李　冰

(遼寧省高速公路實(shí)業(yè)發(fā)展總公司，遼寧　沈陽(yáng)　110027 )

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化工行業(yè)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性分析研究

李冰

(遼寧省高速公路實(shí)業(yè)發(fā)展總公司，遼寧沈陽(yáng)110027 )

近年來(lái)，電氣自動(dòng)化的程度相對(duì)較高，電氣自動(dòng)化技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，成為化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著電氣自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多，電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性逐漸成為電氣自動(dòng)化應(yīng)用的主要問(wèn)題之一。本文以PLC控制系統(tǒng)為例，通過(guò)電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性的測(cè)試方法、影響因素及提高方法等幾個(gè)方面對(duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性進(jìn)行分析及優(yōu)化，從而提高化工行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效益。

電氣自動(dòng)化；化工行業(yè)；可靠性；控制設(shè)備；提高方法

近年來(lái)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在人們生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，從簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)到復(fù)雜的航空航天系統(tǒng)的研制都會(huì)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化的控制技術(shù)。電氣自動(dòng)化即為機(jī)械設(shè)備在沒(méi)有工作人員或工作人員較少的情況下按照設(shè)定程序自動(dòng)完成各項(xiàng)操作工作[1-2]。PLC(Programmable Logic Controller)技術(shù)，即可編程邏輯控制器技術(shù)，是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的重要組成部分之一，它是為了實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)的電氣自動(dòng)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的一種控制器。作為化工行業(yè)電氣自動(dòng)化控制的一種主要設(shè)備，PLC技術(shù)解決了各種高危復(fù)雜項(xiàng)目的控制工作，尤其是針對(duì)高精確性的控制，如液面、流量、流速等控制過(guò)程中，PLC技術(shù)起到了不可替代的重要作用。

電氣自動(dòng)化的應(yīng)用提高了化工行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，一方面保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面較好地改善了工作條件。隨著電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，控制設(shè)備的可靠性也日益受到人們的關(guān)注，尤其是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的可靠性問(wèn)題對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率有直接影響。因此，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性研究具有十分重要的意義[3-4]。

1　可靠性測(cè)試方法及選擇

對(duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性進(jìn)行分析，首先必須對(duì)控制設(shè)備的可靠性進(jìn)行有效的測(cè)試。目前常用的可靠性測(cè)試方法有三種：實(shí)驗(yàn)室測(cè)試法、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法和保證測(cè)試法[5]。

1.1實(shí)驗(yàn)室測(cè)試法

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試法是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)符合一定測(cè)試條件的情況下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬，使被測(cè)試的控制設(shè)備達(dá)到實(shí)際環(huán)境所受到的應(yīng)力條件，將實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷的統(tǒng)計(jì)時(shí)間和失效總數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析，得到一系列相關(guān)的可靠性指標(biāo)[6]。

這種測(cè)試方法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求嚴(yán)格真實(shí)準(zhǔn)確，其優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)驗(yàn)環(huán)境比較易于選擇和調(diào)控、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以在設(shè)備使用過(guò)程中再現(xiàn)；其缺點(diǎn)表現(xiàn)為：該方法所需費(fèi)用較高、實(shí)驗(yàn)條件容易受到限制[7]。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試法適合于檢測(cè)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

1.2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法

這種方法是在電氣自動(dòng)化控制設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)測(cè)試設(shè)備使用的可靠性，記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件的計(jì)算分析后得到相關(guān)的設(shè)備可靠性指標(biāo)[8]。

與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試法相比，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法只需要較少的測(cè)試樣品，因此所需費(fèi)用較低；由于該方法是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)條件一致，所以測(cè)試數(shù)據(jù)可以真實(shí)地反映產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中的可靠性。但是這種測(cè)試方法的缺點(diǎn)也需要注意，即容易受到外界的干擾、易受到受控條件的限制等。

