電氣自動化控制設(shè)備的可靠性分析

邱會銘，張靜梅

（天津城建大學(xué),天津 300192）

1 電氣自動化控制設(shè)備的應(yīng)用價值

工業(yè)生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)機(jī)械化人工作業(yè)已經(jīng)被電氣自動化取代，并且電氣自動化已經(jīng)成為當(dāng)代生產(chǎn)的必然趨勢，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員不斷技術(shù)創(chuàng)新，但控制設(shè)備可靠性問題是制約技術(shù)更新迭代的主要因素，因此，工業(yè)生產(chǎn)過程中，運(yùn)用電氣自動化控制首先應(yīng)確保設(shè)備安全穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效益，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營奠定基礎(chǔ)。

2 電氣自動化控制設(shè)備可靠性概述

判斷工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中電氣自動化設(shè)備的可靠性，主要是考核設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)生故障的頻率，由于各種設(shè)備技術(shù)性能不同，技術(shù)穩(wěn)定性決定了設(shè)備故障概率，電氣自動化設(shè)備對生產(chǎn)重要程度不同，因此，技術(shù)人員在判斷設(shè)備可靠性時，應(yīng)全面分析電氣自動化設(shè)備設(shè)計、安裝及應(yīng)用過程，確保電氣自動化控制設(shè)備按時維保，準(zhǔn)確排查設(shè)備故障點及原因，找出針對性措施進(jìn)行解決，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 可靠性對于電氣自動化控制系統(tǒng)的意義

電氣自動化控制設(shè)備可靠性的意義主要是確保工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，保證企業(yè)單位生產(chǎn)量和預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，避免設(shè)備因各類故障造成停產(chǎn)，增加運(yùn)維成本的同時，對經(jīng)濟(jì)效益造成損失。同時，電氣自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量有直接關(guān)系，如果設(shè)備運(yùn)行過程中參數(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品精度不夠，會影響產(chǎn)品出廠質(zhì)量，一旦質(zhì)量檢測人員把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致產(chǎn)品流入市場，會影響顧客口碑和品牌信譽(yù)。因此，電氣自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性可確保產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品參數(shù)精度，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 電氣自動化控制設(shè)備可靠性檢測技術(shù)

4.1 現(xiàn)場測試法

技術(shù)人員在對電氣自動化控制設(shè)備現(xiàn)場測試過程中，應(yīng)避免影響機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)在運(yùn)行過程中，借助先進(jìn)的技術(shù)儀器，對設(shè)備運(yùn)行可靠性做測試，并將測試操作數(shù)據(jù)結(jié)果做可靠性分析，如果數(shù)據(jù)計算的精準(zhǔn)，相關(guān)參數(shù)可靠性高，可以表明當(dāng)前自動化設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。由于技術(shù)人員在現(xiàn)場測試，實驗過程較為便捷，不用投入更多的檢測資源，可節(jié)約測試成本，避免影響企業(yè)生產(chǎn)效益。

4.2 實驗室測試法

電氣自動化控制設(shè)備測試方法較多，有些不便于現(xiàn)場測試的，可以采取實驗室測試方法。參與實驗的技術(shù)人員可以將被檢測的設(shè)備在實驗室中模擬現(xiàn)場運(yùn)行裝填，并通過調(diào)試相應(yīng)蠶食，可以判定設(shè)備在不同運(yùn)行環(huán)境中的運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而總結(jié)出實驗數(shù)據(jù)與影響設(shè)備運(yùn)行可靠性因素。實驗室測試方法相對現(xiàn)場測試維度更廣，可全面、系統(tǒng)地獲得不同工作環(huán)境下的設(shè)備運(yùn)行情況，對多組數(shù)據(jù)展開分析，更加科學(xué)地反映出設(shè)備故障引發(fā)因素。由于實驗室模擬環(huán)境與工廠設(shè)備實際運(yùn)行環(huán)境存在一定誤差，因此，測試結(jié)果也存在一定不確定性。電氣自動化設(shè)備故障存在的隨機(jī)性，應(yīng)在設(shè)備出廠前做運(yùn)行調(diào)試，采取相應(yīng)措施規(guī)避潛在隱患，為后續(xù)電氣自動化運(yùn)行提供可靠性支持。

