电气自动化控制设备的可靠性评析

电气自动化控制设备的可靠性评析

张红涛

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摘要：随着现代科技的发展，电气自动化控制设备应用越来越广泛，给人们的工作与生活带来了极大的便利，改善了人们的生活品质，提高了工作效率，对经济的发展起到了极大的促进作用。目前电气自动化已经成为现代社会发展重要标志，对电气自动化控制设备可靠性的研究具有非常重要的意义。

关键词：电气自动化；控制设备；可靠性；测试；方法

电气自动化控制设备的可靠性是减少操作故障，提高设备的安全性的基本要求，可以实现无人操作或减少操作人员，提高工作效率，改善人们的生活品质，为企业创造更高的经济效益，因此，必须有效提高电气自动化控制设备的可靠性。在实际应用中，影响电气自动化设备可靠性的因素很多，随着自动化水平的提高，对于可靠性的问题越来越受到人们的关注，本文对此将作简要分析。

一、电气控制设备可靠性分析的测试方法和内容

1、实验室测试法。

此种测试方法是通过可靠性模拟进行测试，利用符合规定的可控工作条件及环境对设备运行现场使用条件进行模拟，以便实现以最接近设备运行现场所遇到的环境应力对设备进行检测，统计时间及失效总数等相关数据，从而得出被检测设备可靠性指标。此种可靠性测试方法的优势在于：实验条件容易掌控、所获取的试验数据质量较高、实验结果可以再现等；不足之处主要体现在：进行实验室测试法所需要的实验费用较高、实验条件受到限制、需要试品数量大以及实验结果受到产品批量及成本因素影响等。因此，此种测试方法更适用于生产批量较大的产品。

2、现场测试法

现场可靠性测试方法是当前电气自动化控制设备可靠性测试中一种常用的方法，通过现场测试对相关的数据进行收集和整理，同时做出系统的分析，以此来作为可靠性评估的依据。现场测试法的优势在于：测试环境与实际工作环境更加符合，测试所得到的数据可以对被检测设备实际运行中的可靠性及维护性等相关参数做出更加真实的反映；进行可靠性实验所需要的设备较少，需要投入的测试费用相对少；在实施现场测试时被测试设备可以保持正常的运行状态。电气自动化控制设备可靠性现场测试法具体又包含三种类型：第一种是可靠性在线测试，即在被测试设备正常运行过程当中进行测试；第二种是停机测试，即在被测试设备停止运行时进行测试；第三种是脱机测试，需要从设备运行现场将待检测部件取出，安装到专业检测设备当中进行可靠性测试。

依据收集到的可靠性数据，按照点控设备可靠性指标体系的要求进行统计，计算有关可靠性特征，同时还要考虑成本经济因素，降低相关费用，在选择元器件的时候最好减少元器件的种类，减少操作过程的程序，使得测试过程逐渐简单、易行。

3、保证实验法

保证实验法，就是通常经常谈到的“烤机”，具体指的是在产品出厂前，在规定的条件下对产品所实施的无故障工作试验。通常情况下，作为研究对象的电气自动化控制设备都有着数量较多的元器件，其故障模式显示方式并非以某几类故障为主，而是具有一定的随机性，并且故障表现形式多样，所以，其故障服从于指数分布，换句话说，其失效率是随着时间的变化而变化的。产品在出厂之前在实验室所进行的烤机，从本质上讲，就是测试和检测产品早期失效情况，通过对产品进行不断的改进和完善，以确保所出厂的产品的失效率均已符合相关指标的要求。实施电气自动化可靠性保证实验所花费的时间较长，因此，如果产品是大批量生产，这种可靠性检测方法只能应用于产品的样本，如果产品的生产量不大，则可以将此种保证实验测试法应用在所有产品上。电气自动化设备可靠性保证实验主要适用范围是电路相对复杂、对可靠性要求较高并且数量不大的电气自动化控制设备。

二、提高电气设备可靠性的方法

为使电气自动化控制设备的可靠性得以提高，就需要以分析电气设备的寿命周期（如图1），从电气设备寿命周期的影响因素出发，从而提高电气设备可靠性。从控制设备设计阶段、电子元器件的选择、控制设备的散热防护和气候防护等入手，并采取合理的可靠性设计方法。