1.3保證測(cè)試法

保證測(cè)試法是產(chǎn)品在生產(chǎn)出來(lái)后，在規(guī)定的條件下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)故障工作實(shí)驗(yàn)[8]。電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的元器件數(shù)量較多，故障形式具有多樣性和隨機(jī)性，其故障表現(xiàn)服從指數(shù)分布，即控制設(shè)備的失效率通常呈現(xiàn)出隨時(shí)間而變化的特點(diǎn)[9]。因此，在電氣設(shè)備出廠前進(jìn)行保證測(cè)試，本質(zhì)上就是針對(duì)電氣設(shè)備的失效情況進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)設(shè)備整體和各零部件進(jìn)行不斷地改進(jìn)，確保設(shè)備在出廠時(shí)的失效率符合相關(guān)規(guī)定的指標(biāo)，以保證其在實(shí)際運(yùn)行中的可靠性。

此種測(cè)試方法花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，該方法只適于應(yīng)用于產(chǎn)品的樣本；對(duì)于小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，則可以采用此方法測(cè)試所有產(chǎn)品。保證測(cè)試法主要適用于對(duì)可靠性要求較高、電路組成相對(duì)復(fù)雜并且數(shù)量不大的電氣自動(dòng)化控制設(shè)備[8]。

2　提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的必要性

提高化工行業(yè)中電氣自動(dòng)化設(shè)備可靠性的必要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

2.1有助于化工行業(yè)生產(chǎn)安全有效地進(jìn)行

目前，許多化工企業(yè)都采用了電氣自動(dòng)化設(shè)備，這是由于該設(shè)備不僅有利于提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的技術(shù)含量，滿(mǎn)足了消費(fèi)者的需求。因此，只有提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性，才能保證其始終處于服務(wù)于生產(chǎn)的最佳狀態(tài)。

2.2有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量

化工企業(yè)如果想要在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境中生存，就必須提高所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，從而在與同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)品質(zhì)量的提升不僅取決于生產(chǎn)技術(shù)的支持，還離不開(kāi)電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持。提高了電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性，也就提高所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，從而增強(qiáng)化工行業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3有助于降低化工企業(yè)的生產(chǎn)成本

電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)融入化工行業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，如果在生產(chǎn)過(guò)程中，如果電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性較低，則會(huì)給化工行業(yè)帶來(lái)大量的維修和再次購(gòu)買(mǎi)的成本。因此，只有提高設(shè)備的可靠性，才會(huì)使設(shè)備的質(zhì)量有所保證，使其更好地為化工行業(yè)服務(wù)，減少成本消耗[2]。

3　影響電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的因素

為了采取有效措施提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性，首先必須對(duì)影響控制設(shè)備可靠性的因素有全面的認(rèn)識(shí)。

3.1內(nèi)在因素

影響電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的內(nèi)在因素主要是指設(shè)備本身的缺陷，包括設(shè)備自身各部位的元件質(zhì)量較差，不僅使設(shè)備難以在比較惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，也可能會(huì)受到運(yùn)行環(huán)境中電磁波的干擾。產(chǎn)生內(nèi)在因素的主要原因是設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)企業(yè)為了節(jié)省成本而降低其生產(chǎn)工藝質(zhì)量，導(dǎo)致設(shè)備元件自身的可靠性和質(zhì)量下降[11]。

3.2外在因素

影響電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的外在因素主要是指人為操作因素。在電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的使用和管理過(guò)程中，工作人員沒(méi)有完全按照規(guī)范進(jìn)行操作，導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，再加上電氣自動(dòng)化控制設(shè)備出現(xiàn)故障后沒(méi)有及時(shí)地進(jìn)行修復(fù)，導(dǎo)致其性能無(wú)法高效地發(fā)揮出來(lái)[11]。

4　提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的方法

提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性不僅提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還提高了用戶(hù)的滿(mǎn)意度，因此設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)提出了以下幾種提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性的方法。

