不僅要求產品性能好，更重要的是要求產品的可靠性水平高。研究發現，只有那些具有高可靠性指標的產品，才能在日益激烈的競爭中得以取勝。隨著電氣自動化控制設備的自動化程度和復雜度越來越高，可靠性技術已成為企業在競爭中獲取市場份額的有力工具。

2 控制設備可靠性現狀

電氣設備的工作環境還有人為的使用不當都是控制設備可靠性指標低的重要原因。同時，氣候條件、機械作用力和電磁干擾都是影響控制設備可靠性的因素。

（1）氣候條件主要包括：溫度、濕度、氣壓、大氣污染等。它們對控制設備的影響主要表現于使電氣性能下降、溫度過高、運動不靈活、結構損壞，甚至癱瘓，不能正常工作。

（2）機械條件是指：電氣設備在不同的運載工具中使用時所受到的振動、沖擊、離心加速度等機械作用，元器件會在這些過程中損壞失效，甚至電參數的改變都能使其損壞，原因還包括結構件斷裂或變性過大以及金屬件的疲勞破壞等。

（3）電磁波存在于控制設備工作的周圍空間，因此會造成設備內部及外部干擾。由于電磁存在干擾，設備工作不穩定，同時輸出噪音增大、不能安全工作都是電磁干擾造成的。同時，操作人員在沒有完全熟悉掌握控制設備的基礎上進行操作，且又不能及時的對設備進行維護和保養。目前生產原件的廠家眾多，質量好壞不一，都導致了控制設備可靠性降低。

（4）某些小企業的管理體系存在缺陷，零部件進廠不能得到有效的檢查。并且由于市場的惡性競爭，使得元器件的價格一直降低，所以很多企業不顧質量進行采購，同樣也使得控制設備的可靠性偏低，使用壽命也大打折扣。

3 可靠性檢測的主要方法

（1）實驗室測試法。在實驗室中，我門可以用一種規定的、可控的工作條件和環境條件來模擬現場的使用條件，使得被測試的設備如同在現場所遇到的環境進行實驗，同時將累計的時間和累計失效數等數據通過數理統計得到可靠性指標，這是一種通過模擬手段來測試可靠性的實驗，這種試驗方法的試驗條件易于控制，所得的數據質量高，所得的試驗結果可以再現、分析，但同時受到試驗條件的限制便很難得到與真實情況相對應的數據，還有就是試驗的費用較昂貴，而且要進行這種試驗一般都需要較多的試品，所以還應考慮到被是產品的生產批量與成本因素，因此這種試驗比較適用于大批量生產的產品。

（2）保證實驗測試法。這種方法是在產品出廠前將產品在規定的條件下進行無故障工作試驗，這就叫做“烤機”，由于我們研究的電控設備通常由大量的原件組成，它發生故障的模式是不以某幾種故障為主的，而是呈現多樣化且隨機的，因此它的失效率具有隨著時間變化的特性。當我們在試驗室內對出廠前的產品進行烤機時，實際上就是對產品的早期失效進行考核，通過檢測對產品進行改進，使失效率達到一定準則后再出廠。這項試驗主要是一種可靠性保證試驗，而且需要的時間長，對大量生產的產品來說它只能用于設備的樣本。但對于量小，大系統生產的產品來說它就可以用于所有的產品。總的來說，這種試驗對電路復雜并且可靠性要求較高，臺數又較少的電控及自動化設備比較適合。

（3）現場測試法。通過對設備在使用現場進行的可靠性測試，記錄其各種可靠性數據，然后根據數理統計方法得出設備可靠性指標的方法。這種方法的特點是試驗需要的設備較少，工作環境真實，其測試所得的數據較能真實反映產品情況。

現場測試法又可分為三種情況：一是在線測試，被測試的設備不停止運行；二是停機測試，被測試的設備停止運行；三是脫機測試，將被測部件從運行現場取出并放到專用的測試裝備上進行測試。從測試技術的角度上來說，后面兩種方法更容易進行各種測試，對于較為復雜的系統來說，往往故障和問題都需要在設備運行時才能發現并定位，所以必須進行在線測試。到底采取哪種方式進行測試，要取決于故障情況和實際是否允許立即停機。

