電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性探析

王蘭濤，李繼勇

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，電氣自動(dòng)化技術(shù)伴隨著大量的市場應(yīng)用和行業(yè)推廣，其技術(shù)的先進(jìn)性和創(chuàng)新程度獲得了顯著的提升。在先進(jìn)制造業(yè)和傳統(tǒng)行業(yè)的變革與轉(zhuǎn)型時(shí)期，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)不但能為企業(yè)節(jié)省大量的人力物力成本，也有助于提升生產(chǎn)制造過程的先進(jìn)性和智能水平。同時(shí)，也很好地順應(yīng)工業(yè)4.0的時(shí)代發(fā)展背景，為企業(yè)贏得更大的市場競爭力。

1 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的影響因素

1.1 環(huán)境因素

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備很容易受到環(huán)境的影響，從而出現(xiàn)一系列問題。濕度、溫度、氣壓、污染均會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行，如設(shè)備過熱、結(jié)構(gòu)遭到破壞、設(shè)備運(yùn)行問題頻發(fā)，嚴(yán)重者將會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備罷工，對鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)造成尤為不利的影響[1]。

1.2 元器件質(zhì)量因素

在電氣自動(dòng)化控制設(shè)備中有許多電子元器件，這些元器件的和質(zhì)量如果得不到保障，就會(huì)影響設(shè)備的可靠性。一部分元器件的生產(chǎn)廠家不重視質(zhì)量，只圖利益，這樣就會(huì)在生產(chǎn)元器件的過程中不重視質(zhì)量監(jiān)督和控制，導(dǎo)致元器件質(zhì)量參差不齊，如果在沒有對元器件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)的情況下就投入使用，就會(huì)給設(shè)備帶來嚴(yán)重的安全隱患。

1.3 電磁波干擾因素

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境通常比較惡劣，這是因?yàn)樵诃h(huán)境中會(huì)充斥許多磁場，各種電磁波會(huì)對設(shè)備的運(yùn)行造成不利影響。電磁波干擾所帶來的主要影響時(shí)設(shè)備運(yùn)行不夠穩(wěn)定，而這就會(huì)導(dǎo)致電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性不斷下降[2]。

2 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性測試方法

2.1 出廠前性能測試

電氣設(shè)備在完成產(chǎn)線組裝和制造后，在出廠前必須要經(jīng)過多輪性能測試。這一過程主要關(guān)注設(shè)備本身是否存在質(zhì)量問題以及各項(xiàng)功能的運(yùn)行穩(wěn)定狀況。通過規(guī)范化、系統(tǒng)化的出廠前測試環(huán)節(jié)，可提早發(fā)現(xiàn)電氣自動(dòng)化設(shè)備中存在的運(yùn)行異常，并針對測試所得的數(shù)據(jù)計(jì)算出相應(yīng)故障率，從而采取對應(yīng)的解決辦法提升設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。對于鋼鐵企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行時(shí)故障率較高的零部件和元器件，可根據(jù)檢測結(jié)果在出廠前進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)和修復(fù)。盡量從源頭保證設(shè)備的整體可靠性。測試過程中應(yīng)嚴(yán)格遵照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，借助黑箱檢測和智能化檢測平臺，全面的對設(shè)備的功能性和可靠性進(jìn)行監(jiān)測評估，以此保證產(chǎn)品質(zhì)量和整體素質(zhì)。另一方面，設(shè)備生產(chǎn)過程中也應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)督與管理。流水線作業(yè)的組裝環(huán)節(jié)和零部件的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都應(yīng)該落實(shí)跟蹤管理方式?？刹扇《S碼標(biāo)注作為信息共享的方式，在其中錄入生產(chǎn)數(shù)據(jù)和負(fù)責(zé)相應(yīng)工序的人員信息，再利用數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全程可追溯，共同確保產(chǎn)品的質(zhì)量與投入市場后的設(shè)備運(yùn)行可靠性。

