儀器儀表的可靠性分析及抗干擾研究

殷燦

摘要：儀器儀表的可靠性與抗干擾的設(shè)計(jì)對于穩(wěn)定儀器儀表的使用、提高其生產(chǎn)加工中的精度至關(guān)重要，鑒于此，本文對儀器儀表的可靠性分析及抗干擾進(jìn)行了分析探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：儀器儀表;可靠性分析;抗干擾

一、儀器儀表的可靠性分

1、制造過程的可靠性控制

生產(chǎn)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中需要外購的零、部件，需對其重要技術(shù)指標(biāo)或質(zhì)量特性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并且不能只追求高精度但價(jià)格昂貴的進(jìn)口工藝的零、部件，要實(shí)際考慮企業(yè)的生產(chǎn)成本，可以選取性價(jià)比高且可靠性能高的國產(chǎn)工藝的零、部件。

2、可靠性設(shè)計(jì)和分析

儀表設(shè)備設(shè)計(jì)者通過對比、測量和試驗(yàn)多個(gè)質(zhì)量特性相類似的外協(xié)零、部件，通過對比其質(zhì)量、數(shù)據(jù)結(jié)果以及價(jià)格來綜合評定生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)。

3、可靠性評估分析與測試

首先，軟件工程師根據(jù)課題任務(wù)書要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，程序模擬運(yùn)行無誤后，硬件工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，通過分析評估，設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)適用的硬件模塊，以達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次，產(chǎn)品生產(chǎn)的預(yù)備期和運(yùn)行期都應(yīng)進(jìn)行可靠性分析與測試;產(chǎn)品樣機(jī)參數(shù)、軟件技術(shù)資料、相關(guān)的技術(shù)文檔和測試數(shù)據(jù)都應(yīng)記錄存檔。最后，測試后續(xù)工作應(yīng)進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)、經(jīng)驗(yàn)案例分析和寫出可靠性指標(biāo)分析報(bào)告。報(bào)告應(yīng)能反映出產(chǎn)品技術(shù)狀況，能定量反映出產(chǎn)品的制造特性、運(yùn)行和故障檢修情況，并記錄存檔，以便于測試、檢修或售后查詢。

二、常見的儀器儀表故障檢測方法

1、自診斷方法

許多儀器儀表是以單片機(jī)作為基礎(chǔ)，而自身會(huì)存在自動(dòng)檢測的功能，因此，系統(tǒng)在處于維護(hù)過程中需要了解儀器儀表自身的自動(dòng)檢測特性來判斷其出現(xiàn)的故障。

2、儀表線路的診斷

一些智能化的儀表內(nèi)部具有自動(dòng)診斷功能，而利用這一功能，在實(shí)際儀器儀表的可靠性與抗干擾分析當(dāng)中，設(shè)計(jì)時(shí)能夠在最短時(shí)間內(nèi)找到測量環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的故障。同時(shí)，產(chǎn)品制造過程需要與儀器儀表運(yùn)行機(jī)制相適應(yīng)，能夠客觀反映出機(jī)械制造工藝的可靠性水平，并且在實(shí)際應(yīng)用過程中進(jìn)行定量的計(jì)算。

3、觀察法

儀器儀表出現(xiàn)故障后，工作人員要了解故障前后的情況并加以對比，判斷其外觀是不是人為損壞，但外觀正常時(shí)排除人為損壞這一情況，需要及時(shí)斷電，還要對儀器儀表所涉及的一些電子零部件部分進(jìn)行仿真模擬分析，了解其中出現(xiàn)的問題并找出科學(xué)解決方法，保證產(chǎn)品質(zhì)量和水平。將各個(gè)部件作為重點(diǎn)檢查對象，并進(jìn)行針對性的處理。

4、替代法

目前許多智能儀表的結(jié)構(gòu)均是以單元模塊為主。而出現(xiàn)問題的主要原因也是單元模塊損壞、失效或是接插不良而替換相同的部件往往能夠有效排除這一原因。

三、儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設(shè)計(jì)

1、對儀器儀表的干擾來源的分析

一般情況下，會(huì)干擾到儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的因素有：內(nèi)部的開關(guān)、變壓器或電源等，以及外部的用電設(shè)備和電力設(shè)備影響。要對系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，需要先明確干擾來源，以下是具體分析：首先，通過分析內(nèi)部開關(guān)與變壓器或電源的情況可以了解到此類設(shè)備是否有影響到儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在儀器儀表系統(tǒng)中設(shè)計(jì)抗電磁干擾系統(tǒng)，避免儀器儀表受到電磁感應(yīng)的干擾，能夠正常運(yùn)行，此外，確保高壓電網(wǎng)與變壓器磁場的穩(wěn)定性，能夠有效消除儀器儀表的感應(yīng)電勢現(xiàn)象，也將有效減少對系統(tǒng)運(yùn)行的干擾。其次，靜電感應(yīng)是在儀器儀表運(yùn)行中比較容易發(fā)生的干擾因素，也就是兩個(gè)電場之間相互作用，通常是在儀器儀表周邊的電氣設(shè)備等產(chǎn)生，所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須考慮提升儀器儀表的靜電抗干擾能力，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。最后，震動(dòng)干擾因素、化學(xué)干擾因素等干擾因素也被稱為串模干擾，是一種連續(xù)性干擾，主要是因?yàn)楹托盘?hào)發(fā)生串聯(lián)后而產(chǎn)生的，同樣會(huì)影響到儀器儀表的運(yùn)行。