4.1提高設(shè)計(jì)的可靠性

提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性，首先需要在設(shè)計(jì)階段就對(duì)其可靠性進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員首先要針對(duì)控制設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行研究，詳細(xì)了解產(chǎn)品的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、產(chǎn)品的性能及使用條件，以便制定出合理的設(shè)計(jì)方案[12]。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、尺寸、形式等因素也都可能對(duì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，因此在設(shè)計(jì)階段均要考慮到這些方面，以便在整體上提高設(shè)備的可靠性。

4.2提高零部件選用的合理性

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備中的零部件種類(lèi)繁多、形式多樣，因此在零部件選擇的時(shí)候要考慮多方面的影響。首先，設(shè)備中的零部件形式要選用專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)的具有較好精度的通用零部件，這樣可以在零部件性能上保證設(shè)備的可靠性；其次，嚴(yán)格檢驗(yàn)零部件的質(zhì)量，不購(gòu)買(mǎi)任何質(zhì)量差的材料，這樣可以在零部件質(zhì)量上保證設(shè)備的可靠性。例如在PLC控制系統(tǒng)裝置中，以PLC技術(shù)為核心，選取能夠完成控制系統(tǒng)、狀態(tài)顯示、信息檢測(cè)和硬件報(bào)警等操作的中央處理單位及傳感器等零部件，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)化工工藝的自動(dòng)控制及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和顯示功能[13]。

4.3提高電子元器件選用的合理性

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備中的電子元器件要根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)條件、技術(shù)性能和質(zhì)量要求來(lái)選擇，優(yōu)先選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的元器件；同時(shí)要有一定量的替補(bǔ)品，保證在元器件出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)更換[12]。對(duì)于電子元器件，具有較好的散熱性能尤為重要，因?yàn)闇囟鹊纳邥?huì)直接影響元器件的靈敏度，同時(shí)也會(huì)影響設(shè)備的可靠性，特別是對(duì)于功率較大的電子元件，一定要保證其較好的散熱性。另外，環(huán)境空氣濕度也會(huì)較大程度地影響電子器件的工作性能，當(dāng)空氣濕度過(guò)大時(shí)，電子器件的性能會(huì)明顯下降。例如PLC控制系統(tǒng)，必須在一定溫度0～55 ℃、濕度小于85%、遠(yuǎn)離震感強(qiáng)烈的震動(dòng)源以及避免與HCl、H2S等腐蝕性氣體接觸的環(huán)境下，才能保證該控制器的正常運(yùn)行[14]。因此，合理選擇電子元器件也是保證電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的重要方法之一。

5　結(jié)　語(yǔ)

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性對(duì)于化工行業(yè)來(lái)說(shuō)具有重大意義，它不僅影響化工行業(yè)的安全運(yùn)行，還制約著產(chǎn)品生產(chǎn)的成本、質(zhì)量和效率。例如在運(yùn)用PLC技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化控制時(shí)，為了有效保障其安全可靠性，需要不斷地提高設(shè)計(jì)、安裝、生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)的抗干擾性，綜合考慮多方面的影響因素，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。因此，在用適當(dāng)方法測(cè)量設(shè)備可靠性的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ岣咂淇煽啃圆⒓右詫?shí)施，電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性就會(huì)隨著科技技術(shù)的發(fā)展逐步提高。

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Reliability Analysis Study of Electrical Automation Control Equipment in Chemical Industry

LIBing

(Expressway Industrial Development Co., Liaoning Shenyang 110027, China)

In recent years, the electrical automation degree is relatively high, and electrical automation control equipment in the enterprise application is more and more widely. How to improve the reliability of electrical automation equipment is becoming increasingly concerned by people, and it has become one of the main problems of the application of electrical automation. From the aspects of electrical automation equipment reliability testing method, influence factors and improving methods, the reliability of electrical automation control equipment were analyzed and optimized by taking the PLC control system for example, in order to improve the product quality and production efficiency of enterprises.

electric automation; chemical industry; reliability; control equipment; improve methods

李冰(1983- )，男，助理工程師，主要從事電氣自動(dòng)化安全控制研究及管理工作。

TQ056.8

A

1001-9677(2016)08-0166-03