2.2 實(shí)驗(yàn)室模擬仿真測試

鋼鐵廠的電氣設(shè)備在現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)和應(yīng)用過程中，其環(huán)境具有一定的特殊性。出廠前的標(biāo)準(zhǔn)化測試難以模擬這種環(huán)境，此外相關(guān)檢測項(xiàng)的設(shè)定也可能存在與實(shí)際偏差較大的情況。為此，還需要設(shè)置模擬現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行仿真測試的環(huán)節(jié)。通過搭建接近實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的模擬功能測試空間，盡量還原相關(guān)環(huán)境影響因素，并對電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性的采集和統(tǒng)計(jì)，客觀分析設(shè)備可靠性的影響因素及作用程度，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出設(shè)備可靠性的實(shí)質(zhì)性影響因素。此類方法需要依賴于模擬環(huán)境的真實(shí)程度，而在環(huán)境搭建的過程中應(yīng)盡量減少與電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)的其它影響因素，有效控制隨機(jī)事件的產(chǎn)生。并通過大量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)抵消其對真實(shí)數(shù)據(jù)帶來的影響。在實(shí)驗(yàn)室中采取模擬仿真測試的方法耗時(shí)周期一般較長，因此更適用于大批量電氣設(shè)備的產(chǎn)品功能檢測和可靠性評估[3]。

2.3 現(xiàn)場環(huán)境測試

經(jīng)歷過上述模擬仿真功能測試后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行狀況下的設(shè)備可靠性，還需在現(xiàn)場實(shí)際工況下進(jìn)行長期的規(guī)范化驗(yàn)證性運(yùn)行。通過分析電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，找到其中存在的規(guī)律性變化趨勢及可靠性影響因素。通過真實(shí)環(huán)境下的測試與運(yùn)行，確保采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，設(shè)備功能的評估客觀、真實(shí)、有效。同時(shí)，現(xiàn)場測試還能夠發(fā)現(xiàn)模擬測試時(shí)電氣設(shè)備難以發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷等問題?？赏ㄟ^設(shè)置觀察對照組，對不同工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行橫向?qū)Ρ然蚪M織各產(chǎn)線的生產(chǎn)工人和專業(yè)技術(shù)人員對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行周期性的檢測觀察，匯總可能存在的設(shè)計(jì)缺陷或功能異常等情況?，F(xiàn)場測試覆蓋到各環(huán)節(jié)，監(jiān)測和管理的人員也涉及到各工藝產(chǎn)線的技術(shù)人員和管理者，這樣全面覆蓋的隱患排查和漏洞檢測機(jī)制能夠充分保證電氣設(shè)備的可靠性。

3 可靠性測試方法的選擇方式

確定某一款自動(dòng)化電氣設(shè)備的性能所要使用的可靠性測試方案制定是一個(gè)系統(tǒng)而長期的過程。可靠性測試方法及方案的選擇和制定要因地制宜，充分考慮到各種環(huán)境因素和實(shí)際工況因素等與設(shè)備關(guān)聯(lián)的影響因素。當(dāng)測試項(xiàng)本身存在類別上的差異和分布不規(guī)律時(shí)也應(yīng)采取不同的方法，以保證測試內(nèi)容的全面覆蓋。設(shè)備自身的各種規(guī)格功能、主要參數(shù)指標(biāo)及其適用的環(huán)境需按照測試程序的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，并充分參考其重點(diǎn)影響因素進(jìn)行權(quán)衡。由于電氣設(shè)備的可靠性會(huì)受環(huán)境因素的直接作用而產(chǎn)生較大的不確定性，因此測試過程中的場地因素和測試程序的完善度都應(yīng)列入前期的考察范圍。測試過程中要嚴(yán)格遵照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范操作要求而執(zhí)行，確保測試的程序規(guī)范化，采集的數(shù)據(jù)真實(shí)有效。另外，部分鋼鐵企業(yè)在電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性測試過程中，往往會(huì)著重關(guān)注其某一方面的素質(zhì)和整體表現(xiàn)，而忽視了其他同類型性能指標(biāo)的表現(xiàn)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，這些被忽略的功能性標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)影響到設(shè)備的整體運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，測試環(huán)節(jié)必須充分保證測試的全面性和客觀性，避免其對測試結(jié)果造成的干擾。