試驗室測試和現場測試最大的區別就是測試的設備難以安裝和鏈接，因為線路板封閉在機箱中，測試信號線很難引入，就算在設備外殼上留有測試插座，測試信號線也需要很長，而傳統的在線仿真器在現場測試中也無法使用。另一方面，現場往往沒有試驗室里的各種測試儀器和設備，因此必須要有更好的方法和手段來完成測試。而如何選擇可靠性測試方法，我們可以從試驗場地、環境、產品和測試程序等幾個方面來推斷。

4 提高元件的可靠性

（1）根據控制設備的特點，采用相應的方法，正確的選擇與使用元器件，同時應注意設備的散熱防護和氣候防護等，這樣便可使整個系統的可靠性提高。在控制設備設計的階段，第一步要做的是研究產品和零部件的生產技術條件，然后再分析出產品的設計參數，接著還要研討產品的性能和使用條件，才能定制出正確且詳細的設計方案；第二步要做的是，定制產品的結構形式和類型。而這個的前提是產量，因為生產批量的規模與產量的大小直接相關，產量不同、生產方式及類型也就不同了，最終導致生產經濟也不同。零部件的設計不但要保證產品的性能，還要用最經濟的生產方法，在滿足產品技術要求的條件下，選擇最經濟合理的原材料和元器件，從而降低產品的生產成本。設計時要全面的構思，要使設計產品的結構精細，且保證操作維修性能和使用性能達到最佳。從生產角度來說，要盡可能使用專業廠家生產的規格相同的零部件和元器件，最好還是要國產貨，不要盲目的追求高精度，應結合實際情況與技術條件相匹配。而且，只要能滿足生產，精度等級要盡可能的低，裝配也要盡可能的簡化，最好是采用流水作業，盡量減少資源浪費。

（2）電子元器件的選用準則。如何選用元器件應根據工作環境的技術條件、技術性能和元器件的質量等級要求，并且還要有足夠的替代品。優先選用標準的元器件，用于生產中的電子元器件都要經過嚴格的篩選，關鍵的元器件在運用前，用戶應向生產方要質量保證認證，在品種、規格、型號和制造廠商的選擇中要擇優而選。同時，為了今后生產更加的順利，要認真記錄元器件使用時的各種數據。同時，因為溫度是影響電子設備可靠性的最大因素，所以做好設備的散熱防護也是十分重要的。在電子設備工作時，它的功率大部分以熱能的形式損失掉，特別是一些耗散功率較大的元器件。另外當外界溫度較高時，熱能難以散發，將使設備溫度過高。在諸多的因素中，潮濕對電子設備的影響是最主要的，特別是在低溫高濕的條件下，空氣濕度達到飽和時就會使機器內元器件、印刷電路板上產生凝露現象，使電器性能下降，出現故障。當電子設備受到潮濕空氣的侵蝕時，會在元器件或材料表面凝聚一層水膜并滲透到材料的內部，從而造成絕緣材料表面電導率增加，使零部件電器短路、漏電或擊穿等現象。潮氣還能引起覆蓋層起泡甚至脫落，使其失去保護，通常要采取灌封、密封等措施來防護。

5 總結

保證電氣設備的可靠性是一個復雜的且涉及廣泛知識領域的系統工程。現而今，電氣自動化控制設備已經在社會上得到廣泛的運用，其中元器件測試方法中的現場可靠性測試方法是現在眾多元器件測試方法中運用最多的方法之一，因此現場可靠性測試方法在自動化控制設備中的作用相當大。就現今來說，提高控制設備的可靠性、提高元器件的可靠性已經成為了一個熱點話題，對于這個問題的研究也已經成為相關學術界的廣泛課題。總的來說，保證電氣設備的可靠性是一個復雜的，并且涉及廣泛知識領域的系統工程。只有在設計上給予充分的重視，采取各種技術措施，同時，在使用過程中按照流程操作、及時保養，才會有滿意的成果。

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