電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性的強(qiáng)化策略探析

童琳

摘 要：為了提升電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性，本文首先對(duì)測(cè)定影響其可靠性因素的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)明確影響可靠性因素，最后針對(duì)相應(yīng)的影響因素提出了 3 點(diǎn)提升電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性有效策略。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；可靠性；策略

1.引言

現(xiàn)階段，隨著國(guó)家大力倡導(dǎo)自動(dòng)化、智能化、智慧化，電氣自動(dòng)化設(shè)備在各領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，涉及到我們生活方方面面。在國(guó)內(nèi)，電氣自動(dòng)化早在 20 世紀(jì) 50 年代就已經(jīng)開始發(fā)展，它是由傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)等融合于一體組成，能夠完成設(shè)備自動(dòng)控制功能的設(shè)備[1] 。隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，電氣自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活越來(lái)越趨于正常化。此外，電氣自動(dòng)化也逐漸的向模塊化、系統(tǒng)化、智能化方向發(fā)展，它的工作化境通常較為復(fù)雜多變，進(jìn)一步提高其運(yùn)行的可靠性是保證生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。

2.測(cè)定電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性影響因素

2.1可靠性檢測(cè)方法

目前，對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性測(cè)試方法主要有實(shí)驗(yàn)室可靠性測(cè)定方法、保證試驗(yàn)測(cè)定方法以及現(xiàn)場(chǎng)可靠性測(cè)試方法[2] 。首先，實(shí)驗(yàn)室可靠性測(cè)試方法主要在封閉實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境是模擬自動(dòng)化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，包括并對(duì)其施工條件和運(yùn)行環(huán)境的模擬。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要它所承受的應(yīng)力與實(shí)際運(yùn)行時(shí)相同，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的累計(jì)失效次數(shù)與時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到最終設(shè)備的可靠性指標(biāo)。第二，保證試驗(yàn)可靠性測(cè)定方法進(jìn)行的時(shí)間是在設(shè)備生產(chǎn)后，但是還未投入市場(chǎng)時(shí)，這種測(cè)定方法屬于無(wú)故障性質(zhì)測(cè)試，主要是對(duì)電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)主體中不同元器件進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題的元器件，需要查看元器件的指數(shù)分布情況，對(duì)失效銷量與時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行分析和研究。該方法測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，因此大規(guī)模批量生產(chǎn)的設(shè)備只能夠?qū)Σ糠謽悠窚y(cè)量，測(cè)試無(wú)法全面，而且電路相對(duì)復(fù)雜，一般多應(yīng)用于可靠性較高的自動(dòng)化設(shè)備。第三，該方法測(cè)試環(huán)境是自動(dòng)化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中記錄、整理與分析測(cè)試過(guò)程中的各項(xiàng)可靠性數(shù)據(jù)，并通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠性基本指標(biāo)。由于在真實(shí)的操作環(huán)境下，使得設(shè)備性能測(cè)試更加直觀。

2.2電氣自動(dòng)化設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電氣自動(dòng)化設(shè)備主要是由電氣元件、傳感器以及電機(jī)等組件構(gòu)成。本文采用PC104 總線技術(shù)，并在VC++開發(fā)環(huán)境下，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化設(shè)備的快速檢測(cè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

圖 1 電氣自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從結(jié)構(gòu)圖中可知，該系統(tǒng)主要是由信號(hào)調(diào)理與變換模塊、主控計(jì)算機(jī)模塊以及人機(jī)交互界面等三部分主城，利用傳感器對(duì)設(shè)備性能參數(shù)實(shí)時(shí)采集并傳回至主控計(jì)算機(jī)中，然后主控計(jì)算機(jī)將該性能參數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，獲取設(shè)備可靠性檢測(cè)結(jié)果。

（1）硬件選型與設(shè)計(jì)

在硬件上，主控計(jì)算機(jī)只要采用具有穩(wěn)定性好、體積較小、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)且在復(fù)雜環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)功能的主板均可，接口數(shù)量滿足功能需求，擁有 LCD/LVDS/CRT 等顯示接口，自帶千兆以太網(wǎng)口，采用固態(tài)硬盤，可以使用 Windows7 以上版本、Linux 等當(dāng)下流行操作系統(tǒng)。