4 電氣自動(dòng)化在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用策略

4.1 PLC技術(shù)在鋼鐵工程電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

（1）在鋼鐵工程的安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。PLC技術(shù)在整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)中可以更好地完成監(jiān)測、監(jiān)控的工作，搜集鋼鐵工程的整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率，集中監(jiān)測工程的數(shù)據(jù)情況，統(tǒng)一將數(shù)據(jù)輸送到控制中心，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，方便鋼鐵工程的管理人員可以實(shí)時(shí)了解電氣設(shè)備的運(yùn)行情況。PLC技術(shù)在安全監(jiān)測系統(tǒng)中一旦發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的故障問題，可以立即啟動(dòng)鋼鐵工程的自我保護(hù)裝置，對故障問題的原因進(jìn)行分析，發(fā)出停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的信號，給現(xiàn)場的所有工作人員發(fā)出預(yù)警信號，使鋼鐵工程的現(xiàn)場工作快速停止，將故障問題帶來的損害降到最低，最大程度地確保了施工現(xiàn)場的人員生命安全。PLC技術(shù)在鋼鐵工程中的安全監(jiān)測中具有很大的優(yōu)勢，有效維護(hù)鋼鐵工程的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，使得鋼鐵工程的自動(dòng)化技術(shù)輔助和生產(chǎn)效率得到提高，保障工程的完善，發(fā)揮鋼鐵工程的最大化價(jià)值，促進(jìn)鋼鐵工程的整體效率提升。

（2）加強(qiáng)鋼鐵工程中PLC技術(shù)應(yīng)用人才的培養(yǎng)?；赑LC技術(shù)在鋼鐵工程中的應(yīng)用優(yōu)勢，鋼鐵工程的管理人員應(yīng)當(dāng)重視專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，掌握PLC技術(shù)的使用先進(jìn)優(yōu)勢，對當(dāng)前的系統(tǒng)和設(shè)備的使用進(jìn)行全面掌控和操作，維護(hù)當(dāng)前的鋼鐵工程生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀，為此，鋼鐵工程的管理人員要對專業(yè)的技術(shù)人才進(jìn)行定期培養(yǎng)，培養(yǎng)一批專業(yè)的保養(yǎng)和維護(hù)人員，做好日常的鋼鐵工程生產(chǎn)和運(yùn)輸工作，保障鋼鐵工程的安全生產(chǎn)環(huán)境，確保鋼鐵工程的整個(gè)電氣自動(dòng)化發(fā)展趨勢可以穩(wěn)定向前。在鋼鐵工程的生產(chǎn)中融入PLC技術(shù)，挖掘電氣設(shè)備的巨大生產(chǎn)潛能，發(fā)揮電氣自動(dòng)化的優(yōu)勢確保整個(gè)鋼鐵工程的生產(chǎn)質(zhì)量，為此整個(gè)生產(chǎn)過程需要PLC技術(shù)的輔助。研發(fā)出新型的PLC技術(shù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)過程得到全面的維護(hù)和保障。專業(yè)的人才管理也使PLC技術(shù)在使用中更加專業(yè)、快捷，使得整個(gè)鋼鐵工程的生產(chǎn)系統(tǒng)效率和質(zhì)量得到保障和提升。

4.2 有效地控制生產(chǎn)管理活動(dòng)

第一，鋼鐵企業(yè)通常都需要以制造模子為內(nèi)容，先模擬出鋼鐵生產(chǎn)加工制造的整個(gè)環(huán)節(jié)流程，當(dāng)然這都是在應(yīng)用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)上開展的。第二，鋼鐵企業(yè)還需要合理優(yōu)化自身的生產(chǎn)運(yùn)營模式，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)營過程中出現(xiàn)的利弊來優(yōu)化制造流程，這在很大程度上有利于鋼鐵生茶加工流程更加科學(xué)化，同時(shí)也為新鋼鐵工藝以及新產(chǎn)品面世創(chuàng)造條件。第三，鋼鐵企業(yè)在不斷加快制造速度時(shí)，可以適當(dāng)建立鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)，通過電氣自動(dòng)化技術(shù)以及專家研究、網(wǎng)絡(luò)分析與設(shè)計(jì)和事例推演等手段盡可能提高鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和制造水平。第四，為了高效處理鋼鐵生產(chǎn)中存在的問題，需要對鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的比例系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，從而實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)制造流程的高效化與科學(xué)化。

