實驗室電氣自動化設備可靠性淺析

崔城誠，宋長友

（中國船舶科學研究中心，江蘇無錫 214082）

0 引言

目前實驗室中數據采集、試驗工況的實現，多數應用了電氣自動化設備。一些裝置或系統暫時未實現電氣化、自動化，但是相應的論證及研制工作已經普遍開展。因為智慧院所相關工作的推進，實驗室電氣自動化設備之間數據通信、協同作業相關的工作正在有條不紊地進行。整體上實驗室電氣自動化程度越來越高，且互相之間的聯系越來越緊密，但其存在可靠性方面的問題逐漸凸顯。可靠性是指設備、系統在一定時間內、一定條件下無故障地執行指定功能的能力或可能性。實驗室的電氣自動化設備因故障至其運行異常，影響試驗質量及效率，必須得到重視。

1 影響實驗室電氣自動化設備可靠性的主要因素

1.1 實驗室工作環境

實驗室有其特有的工作環境，不同位置工作環境不相同，同一位置、不同的試驗工況下，工作環境也不相同。設備環境適應能力達不到工作環境的要求，對可靠性有較大的不良影響。比如某國際品牌電機驅動器質量性能優良，但安裝位置濕度大，超出其環境適應能力，導致故障率高。某新研調速裝置在工廠測試性能穩定，安裝到具體環境后故障頻出，因現場電磁環境、機械環境等與工廠都不相同。

1.2 部分元器件質量差

實驗室電氣自動化設備多由各種不同廠家生產的元件組成，其中的伺服控制器、PLC 等部件往往選用國際知名產品，質量過硬，而對接插件、緊固件、接近開關等元器件或多或少存在關注度偏低、質量把關不嚴等問題。一些廠家為降低成本，選型采購部分質量較差的元器件；日常檢修維護時，一些未經過嚴格檢驗的元器件也會安裝到電路中。若使用質量不達標的元器件，容易損壞而導致故障。

1.3 部分設備線纜的制造安裝不到位

實驗室中由于虛焊、接頭固定不牢、線纜布置固定不規范等原因，導致設備運行異常的情況屢見不鮮，部分故障時隱時現。實踐中這類故障排查起來費時費力，又與設備線纜施工質量關系密切，既包括新設備的制造安裝，也包括日常檢修維護的施工質量。

1.4 設備檢修維護方法單一落后

目前實驗室中的維修保養以事后維修、定期維保為主。事后維修避免了過分修理，但故障可能導致其他元件損壞或性能下降，從而使得可靠性下降。定期維保是機械以相應規章制度為依據的固定周期、固定流程的維保。這種模式適合機械、電氣單一的結構模式，對應故障率模型是浴盆模型。而現階段的設備是多技術融合體，故障率曲線也不相同，將基于浴盆曲線的定期維修運用到所有設備上并不合理，定期維保可能導致維修過剩或維修不足。維修過剩會把故障引入到本應穩定的系統，維修不足則導致固有可靠性下降。

1.5 設備相關管理

設備從驗收交付到報廢全過程，無不涉及到設備的管理，涉及設備的驗收管理、培訓管理、維護使用管理等。實踐證明任一環節管理不到位，都會導致不良后果，影響設備的可靠性。如培訓管理不到位，導致維護能力不夠，從而不能維持設備固有可靠性。

2 提升電氣自動化設備可靠性的措施

通過對影響實驗室中電氣自動化設備可靠性的主要因素分析，并結合相關文獻的學習提出以下措施。

2.1 設計提升可靠性

設計任務書應明確設備的工作環境，如氣候環境、機械環境、電磁環境、電源質量等，通過選型、必要的環境防護設計、電磁兼容性設計、電氣保護電路等手段，確保設備可適應工作環境。元器件選擇質量處列出的合格供貨方提供的產品，在滿足使用要求的前提下應簡化設計，減少元件種類數量，盡可能實現元件、組件的標準化、通用化。有標準規范可依的，應依據相應標準規范設計，確保設計質量。

2.2 嚴格驗收并規范施工

控制柜等加工件需在質量處列出的合格供貨方制造，按照圖紙、技術文件的要求及相應的行業標準嚴格驗收。電纜、接插件等采購件須查驗合格證等出廠文件，進行必要的外觀及性能驗收。現場施工人員需具備必要資質，實驗室相關人員應現場技術監督，確保施工嚴格按照相應的標準規范進行，并通過現場學習培訓掌握必要的施工技術，確保實驗室內部維保時的施工質量。

2.3 開展狀態檢修技術的研究及應用

狀態檢修根據狀態監測和診斷技術提供的設備狀態信息，判斷設備有無異常，預知設備故障，根據其健康狀態安排檢修計劃并實施。其可有效減少事后維修，且能避免定期檢修存在的維修不足和維修過剩。狀態檢測和故障診斷技術是實施狀態檢修的前提，實驗室在傳感器技術、信號分析處理、虛擬儀器開發等方面具有豐富技術及經驗儲備，為狀態維修技術的研究及應用提供了有力保障。同時狀態檢修是系統工程，需建立管理體制、保障體系等規范來實現設備的狀態檢修，實驗室應根據輕重緩急逐步開展各項工作。

2.4 設備壽命周期內管理規范化

設備功能性能驗收、隨機附件及資料驗收、培訓、日常使用維護管理等每一個環節都影響設備的可靠性，實現設備管理的標準化、規范化，可以確保每個環節的質量。同時在實踐中應該對已有的標準及規范進行優化及必要的簡化，避免不必要的資源投入，從而更好地保持設備的固有可靠性。

3 可靠性提升實例

實驗室開展的提升設備可靠性的部分實例如下：

3.1 某機構伺服電機系統改造

某機構伺服電機系統的驅動器經常故障，分析認為該型驅動器為追求小型化，結構過于緊湊，導致其不能適應濕度較大的潮濕環境。采用提高通電頻次、增加除濕設備的方式，降低了其故障率，但未解決根本問題。于是更換適應潮濕環境的伺服驅動器，同時增加對潮濕環境的通風換氣后，運行穩定可靠。

3.2 熱線探針維保使用規范化管理

熱線風速儀為自動化測試設備，其核心部件熱線探針損壞率高，分析原因有：存放點溫度和濕度不穩定導致探針熱絲結露，人員操作不當。通過配置恒溫恒濕柜放置熱線探針，同時制定熱線探針使用維護操作規程，培訓指定維保使用人員，有效降低了熱線探針的損壞率。

4 結語

為確保電氣自動化設備運行的可靠性，實驗室必須充分重視并且積極作為。設備的可靠性首先是設計出來的，一旦制造完成，其固有可靠性就確定了，只能通過日常維保盡可能地保持其固有可靠性。實驗室人員應在實踐中不斷學習、總結、探索，為實驗室的可靠運行貢獻力量。