電氣自動化控制設備可靠性現(xiàn)狀與相應措施

[摘 要]電氣自動化控制設備在現(xiàn)代工業(yè)生產中至關重要，其可靠性直接影響著生產效率、產品質量和人員安全。然而，由于電氣自動化控制系統(tǒng)日益復雜化、高度集成化，設備可靠性問題日益突出，已成為制約工業(yè)自動化發(fā)展的瓶頸之一。文章分析了電氣自動化控制設備可靠性的現(xiàn)狀，針對存在的可靠性設計缺陷、制造工藝質量參差不齊、運維管理不到位等問題，從可靠性設計、制造、運維等環(huán)節(jié)提出相應的改進措施，包括加強可靠性設計、嚴格控制制造過程、優(yōu)化運維管理流程等，以期全面提升電氣自動化控制設備的可靠性水平，為工業(yè)自動化的健康發(fā)展提供有力支撐。

[關鍵詞]電氣自動化；控制設備；可靠性；現(xiàn)狀；措施

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0097–03

Reliability Status and Corresponding Measures of Electrical Automation Control Equipment

YU Yong，CHEN Binyuan，WU Weiqin，LIANG Zhaozhang，TAO Wangdong

[Abstract]Electrical automation control equipment is very important in modern industrial production， and its reliability directly affects production efficiency， product quality and personnel safety. However， due to the increasingly complex and highly integrated electrical automation control system， equipment reliability problems are becoming increasingly prominent， which has become one of the bottlenecks restricting the development of industrial automation. This paper analyzes the current status of the reliability of electrical automation control equipment. In view of the existing problems such as reliability design defects， uneven manufacturing process quality and inadequate operation and maintenance management， it proposes corresponding improvement measures from the aspects of reliability design， manufacturing and operation and maintenance， including strengthening reliability design， strictly controlling manufacturing process and optimizing operation and maintenance management process. In order to comprehensively improve the reliability level of electrical automation control equipment， to provide strong support for the healthy development of industrial automation.

[Keywords]electrical automation； control equipment； reliability； present situation； measures

1 電氣自動化控制設備可靠性現(xiàn)狀

1.1 電氣自動化控制設備的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)代工業(yè)生產中，電氣自動化控制設備已成為不可或缺的重要組成部分。隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，電氣自動化控制設備的應用范圍也在不斷擴大，涵蓋了石油化工、冶金、電力、輕工、建材等各行業(yè)[1]。在這些行業(yè)中，電氣自動化控制設備承擔著生產過程控制、數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)測等關鍵任務。一些關鍵設備如PLC（可編程邏輯控制器）、DCS（分布式控制系統(tǒng)）、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）等得到了廣泛應用。這些設備通過對生產過程的實時監(jiān)控和精確控制，大幅提高了生產效率和產品質量，降低了能源消耗和人工成本。此外，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術的快速發(fā)展，電氣自動化控制設備正向著智能化、網(wǎng)絡化的方向不斷發(fā)展。一些具有自學習、自適應能力的智能控制設備已開始在工業(yè)生產中得到應用，進一步提升了生產過程的自動化水平和靈活性?？梢灶A見，未來電氣自動化控制設備將在工業(yè)生產中發(fā)揮越來越重要的作用，并成為推動工業(yè)轉型升級和高質量發(fā)展的重要力量。

1.2 電氣自動化控制設備的可靠性現(xiàn)狀

盡管電氣自動化控制設備在各行業(yè)中得到了廣泛應用，但其可靠性問題卻日益凸顯，成為制約工業(yè)自動化發(fā)展的瓶頸之一。據(jù)相關調查統(tǒng)計，電氣自動化控制設備的平均無故障工作時間（MTBF）僅為1萬～2萬 h，遠低于工業(yè)生產對設備可靠性的要求。這意味著，在連續(xù)工作1～2 a后，設備就有較大概率出現(xiàn)故障，需要停機維修或更換，嚴重影響生產效率和設備利用率。同時，電氣自動化控制設備的故障率也較高，平均故障率在20%～30%，個別設備甚至高達50%以上。這表明，在實際生產過程中，電氣自動化控制設備發(fā)生故障的頻率較高，給生產運行帶來了較大的不穩(wěn)定性和不確定性。此外，由于電氣自動化控制設備通常集成了多種功能模塊和大量電子元器件，其故障診斷和維修較為復雜，需要專業(yè)的技術人員和較長的維修時間，進一步加劇了設備可靠性問題帶來的負面影響。造成電氣自動化控制設備可靠性低下的原因是多方面的，既有設備本身設計和制造工藝的缺陷，也有使用環(huán)境惡劣、維護保養(yǎng)不當?shù)韧獠恳蛩氐挠绊?。因此，提高電氣自動化控制設備的可靠性需要從設備設計、制造、應用、維護等各環(huán)節(jié)入手，采取綜合性的解決措施，以從根本上解決這一問題，為工業(yè)自動化的持續(xù)發(fā)展提供堅實的設備基礎。