4.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控

遠(yuǎn)程操控技術(shù)屬于一種智能化的技術(shù)，它滿足了時(shí)代發(fā)展的需求，以智能化控制為基礎(chǔ)和前提，是一種先進(jìn)的操作手段，是我國機(jī)械自動(dòng)化未來發(fā)展的必然趨勢。隨著我國科技水平的提升，鋼鐵設(shè)備逐漸代替了勞動(dòng)力，這在一定程度上降低了勞動(dòng)成本支出，促進(jìn)了鋼鐵設(shè)備朝著智能化的方向發(fā)展和進(jìn)步。機(jī)械智能化將人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合在一起，有效地控制了自動(dòng)化的全過程。同時(shí)在機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展和控制中積極引入了先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，加快了鋼鐵設(shè)備智能化發(fā)展的進(jìn)程。除此之外，相關(guān)工作人員要明確遠(yuǎn)程操作的具體流程，保證軟件和硬件到位，提高軟件和硬件的配合度，實(shí)現(xiàn)鋼鐵設(shè)備的智能化發(fā)展。提升自動(dòng)化操作技術(shù)水平有利于降低施工成本支出，提高技術(shù)水平。當(dāng)機(jī)械自身完成整個(gè)操作后，可以有效地解決突發(fā)故障。

4.4 運(yùn)用智能化技術(shù)

智能化的技術(shù)可以提高電氣控制方面的精準(zhǔn)程度。電氣化的工程的數(shù)據(jù)都是通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的，這樣可以更加的簡化電氣操作的過程?？萍技夹g(shù)是推動(dòng)電氣自動(dòng)化的重要的依靠，可以說計(jì)算機(jī)信息技術(shù)是電氣自動(dòng)化全面發(fā)展的一個(gè)重要的基礎(chǔ)。鋼鐵系統(tǒng)不同于其他的行業(yè)它的涵蓋面非常的廣闊，涉及的領(lǐng)域也是重要的所以單純的依靠人工來采集數(shù)據(jù)樣本是不科學(xué)的。用計(jì)算機(jī)技術(shù)采集數(shù)據(jù)可以更加科學(xué)和精確的得到電氣工程方面的數(shù)據(jù)。智能化的技術(shù)在電氣工程之中的實(shí)際應(yīng)該是可以在很大程度實(shí)現(xiàn)電氣工程的自這樣動(dòng)化的水平的。比如說在電氣工程出現(xiàn)故障通過智能化的技術(shù)是可以很技術(shù)的診斷出來的。電氣工程的機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜，有些故障可以說是非常隱秘的，但是對電氣工程的負(fù)面影響還是比較大的，對電氣設(shè)施的維護(hù)帶來了一定程度的負(fù)面的影響。運(yùn)用智能化的技術(shù)是可以提供故障診斷的專業(yè)技術(shù)的，降低了對人工的依賴程度[4]。

綜上所述，電氣自動(dòng)化技術(shù)對于鋼鐵企業(yè)的發(fā)展以及市場競爭力的提高是極為必要的，同時(shí)也能夠促進(jìn)企業(yè)自身核心競爭力的形成，并且盡可能做到保障企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，控制企業(yè)生產(chǎn)成本，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的綠色可持續(xù)。因此，為保證我國鋼鐵企業(yè)能夠在世界市場占有一席之地，就需要鋼鐵企業(yè)加大對生產(chǎn)線自動(dòng)化水平的重視與投入，并且引起國家的重視，支持自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)，給予足夠的人力物力的支持，使鋼鐵行業(yè)獲得穩(wěn)定發(fā)展。