电气自动化控制设备可靠性探究

张云军

摘要：随着电气自动化控制设备在我们国家的各个行业内都得到了相当广泛的应用，并且电气自动化控制设备在工作的时候，经常面临着各种不利条件的考验，因而保证电气自动化控制设备的可靠性就显得十分必要。本文以此阐述了电气自动化控制设备可靠性研究的意义，分析了电气自动化控制设备的可靠性测试方法，并对提高电气自动化控制设备可靠性的措施进行了探讨。

关键词：电气自动化 控制设备可靠性

中图分类号：F407文献标识码： A

一、什么是电气自动化控制设备的可靠性测试

通常来说，电气自动化控制设备的可靠性主要是指在一定的条件限制下，有环境和时间来看电气自动化控制设备所能完成一定功能的一种能力。一套电气自动化控制设备是否能够保证我国电气系统的正常运作，是否能够为何电气系统的安全，是否能完成所需的功能，这些都是电气自动化控制设备的可靠性所需考量的范畴。

近年来，电气设备的发展趋势是模块化、系统化和智能化，电气设备的新产品开发的速度在加快；而其使用环境也变得恶劣多样；而所服务的系统又越来越重要和昂贵。以自动开关为例，已广泛地应用于车载、舰载、地面的军用装备，航空航天部门，铁路和交通的信号和通信系统等方面。因电源需要日夜不停地连续运行，这就要求电气开关要经受高、低温，高湿，冲击等考验。运行中往往不允许检修，或只能从事简单的维护。这一切就使得提高电气开关的可靠性研究，变得刻不容缓，十分重要了。

在国际上，通用的可靠性定义为：在规定环境条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。此定义适用于一个系统，也适用于一台设备或一个单元。由于故障出现的随机性质，用数学方式来描述可靠性，常用“概率”来表示。

二、电气自动化控制设备可靠性研究的意义

我们国家是在上个世纪后期开始的对于电气自动化控制设备可靠性方面的研究，且在这样一种研究展开和进行之后就不断通过新措施的退出来促进其处于最佳的发展状态当中。随着我们国家近些年来自动化水平的不断推广和提高，对于电气自动化设备可靠性的研究也显得越来越重要，具体来说，主要体现在以下两个具体的方面：一是可靠性能够保证产品的质量，这主要是因为可靠性本身就是质量控制的重要指标，能够直接衡量产品质量上的优劣，而电气设备对于质量的要求相当高，这就必须保证产品在能够实现自身固有价值的同时满足一系列其他的特定要求；其次好需要注意到可靠性是产品质量控制当中的关键因素，甚至能够在成本的降低以及客户忠实度的保障上有比较好的表现，正是因为这样，在现代竞争激烈的市场环境下，可靠性才成为了竞争胜利的重要筹码。二是可靠性还能够一定程度的增加市场份额，用户的喜好是由产品本身的质量来决定的，因此只有产品较高的保障性才能够最大程度的保障客户的重视程度，以此来最大程度的优化竞争激烈市场当中的企业份额。

三、如何控制设备的可靠性现状的分析

1、元器件质量低下是控制设备可靠性指标偏低的一大原因目前元器件生产厂家众多，参差不齐。如果控制设备的使用企业规模较小，质量管理体系不健全，导致零部件进厂检查出现漏洞；同时，元器件厂家间的恶性竞争，导致产品价格低廉，迫使企业不顾及元件质量进行采购，这些都会导致控制设备可靠性指标偏 低，并且降低了使用寿命。

2、工作环境、使用及维护不当是控制设备可靠性指标低的重要原因:电气设备所处的工作环境多种多样。气候条件、机械作用力和电磁干扰是影响控制设备可靠性的主要因素。

1）机械条件是指电气设备在不同的运载工具中使用时所受到的振动、冲击、离心加速度等机械作用，使得控制设备元器件损坏失效或电参数改变，结构件断裂或变形过大以及金属件的疲劳破坏等。

2）气候条件主要包括温度、湿度、气压、盐雾、大气污染等因素，对控制设备的影响主要表现在使电气性能下降、温升过高、运动不灵活、结构损坏，甚至不能正常工作。

3）控制设备工作的周围空间充满了由于各种原因所产生的电磁波，造成外部及内部干扰。由于电磁干扰的存在，使设备输出噪声增大，工作不稳定，甚至不能安全工作。同时，操作人员在没有完全掌握控制设备原理的基础上进行操作，导致对控制设备不能熟练而正确的操作，并且不能对设备进行及时的维护和保养，都会导致控制设备可靠性指标低。

