电气自动化控制设备可靠性分析

摘要：随着科学技术的发展与创新，工业生产与社会运转对自动化与智能化的要求越来越高，使得电力自动化控制装备的规模与复杂度也越来越高。这类装置不但要求工作效率高，而且还要求长期稳定可靠。设备的故障直接关系到系统的安全、生产效率和经济效益。因此，对电力自动控制装备的可靠性展开研究，已成为提高整个工控系统性能的重要手段。

关键词：自动控制；可靠性；策略

1电气自动化控制设备可靠性概述

电气自动控制装置一般由控制器、传感器、执行器、通讯网络等构成，它们互相配合，形成一个复杂的控制网络。电力装备在长时间运行时，其可靠性不但关系到其本身的使用寿命，而且还关系到整个系统的运行效率和维修费用。其中，平均失效时间（MTBF）、平均维修时间（MTTR）、设备可用度（MTTR）是表征设备失效频次的关键指标。MTTR是指一台设备发生故障到维修后再重新投入使用的平均时间，它可以反映维修和维修设备的效率；在系统全寿命周期中，可用度反映了系统在正常工作条件下所占的比重，它包含了两个方面：一是失效次数，二是维修效率。

2影响可靠性的因素

2.1硬体元件品质

在电气自动控制装备中，硬件部件的质量是保证其可靠运行的基础。高品质的硬体元件，可保证装置在长时间的运转下，仍能正常运作。首先，元器件的质量直接影响到器件的基本特性。比如，高品质的芯片，其运行速度较快，错误率较小，其内部电路结构较稳定，可在复杂的电子环境中对不同的命令进行精确的执行。此外，机器零件的精确性与耐用性也是不可忽视的。例如，转子与定子的匹配精度，若不能满足要求，将导致摩擦损失增加，发热等一系列问题，严重影响整个装备的可靠性。另外，选择合适的部件也是非常重要的。耐腐蚀、耐高温、导电性好的材质，可以使设备在更加苛刻的工作条件下工作，降低由于材料的老化和性能的退化所引起的失效。从产品来源看，五金件的制作技术水准决定了产品品质的一致性。

2.2软件系统稳定性

作为电气装备自动控制装备的大脑，软件系统的稳定与否直接关系到装备的可靠性。一个稳定的软件系统应该具有良好的体系结构。通过合理的层次结构，模块化的设计，使得系统的可维护性和可扩充性大大降低，降低了由于程序复杂性带来的缺陷。在大规模的自动控制系统中，分别对各个功能模块进行编程，并对其进行调试，可以有效地消除各模块之间的相互影响。软件算法的精度也是一个重要的影响因素。准确的控制算法可以保证装置对不同的输入信号作出准确的反应，比如在工业生产中，温度控制算法的误差很大，都会造成产品的质量和设备的损伤。另外，软件必须具备一定的容错性。当遇到非法输入、网络故障等意外情况时，该系统能够合理地应对，避免系统崩溃。

2.3 电磁兼容性

电磁兼容是保证电力系统安全可靠运行的关键。在当今的工业生产中，各类电子设备密集分布，且具有复杂的电磁环境。首先，要有效地控制器件本身的电磁辐射。若装置内的线路设计有误，如配线不正确，则会造成过量的 EMI。在此基础上，提出了一种新的、具有一定物理意义的电磁辐射源。比如，高频率的信号会与低频段的信号发生串扰，从而引起信号的畸变。其次，仪器要有很好的抗干扰性能。外部 EMI源很多，例如，在邻近的大型电动机起动过程中，会释放出很强的 EMP，如果装置的抗干扰性能不够好，将会引起内部线路的错误动作。这就需要在设备的设计上采取有效的电磁屏蔽措施，例如利用金属箱、屏蔽线等对外部的 EMI进行屏蔽。另外，该电路还具有对杂波干扰进行过滤的功能，保证了仪器得到的信号是干净的。

3可靠性提升策略

3.1优化设计理念

在电气设备自动控制装置中，最优设计思想是提高其可靠性的一个重要途径。首先，要从系统的角度出发，对设备的功能、性能、可靠性等方面进行全面的分析。把装备看作一个综合系统，深入研究各子系统、各部件间的相互作用，保证各部件能够协调工作，防止局部最优而全局最优。比如，在对自动生产线进行控制时，应充分考虑各生产环节中各设备间的通讯与配合。其次，要在设计的全过程中进行可靠性设计；从选择硬件部件到体系结构，均应遵循可靠性原则。在硬件方面，应该选用经过市场检验的、高可靠性的元器件，同时要进行冗余的设计，例如使用两个供电方式，以避免因一次供电故障而造成的设备停运。在软件上，提出了一种容错的设计方法，可以预先预测并处理可能发生的故障。其次，在设计上要有前瞻性，要将将来的更新、扩建等需要都考虑进去。这种方法可以防止由于功能扩充而对原有的结构进行大量的改动，降低了设备的可靠性。

3.2严格的生产标准

在电气设备自动控制系统中，严格的制造规范是保证其可靠运行的重要一环。在原料的购买上，一定要有严格的品质要求。选择高质量的原料是制造高可靠性设备的前提。比如，在制造线路板时，必须保证所用的铜箔有很好的电学特性和稳定性。对生产过程的控制也是非常重要的。在整个生产过程中，每个过程都必须有严格的作业规程和品质检查标准。如焊接时要保证焊点饱满，无虚焊，应严格控制焊接温度、时间及助熔剂用量。在质检过程中，要把好质量关，综合运用各种检测方法，如外观检测、性能检测和老化试验等。通过外观检测，可以检测出装备的表面缺陷；通过功能试验，可以对装备的性能进行检验；通过对装备的性能进行检测，可以对装备的长时间工作状态进行仿真，从而对可能出现的问题进行预警。只有严格的制造规范，才能保证每个产品的高可靠性。

3.3预防性维护

在电气设备自动控制装备中，预防维修是提高其可靠性的重要手段。预防维修应从建立健全的设备监控系统入手。通过在其上加装多种传感器，实现了温度，电流，电压等重要参数的实时监控。比如，在大容量电动机控制系统中，通过对电动机工作电流的监控，能够对电动机是否出现超载、非正常磨损等现象进行及时的检测。在设备维修过程中，利用监控数据对设备进行状态评价是一项非常重要的工作。通过对设备运行状况的分析，可以对其发生失效的时间、位置等进行预测。比如，当某个装置的温度出现了逐步升高的迹象，并且超过了正常的范围时，则说明该装置的冷却系统出现了问题。根据设备状况评价的结果，制订维修方案。维修方案应当包含清洁、润滑等常规维修，并有目标地更换零件。针对某些易损件，在其服役期限临近时，及时更换，能有效地防止由于零部件的突然失效而造成的失效，提高了装备的可靠性。

结语

综上所述，电气自控设备的稳定性、可靠性取决于诸多因素。要使这类设备在实际应用中充分发挥其性能，就需要从多方面进行研究，将软、硬件和操作环境三者有机结合起来。在硬件上，要保证器件的实体部件具有优良的品质，并具有较好的耐用性和适应性。在软件层次上，要根据生产需要和环境条件的改变，对程序进行优化与更新。另外，工作环境的稳定也是一个不容忽视的问题，温度、湿度、电磁干扰等都会对器件的工作性能造成一定的影响。在此基础上，提出了一套有效的设备维护、设备升级、环境监测等措施，以保证设备的安全稳定运行。同时，要运用科学的评估方法，例如性能检测、失效分析等，不断地对设备的工作状态进行评价与监测，从而能够及时地找到问题，并采取适当的改善措施。

参考文献

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