5 自動化控制存在的問題

5.1 系統(tǒng)干擾問題

隨著近年來機(jī)械設(shè)備運(yùn)用廣泛運(yùn)用200～500kW逆變器，電氣自動化在工廠運(yùn)行過程中由于所處環(huán)境差異，容易受高低壓變頻器產(chǎn)生的諧波影響，弱電信號被干擾。例如，設(shè)備運(yùn)行過程中，高爐內(nèi)水壓收到絞盤轉(zhuǎn)換器干擾，經(jīng)測試數(shù)據(jù)波動0.5MPa，影響設(shè)備運(yùn)行。經(jīng)技術(shù)人員進(jìn)一步測驗，絞車啟動過程中，數(shù)據(jù)波動較為明顯，由此推斷，影響電氣設(shè)備可靠運(yùn)行的主要因素是逆變器諧波干擾影響。因此，技術(shù)人員將轉(zhuǎn)換器電纜做接地處理，為了控制設(shè)備運(yùn)行效果，接地2m以上，消除了系統(tǒng)干擾問題，確保電氣自動化設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

5.2 操作環(huán)境問題

電氣自動化控制設(shè)備對運(yùn)行環(huán)境要求較高，尤其這些電氣類的PLC、DCS對環(huán)境溫度、空氣相對濕度以及灰塵情況極為敏感。如果夏季溫度高，運(yùn)行過程中如果沒有保持良好通風(fēng)，會導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。為了保持電氣自動化設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境要求空氣相對濕度控制在65%，溫度保持在28℃左右，配電室使用防火阻燃材料，同時，電纜溝、配電室門窗應(yīng)采取防塵設(shè)置，配電柜底部做好防潮、防塵措施。

5.3 提高系統(tǒng)運(yùn)維的穩(wěn)定性

電氣自動化控制內(nèi)部是由復(fù)雜的硬件和軟件構(gòu)成，選擇設(shè)備過程中應(yīng)注重自動化設(shè)備的構(gòu)件質(zhì)量、安裝質(zhì)量及售后服務(wù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。例如，單位選用西門子S7400自動化控制系統(tǒng)，技術(shù)人員在安裝過程中由于操作不當(dāng)，導(dǎo)致設(shè)備零件連接松動，系統(tǒng)顯示供電端錯誤，施工人員將220V交流電直接接入模塊，導(dǎo)致模塊損毀。因此，設(shè)備出廠后，需要專業(yè)的技術(shù)人員提供后續(xù)維護(hù)和保養(yǎng)，延長設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

6 電氣自動化控制設(shè)備可靠性改進(jìn)策略

6.1 建立全面的、系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)體系

電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)根據(jù)國家及領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)部門要求及自身實際使用情況，構(gòu)建科學(xué)的可靠性指標(biāo)體系，建設(shè)過程中應(yīng)考慮設(shè)備運(yùn)行需求，識別故障點，根據(jù)故障點判斷維修措施，制定設(shè)備維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，注意應(yīng)科學(xué)選擇并評估設(shè)備參數(shù)，避免參數(shù)過于復(fù)雜影響對設(shè)備可靠性的判斷。