信號(hào)調(diào)理與變換模塊主要是圖 1 中的 AD/DA 變換模塊，在本文要求 DA 板具有 8 路通道，電壓范圍在-5-+5V 范圍內(nèi)。因?yàn)?AD 板擁有較為有限的開關(guān)量，所以 DA 板的選擇 需要 8 路輸入與輸出開關(guān)量在電路中應(yīng)用，如 SD-1824。AD 板選擇能夠進(jìn)行 PC104 總線數(shù)據(jù)采集的 SD161P，主要是采集電源電壓。SD161P 芯片擁有自帶 1 路 D/A 通道和 16 路A/D 同等，24 路可編程開關(guān)量輸入輸出，

A/D 轉(zhuǎn)換輸入電壓在-5V-+5V 范圍內(nèi)。

信號(hào)調(diào)理模塊主要是當(dāng)主控計(jì)算機(jī)和測(cè)試設(shè)備之間存在連續(xù)

信號(hào)交互時(shí)，信號(hào)在沒(méi)有變換直接傳輸至主控計(jì)算機(jī)上，導(dǎo)致信號(hào)超過(guò) A/D 板的電壓信號(hào)輸入范圍，此時(shí)采用該模塊紀(jì)念性信號(hào)調(diào)理，從而達(dá)到保護(hù) AD 板的目的。本文選擇利用定位器將信號(hào)分壓后分配給CD4051 芯片，然后信號(hào)再如松之AD 轉(zhuǎn)化通道。CD4051 芯片是多路模擬選通開關(guān)芯片，用于節(jié)省 AD 通道而設(shè)計(jì)。

（2）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文軟件設(shè)計(jì)運(yùn)行操作系統(tǒng)為 Windows 7，軟件開發(fā)環(huán)境為VC++6.0，采用 C++作為編程語(yǔ)言。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖 2 所示。

圖 2 電氣自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)上電啟動(dòng)時(shí)，首先是完成自檢，呈現(xiàn)出開機(jī)界面，并完成初始化。然后對(duì)模式進(jìn)行選擇，電氣自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)模式一般有自動(dòng)測(cè)試和交互測(cè)試兩種模式可供選擇，前者測(cè)試模式不需要人工的干預(yù)能夠直接完成系統(tǒng)測(cè)試，而后者則需要操作人員按照人機(jī)交互界面，按照制定步驟一步步完成測(cè)試。對(duì)測(cè)試模式選定后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，將最終的檢測(cè)結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，至此完成本次測(cè)試。

3.影響電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性因素

從上面對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性檢測(cè)過(guò)程、結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，影響電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）電氣自動(dòng)化設(shè)備所運(yùn)行環(huán)境。在受到環(huán)境中溫度、氣壓、大氣污染等因素的影響[3] ，可能會(huì)使得電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中溫度過(guò)高、機(jī)構(gòu)運(yùn)行不靈活、元器件損壞、運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題。

（2）設(shè)備設(shè)計(jì)及元件選型。對(duì)于設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，元件選型不合適或者器件質(zhì)量不合格，在長(zhǎng)時(shí)間的使用時(shí)，芯片性能下降，難以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的長(zhǎng)期使用，存在潛在的可靠性隱患，最終導(dǎo)致電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性下降。

（3）電磁波干擾。通常來(lái)說(shuō)，電氣自動(dòng)化設(shè)備所運(yùn)行的環(huán)境中都充滿電磁場(chǎng)和電磁波，而很多電氣自動(dòng)化設(shè)備都對(duì)電磁波抗干擾能力較差，當(dāng)受到電磁場(chǎng)或者電磁波干擾時(shí)，設(shè)備性能下降，可靠性也隨之嚴(yán)重降低。

（4）機(jī)械作用力影響。電氣自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中由于受到震動(dòng)、離心加速力、沖擊等因素的影響，時(shí)常使得設(shè)備內(nèi)部元器件損壞，也容易導(dǎo)致設(shè)備性能參數(shù)產(chǎn)生變化，甚至引發(fā)疲勞損失，導(dǎo)致設(shè)備可靠性嚴(yán)重下降。

結(jié)語(yǔ)

科技進(jìn)步的需求促進(jìn)電氣自動(dòng)化設(shè)備的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)用領(lǐng)域逐漸廣泛，各種系統(tǒng)對(duì)于它的依賴性在不斷加強(qiáng)，它的可靠性將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的是否繼續(xù)運(yùn)行。如何提高電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性是當(dāng)下各領(lǐng)域所要關(guān)注的重要問(wèn)題。本文首先通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方式來(lái)確定影響電氣自動(dòng)化設(shè)備的影響因素，然后針對(duì)相應(yīng)因素提出相應(yīng)提升設(shè)備策略。

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（作者身份證號(hào)碼：130123197310090023）