1.3 電氣自動化控制設備可靠性問題的危害

（1）設備故障會直接導致生產線停工，打亂生產計劃和進度，延誤產品交付時間，給企業(yè)聲譽和客戶滿意度帶來負面影響。而且，設備故障通常還會帶來一系列連鎖反應，影響上下游工序的正常運行，加劇生產損失。同時，設備故障期間生產的產品質量也難以保證，可能出現(xiàn)大量不合格品，給企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟損失。

（2）設備故障還可能威脅作業(yè)人員的生命安全。在一些高危行業(yè)，如石油化工、煤礦等，電氣自動化控制設備承擔著安全保護功能，一旦出現(xiàn)故障，就可能導致嚴重的安全事故，給作業(yè)人員的生命安全帶來極大威脅。

（3）頻繁的設備故障還會給企業(yè)帶來高昂的維修和更換成本。電氣自動化控制設備維修和更換費用高昂，企業(yè)需要投入大量的人力、物力進行維修和更換，這無疑會增加企業(yè)的運營成本，降低企業(yè)的經(jīng)濟效益。而且，頻繁的故障和維修也會縮短設備的使用壽命，加速設備的老化，給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟負擔。

2 電氣自動化控制設備可靠性提升策略

2.1 加強設備設計和選型

在設備設計階段，設計人員要全面考慮設備的實際工作環(huán)境、負載條件、預期使用壽命等各種因素，從而選擇最為合適的電氣元器件和材料，優(yōu)化設備的結構布局，最大限度地提高設備的可靠性和穩(wěn)定性。同時，設備設計階段還要進行充分的設計驗證和測試工作。這包括各種環(huán)境試驗，如高低溫試驗（–40～+85℃）、濕熱試驗（溫度85℃，濕度85%）、振動試驗（頻率范圍10～500 Hz）等，以驗證設備在各種惡劣環(huán)境下的工作性能；可靠性試驗，如加速壽命試驗（通常加速倍數(shù)為2～5倍）、失效模式分析等，以評估設備的可靠性水平和壽命；電磁兼容試驗，以確保設備能夠在復雜的電磁環(huán)境中正常工作。通過這些全面的驗證和測試工作，可及時發(fā)現(xiàn)和解決設計中的各種問題，確保設備的各項性能指標都能滿足實際應用要求。一般情況下，設計驗證和測試的投入成本占設備開發(fā)總成本的30%～40%。

在設備選型時，將可靠性作為重要的考量指標。優(yōu)先選擇可靠性高、質量好的產品，盡量避免使用劣質或過期的元器件。因為劣質或過期元器件不僅可靠性差（可靠性通常低于80%），而且還可能帶來安全隱患。通過建立嚴格的供應商評估和管理機制，確保元器件和材料的可靠和穩(wěn)定供應。同時，還要加強對元器件的篩選和老化測試（通常采用高溫85℃，持續(xù)時間48 h以上），淘汰質量不過關的產品，確保用于設備生產的每一個元器件都合格可靠。

2.2 改進制造工藝和質量控制

電氣自動化控制設備從設計圖紙到實際產品的轉化過程中，制造工藝和質量控制發(fā)揮著至關重要的作用，直接影響到設備的可靠性水平。因此，要想提高電氣自動化控制設備的可靠性，必須高度重視并切實加強制造工藝和質量控制。

采用先進的制造工藝和裝配技術。傳統(tǒng)的手工操作和半自動化生產方式通常容易引入人為因素，導致產品質量參差不齊。要積極引進自動化生產線、精密加工設備、機器人等先進制造裝備，減少人工干預，提高生產過程的自動化和智能化水平。通過標準化、精細化的自動化生產，可顯著提高產品的制造精度和一致性，從而為提高設備可靠性奠定堅實基礎。