2、抗干擾設(shè)計(jì)

2.1供電系統(tǒng)的抗干擾

在 DCS、PLC 系統(tǒng)等受危害的各類來源途徑中，以電網(wǎng)尖峰脈沖干擾最為明顯，其源自電焊機(jī)、繼電接觸器等相關(guān)裝置。針對此問題，可采取外加UPS 供電和防雷技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)對措施，全面減小甚至完全消除對供電系統(tǒng)所造成的干擾;若不選用 UPS 供電技術(shù)，此時(shí)可選擇的替代形式是設(shè)置隔離變壓器，此舉也可以有效消除電網(wǎng)尖峰脈沖干擾。

2.2屏蔽干擾設(shè)計(jì)

在儀器儀表的可靠性設(shè)計(jì)過程中，不僅會(huì)存在電磁干擾，也會(huì)存在靜電干擾，為防止靜電干擾的危害，在設(shè)計(jì)時(shí)要采取屏蔽措施，以金屬網(wǎng)屏蔽為主，分析屏蔽干擾。主要包括以下2種方法：①在進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)設(shè)備各功能模塊的不同情況，采用相應(yīng)的分類評估方法。如由于運(yùn)行環(huán)境的不同，設(shè)備各功能模塊在運(yùn)行過程中的磨損情況也會(huì)有所差異，因此，在進(jìn)行評估時(shí)先要針對具體的環(huán)境，作出最初的判斷，然后根據(jù)不同環(huán)境進(jìn)行分類處理，再通過設(shè)備的運(yùn)行分析得出評估的結(jié)論。②設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)由于多種原因，造成振動(dòng)速度的不同，在對此種情況進(jìn)行評估時(shí)，應(yīng)首先利用現(xiàn)代化儀器記錄機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)次數(shù)，并根據(jù)振動(dòng)次數(shù)進(jìn)行分級(jí)，然后利用相對應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算，再將計(jì)算得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的比較，進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性。

2.3信號(hào)傳感器的抗干擾

各類信號(hào)中，模擬信號(hào)的敏感性更高，更易受到干擾，同時(shí)其傳輸距離也相對較遠(yuǎn)，因此以屏蔽電纜的方式布線;在形成電纜屏蔽層后，需對其采取接地處理措施，以現(xiàn)場設(shè)備的電位狀態(tài)為參考，若 DCS 系統(tǒng)的接地與之可以達(dá)到等電位的狀態(tài)，宜優(yōu)先選擇電纜屏蔽層雙端接地的方式;若兩者不具備等電位的條件，此時(shí)的電纜屏蔽層設(shè)置方式應(yīng)當(dāng)靈活調(diào)整，需在 DCS 系統(tǒng)側(cè)單端接地，不可出現(xiàn)雙端接地現(xiàn)象，否則等電位電流將流過屏蔽層，無法發(fā)揮出屏蔽接地的作用。

四、對儀器儀表的發(fā)展趨勢分析

目前國內(nèi)相關(guān)的技術(shù)部門已研發(fā)出一些能夠提升儀器儀表可靠性與抗干擾的方式方法，但在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，依舊有很多不可避免的現(xiàn)實(shí)難題，影響儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的效果。所以，有關(guān)于儀器儀表的可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)，在未來很長的時(shí)間，會(huì)有很大的發(fā)展空間。儀器儀表將伴隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展，向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化的方向轉(zhuǎn)型，相關(guān)技術(shù)人員任重道遠(yuǎn)，也會(huì)研究出更多低成本、高效率的設(shè)計(jì)技術(shù)，使儀器儀表的設(shè)計(jì)方案更加合理化，從根本上排除各類可能影響到儀器儀表的可靠性和抗干擾能力的問題，促進(jìn)我國的儀器儀表行業(yè)發(fā)展。

結(jié)束語

綜上所述，在設(shè)計(jì)和測試儀器儀表系統(tǒng)的過程中，不僅要結(jié)合儀器儀表系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，也要結(jié)合儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和條件，提高儀器儀表運(yùn)行可靠性，同時(shí)，明確主要干擾源，針對性地進(jìn)行分析和優(yōu)化，并采取相對應(yīng)的抗干擾措施，強(qiáng)化儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，進(jìn)一步提升儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。

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