四、电气自动化控制设备的可靠性测试方法

1、 现场测试法

现场测试法指在现场进行设备可靠性检测，并通过数理统计方法对检测得出的数据进行计算从而得到电气自动化控制设备本身的可靠性指标。现场测试法的优势在于并不需要过多的测试设备，并且由于现场测试法是在对电气自动化控制设备进行应用的过程中进行测试，所以所得出的数据能够更加真实地反映出设备本身的情况，这对节约电气自动化控制设备可靠性的成本投入具有重要的意义，在此过程中接受检测的电气自动化控制设备本身的性能不会受到影响和损坏，在经过测试后一旦可靠性指标符合应用标准就可以出厂。

2、 试验室测试法

通过试验室可以对电气自动化控制设备的工作条件以及工作环境进行模拟，并通过数理统计方法对所得出的数据进行计算得出电气自动化设备本身的可靠性指标。与现场测试法不同的是，试验室测试法可以模拟的工作环境并不局限于一种，由于在试验室中能够比较容易地改变和控制试验数据，所以能够通过多种环境的反复测试来确保电气自动化控制设备可靠性测试结果的精确性，从而进一步保证对其测试数据进行分析的精确性。但是试验室测试法所模拟出的环境会与电气自动化控制设备实际的工作环境具有或多或少的差别，所以容易产生实验以及分析所得数据和实际数据不符的情况，另一方面试验室测试法需要较高的试验投入，同时试验过程中也需要较多的电气自动化控制设备样品，所以进行试验室测试前有必要对可靠性试验样品的成本以及电气自动化控制设备的总生产量进行考虑。一般而言，试验室测试法更适合于大批量的电气自动化控制设备生产中的可靠性检测。

3 、保证测试法

保证测试法指电气自动化控制设备在没有出厂以前就对设备进行故障检测和试验。当前大部分电气自动化设备都是由繁多的零部件构成，这也使电气自动化控制设备所产生的故障具有了较大的随机性。通过对未出厂的电气自动化控制设备进行保证测试，可以对引起电气自动化控制设备过早损坏的故障进行检测，从而有针对性地对电气自动化设备进行修复，从而从生产源头上实现了对电气自动化控制设备失效率的控制，当设备失效率被控制在一定的范围内后，电气自动化控制设备便可以出厂。所以保证测试法的优势体现在可以测试出电气自动化控制设备本身的随机故障，但是由于这种测试方法本身的测试周期较长，所以并不适用于大规模或者大量生产电气自动化控制设备的情况，也因为如此，保证测试法被广泛地应用于小规模的电控设备生产可靠性测试中，并且十分适用于对可靠性的要求较高或者构造相对复杂的设备检测。

4、控制设备可靠性测试方法的选择

4.1场地选择

电气自动化控制设备的工况具有非常大的差别，因此，对试验场地进行选择是十分必要的，应该选择环境较好的区域，在一般环境的设备工作当中，来确保测试工作的客观性。

4.2试验场地

对于不同要求的可靠性指标应该选择不同的试验场地，比如检测设备正常工作下的可靠性指标，应该选择比较典型的试验场地，如果需要检测的可靠性水平划定在某一特定范围时，就应该选择试验场地最为严酷的地区，如果需要了解设备的真实可靠性的数据，那就应该选择相似的试验条件或者相同的试验条件的试验场地。

4.3试验产品

试验产品有各种各样的种类，其特点是比较典型的，这些设备包括纺织机电控设备、造纸机电控设备以及工业电气控制设备等。这些电气自动化控制设备都是大型的设备，其中既有间歇性运转设备，也有连续性运转设备，因此，一定要根据实际情况来选择试验产品。

4.4测试程序

设备程序是统一制定的，而且设备的试验工作必须要有严格的执行试验的测试程序。比如采集数据资料、试验的始末时间、性能指标、确定时间间隔、故障的排除等等，这些都应该有非常严格的规定，只有严格的执行试验程序，才能从根本上确保测试的真实性和准确性。

4.5组织工作

设备试验工作最为关键的环节就是组织工作，试验的组织工作必须有较为严密及高效的组织部门。这个组织部门担负着试验场地的组织以及管理工作，还有就是收集试验数据和整理试验数据的工作。组织部门应该严格的协调试验工作、选择试验成员、分析试验资料、判定试验结果。除此之外，还要将所有的工作人员统一联系起来，统一进行管理，只有这样才能把试验工作做好。

5、对电气自动化控制设备的故障检查

利用直观观察的方法是不能找到电气自动化控制设备的故障所在的，检查人员应该对电气自动化控制设备的内容及工作原理充分的了解清楚，以防止言目检修现象的出现。对电气自动化控制电路进行故障检查时，检查人员应该从设备的主电路入手，察看控制设备电动机的工作情况是否正常，之后沿着电流的反方向对触头系统、熔断器线路进行故障检查，然后根据设备控制电路和设备主电路之间的控制关系，检查电磁线图、线路接头、连锁触点和自锁触电是否存在间题，控制传动及制动结构当中的间题范围，依照这个过程来找出煤矿电控设备的故障部位，然后及时的进行修复，从实质上提高电控设备的可靠性。其他电气自动化控制设备也是如此，要认真的对待每一个检查过程及细节，只有保证控制设备的正常运转，才能有助于可靠性指标的增大。