6.2 提高設(shè)計的可靠性

技術(shù)人員在設(shè)計電氣自動化設(shè)備過程中，應(yīng)提高對設(shè)備穩(wěn)定性的優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)設(shè)備的特點進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并采取技術(shù)手段進(jìn)行控制，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行條件及使用功能，提高設(shè)備設(shè)計的可靠性。應(yīng)明確電氣自動化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、產(chǎn)品類型與結(jié)構(gòu)，確定生產(chǎn)規(guī)模和對經(jīng)濟(jì)性能的影響，并對設(shè)備的細(xì)節(jié)全面考慮和科學(xué)設(shè)計，確保設(shè)備整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。電氣設(shè)備廠家應(yīng)對自動化控制設(shè)備生產(chǎn)成本做細(xì)化分析，除了滿足客戶可靠性需求，還應(yīng)控制原材料及構(gòu)件成本，提高資金投入產(chǎn)出比。

6.3 選擇合適的設(shè)備元件

企業(yè)應(yīng)按照國家及行業(yè)參考標(biāo)準(zhǔn)選擇合格的電氣自動化設(shè)備，確保符合生產(chǎn)運(yùn)營需求，適應(yīng)操作環(huán)境。例如，可以根據(jù)組件技術(shù)性能、條件、質(zhì)量等綜合選擇可靠性的電氣自動化設(shè)備組件，并在后續(xù)應(yīng)用過程中，針對各部件的運(yùn)行效果做詳細(xì)分析并備案登記，便于后續(xù)出現(xiàn)故障，可以參考運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，為技術(shù)人員維修提供依據(jù)。

6.4 定期檢查和更新設(shè)備

為了確保電氣自動化設(shè)備運(yùn)行的可靠性，在出廠前應(yīng)做全面測試，投入生產(chǎn)過程中還應(yīng)提高對設(shè)備的運(yùn)維管理。自動化設(shè)備運(yùn)行過程中，應(yīng)通過聽、看、聞等多重感官觀察設(shè)備運(yùn)行存在的潛在問題，并根據(jù)經(jīng)驗結(jié)合生產(chǎn)實際采取有效措施解決。如果運(yùn)行過程中存在部件老化問題，應(yīng)及時更換，避免影響其他部件的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電氣自動化設(shè)備的使用年限。操作技術(shù)人員應(yīng)定期對自動化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄，崗位交接過程中應(yīng)制定日志簽字制度，一旦出現(xiàn)運(yùn)行故障，可以參照設(shè)備運(yùn)行日志采取相應(yīng)的維保措施。

6.5 加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境管理

有關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)對電氣自動化控制設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)管，確保設(shè)備所處環(huán)境溫度和空氣相對濕度適宜，避免濕度過大導(dǎo)致設(shè)備表面吸附大量水分子，導(dǎo)致設(shè)備受潮腐蝕，部件或者線路發(fā)生故障，如果環(huán)境溫度過高，通風(fēng)不好會加速線路老化，影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

6.6 解決干擾問題

針對設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的諧波干擾問題，應(yīng)選擇合適位置做好接地系統(tǒng)工作。例如，PLC控制系統(tǒng)干擾來源不均勻，連接點之間存在電位差異，影響電流回路，如果電纜被屏蔽的A、B兩端接地，一旦發(fā)生雷擊等突發(fā)事件，接地電流將瞬間過大。應(yīng)做好交流電的接地和用電保護(hù)接地。

6.7 改善電氣自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

企業(yè)在生產(chǎn)過程中，電氣自動化設(shè)備會產(chǎn)生熱量，如果廠房設(shè)計不科學(xué)，尤其在炎熱夏季導(dǎo)致設(shè)備散熱不好，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，電氣自動化設(shè)備在運(yùn)行過程中應(yīng)安裝降溫裝置，例如，安裝散熱器、空氣流通扇等形式，將室內(nèi)熱量帶出配電室，同時，應(yīng)避免粉塵進(jìn)入配電室，影響設(shè)備線路連接效果。建議安裝空調(diào)系統(tǒng)，保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度和濕度適宜。

7 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中離不開電氣自動化控制，為了提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，本文詳述了測試方式、運(yùn)行存在的問題以及改善電氣自動化控制設(shè)備可靠性，避免因設(shè)備故障停工影響生產(chǎn)效益，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)化發(fā)展。