建立健全質量控制體系。質量控制貫穿于生產制造的全過程，從原材料采購、零部件加工到整機組裝、出廠檢驗，每一個環(huán)節(jié)都必須嚴格把關，嚴防質量問題的產生和流出。要制訂嚴格的質量控制標準和規(guī)范，對各生產環(huán)節(jié)的原材料、半成品、成品的質量進行全面檢測和監(jiān)控，確保其符合相關標準要求。同時，建立可追溯的質量記錄和報告制度，做到質量問題可追蹤、可診斷、可閉環(huán)改進。

2.3 優(yōu)化設備使用環(huán)境

電氣自動化控制設備在實際使用過程中，若所處環(huán)境惡劣，超出了設備原本的設計工況，那么設備的可靠性水平將會降低，進而引發(fā)各種故障問題。因此，應避免設備在極端惡劣的環(huán)境中運行，如高溫、高濕、多塵、強腐蝕、強電磁干擾等。這些環(huán)境因素通常是導致設備可靠性下降、故障率上升的主要原因。例如，通常半導體器件的溫度不能過高，如鍺管不超過70～100℃；硅管不超過150～200℃。常用元器件允許溫度見表1。

此外，高濕可能引起電路板的腐蝕和短路，灰塵可能堵塞接插件和散熱通道，強腐蝕性氣體可能侵蝕金屬器件，強電磁干擾可能引起設備的誤動作甚至燒毀。若設備必須在惡劣環(huán)境下使用，則需采取必要的防護措施。

2.4 加強設備維護和診斷

明確各類設備的維護周期和內容，合理制訂設備維護計劃，落實維護責任人。對關鍵設備和薄弱環(huán)節(jié)重點關注，制訂針對性的維護措施。同時要建立健全的設備維護檔案，詳細記錄每次維護的時間、內容、結果和處置情況，為設備維護優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。同時，設備維護還應形成長效機制，與日常運行管理緊密結合。在具體維護中，要堅持以預防為主，診斷為輔，常檢常修，養(yǎng)重于修。按計劃定期開展預防性維護是可靠性維護的重點，可有效減少設備故障發(fā)生。預防性維護的內容包括定期清潔、緊固、潤滑、校準、部件更換等，以保持設備良好的運行狀態(tài)。此外，要加強設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，利用先進的診斷儀器和技術手段，及時發(fā)現(xiàn)設備的早期故障征兆，預警性能退化趨勢，從而有針對性地采取預防和修復措施。

2.5 優(yōu)化備品備件管理

優(yōu)化備品備件管理是保障電氣自動化控制設備可靠性的關鍵措施之一。為了實現(xiàn)這一目標，需要從多個方面入手：①根據(jù)設備的故障率、維修周期、使用頻率等因素，科學合理地確定備品備件的種類和數(shù)量。這需要綜合考慮設備的重要性、故障對生產的影響程度等因素，既要避免備品備件不足導致設備停機時間過長，影響生產效率，又要防止備品備件過剩，占用過多資金和儲存空間。②建立完善的備品備件管理制度，規(guī)范備品備件的采購、入庫、儲存、調撥、出庫等各環(huán)節(jié)。這包括制訂合理的采購計劃，選擇可靠的供應商，嚴格的質量檢驗，合理的庫存控制，以及高效的調撥和配送機制等。通過規(guī)范化管理，確保備品備件的質量和可用性，提高備品備件的管理效率，降低管理成本。③加強備品備件的定期盤點和更新。定期對備品備件進行全面盤點，掌握備品備件的實際庫存情況，及時發(fā)現(xiàn)和處理差異。對于長期未使用或過期失效的備品備件，及時進行更新或淘汰，避免占用庫存空間和資金。同時，要關注備品備件的使用情況和設備的故障情況，根據(jù)實際需求動態(tài)調整備品備件的儲備，提高備品備件的周轉率和利用率。④注重備品備件管理的信息化和智能化。利用條碼、RFID等技術，實現(xiàn)備品備件的自動識別和追蹤，提高出入庫效率和準確性。建立備品備件管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)備品備件信息的集中管理和共享，為備品備件的需求預測、采購決策等提供數(shù)據(jù)支持。通過不斷優(yōu)化備品備件管理，提高備品備件的可靠性和可用性，為電氣自動化控制設備的穩(wěn)定運行提供有力保障。

3 結束語

提高電氣自動化控制設備可靠性是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要設計、制造、使用、管理等各環(huán)節(jié)入手。這需要深入理解可靠性理念，全員參與，并融入先進技術、科學方法，以及組織體系、制度規(guī)范的有效保障，以不斷推動電氣自動化控制設備的可靠性水平提升。

參考文獻

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