五、提高电气自动控制设备可靠性的措施

1、严格遵循零部件的选用准则

1）、从生产角度来说，设备中的零部件、元器件，其品种和规格应尽可能少，尽量使用由专业厂家生产的通用零部件或产品。立足于使用国产材料和来源多、价格低的材料；设备（含零部件）的加工精度要与技术条件要求相适应，不允许无根据地追求高精度。在满足产品性能指标的前提下，其精度等级应尽可能低，装配也应简易化，尽量不搞选配和修配，力求减少装配工人的体力消耗，便于自动流水生产。

2）、电子元器件的选用准则。根据电路性能的要求和工作环境的条件选用合适的元器件，元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足设备工作和环境的要求，并留有足够的余量；优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途的标准元器件，不选用淘汰和禁用的元器件；应最大限度地压缩元器件的品种规格，减少生产厂家，提高它们的复用率；除特殊情况外，所有电子元器件应按不同的要求经过必要的可靠性筛选后，才能用到产品中；优先选用有良好的技术服务、供货及时、价格合理的生产厂家的元器件。对关键元器件要进行用户对生产方的质量认定；仔细分析比较同类元器件在品种、规格、型号和制造厂商之间的差异，择优选择。要注意统计在使用过程中元器件所表现出来的性能与可靠性方面的数据，作为以后选用的依据。

工作人员应该根据设备的工作环境以及控制电路的性质需求来选择适合的控制设备运转的零部件，无论是零部件的质量，还是零部件的技术性质及条件，都应该满足控制设备环境及运转的需求。对于零部件的选择，应优先选择经过试验检测合格的零部件，禁止使用存在质量间题的零部件，并经过层层的零部件可靠性的筛选之后，然后再应用于设备的生产当中。除此之外，应选择生产厂家正规并且质量有保证的零部件，并对零部件的规格、种类、型号及生产厂家进行仔细的比较，选择其中最为优质的零部件。

2、严格把握控制设备的设计过程

在控制设备设计阶段，研究产品与零部件技术条件，分析产品设计参数，研讨和保证产品性能和使用条件，正确制定设计方案；其次，根据产量设定产品结构形式和产品类型。因为产量的大小决定着生产批量的规模，生产批量不同，其生产方式类型也不同，因而其生产经济性也不同；同时，运用价值工程观念，在保证产品性能的条件下，按最经济的生产方法设计零部件；在满足产品技术要求的条件下，选用最经济合理的原材料和元器件，以求降低产品的生产成本；全面构思，周密设计产品的结构，使产品具有良好的操作维修性能和使用性能，以降低设备的维修费用和使用费用。

在设计电气自动化控制设备过程当中，应该充分的研究出元器件产品的技术要求，推算出产品设计所需的质量参数，研究出产品的使用性能的条件，通过这一系列的研讨最后制定出控制设备的设计方案。此外，还应该考虑产品的类型及产品的结构。由于企业生产规模的大小是由产量的多少所决定的，所以，企业生产的经济性也是不一样的。

3、对电气自动化控制设备进行散热维护

导致控制设备可靠性指标偏低最为普遍的因素就是设备运转当中产生的温度。在电气自动化控制设备运转的过程当中，设备电能的消耗大部分都是以热能的形式散失，尤其是功率消耗非常大的零部件，比如大功率晶体管、电了管、大功率电阻、变压管等。此外，如果控制设备的外界环境温度过高，就会导致设备运转当中产生的热量无法及时的散发，控制设备的温度会持续的升高，超出零部件最大耐温范围之后，便会造成元器件的热击穿，所以，控制设备的元器件一定要进行散热防护。对于功率比较大的元器件要安装散热器，但安装时应该避免大面积的接触散热器外壳，并在接触面适当的涂抹导热膏，确保设备散热良好。

结语：

提高电气传动及自动控制设备的可靠性一直是十分重要的问题。要结合我国电控及自动化设备的可靠性现状，找出影响电气自动化设备可靠性的关键因素。提出对电气控制及自动化设备可靠性的测定和试验方法，以达到进一步提高电气控制及自动化设备可靠性的目的。

参考文献：

[1]周志敏，孙晓波.《浅析电气设备可靠性设计》[J].电气开关．2003（1）．

[2]沈维阳.《工业企业电气设备可靠性诊断和维修》[J].现代商贸工业．2007（6）．