图1 电气设备全寿命周期及影响因素分析

1、在控制设备设计阶段，首先要对产品与零部件技术条件进行研究，对产品设计参数做仔细分析，在确保产品性能和使用条件下制定出科学合理的设计方案；此外，为了提高产品的使用性能和操作维修性能，减少控制设备的使用费用和维修费用，产品结构也要通过全面构思后再进行周密设计。

2、从生产角度来看，要尽可能减少设备中元器件与零部件的品种和规格，通常要采用专业厂家所生产的通用产品或零部件，使用来源多、价格低的材料，或是国产材料；无论是设备还是其零部件的加工精度，都要符合当前技术条件要求，不能盲目的追求高精度。其精度等级与产品性能指标相适应的条件下可以降低，也可以简化其装配，尽可能减少选配和修配，尽可能使装配工人的体力消耗减少，这样才能利于自动流水生产。

3、电子元器件的选择与使用。元器件要以电路性能的要求以及工作环境的条件为依据进行选用，元器件无论是其技术性能、技术条件，还是其质量等级等都要符合控制设备运作和环境要求，并且要保留足够的余量；所有电子元器件都需要以不同的要求为依据，并经过必要的可靠性加以筛选后才能使用到产品中去（除特殊情况外）。

4、控制设备的散热防护。电子设备中经常要用的屏蔽盒、焊片等零件，一般是采用镀银工艺，如果镀银层上不涂覆固体膜保护剂，镀银层会很快变色发黑，从而影响外观与电性能等。在工艺上最近几年相继出现了很多新工艺，如：高效热传导工艺；达克罗、氟涂料涂覆工艺；三元合金电镀工艺等，它们在设备中已经广泛使用。某控制设备由于设备的功耗比较大，设计时采取了所有常规散热措施，包括传导、自然对流、辐射换热以及强迫风冷、机箱上开通风孔、增加散热面积等，然而，夏天使用时，设备经常开机时间不长就停止工作。经检查、分析，发现是由于屏蔽盒内的几个芯片因为温度太高停止工作而造成的。鉴于此，采用了高效热传导工艺，通过高效传热元件将芯片产生的热量直接传递到散热面积较大的机箱壁和盖板上，再通过它们和周围环境进行热交换，从而将热量散出去，进而降低盒体内部的温度。如果发热芯片数量比较多，可增加传热元件两端的接触面积，将它们的热量集中传递到机箱侧壁上，并在相应位置安装风扇，再利用强迫风冷对其进行散热。采用高效热传导工艺后，很好地解决了设备内部芯片的散热问题，再没有出现以前的故障。

5、电子设备的气候防护。潮湿、盐雾、霉菌以及气压、污染气体对电子设备影响很大，其中潮湿的影响是最主要的。特别是在低温高湿条件下，空气湿度达到饱和时会使机内元器件、印制电路板上产色和凝露现象，使电性能下降，故障上升。当电子设备受到潮湿空气的侵蚀，会在元器件或材料表面凝聚一层水膜，并渗透到材料内部，从而造成绝缘材料表面电导率增加，体积电阻率降低，介质损耗增加，零部件电气短路、漏电或击穿等。潮气还能引起覆盖层起泡甚至脱落，使其失去保护作用。通常采用浸渍、灌封、密封等措施。

三、结束语

提高电气控制设备的可靠性是十分重要的课题。要结合我国电气控制设备的可靠性现状，找出影响电气自动化设备可靠性的关键因素。提出对电气控制及自动化设备可靠性的测定和试验方法，以达到进一步提高电气设备可靠性的目的。

参考文献

[1]毛维浅谈对电气自动化控制设备可靠性的认识.[J]中国科技博览2018

[2]王磊.薛双苓电气自动化控制设备可靠性探究[J].科技传播2018（19）

[3]殷佳琳，李智勇.电气自动化控制设备的可靠性测试[J].煤炭技术，2018（4）.