实验室电气自动化设备可靠性浅析

崔城诚，宋长友

（中国船舶科学研究中心，江苏无锡 214082）

0 引言

目前实验室中数据采集、试验工况的实现，多数应用了电气自动化设备。一些装置或系统暂时未实现电气化、自动化，但是相应的论证及研制工作已经普遍开展。因为智慧院所相关工作的推进，实验室电气自动化设备之间数据通信、协同作业相关的工作正在有条不紊地进行。整体上实验室电气自动化程度越来越高，且互相之间的联系越来越紧密，但其存在可靠性方面的问题逐渐凸显。可靠性是指设备、系统在一定时间内、一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。实验室的电气自动化设备因故障至其运行异常，影响试验质量及效率，必须得到重视。

1 影响实验室电气自动化设备可靠性的主要因素

1.1 实验室工作环境

实验室有其特有的工作环境，不同位置工作环境不相同，同一位置、不同的试验工况下，工作环境也不相同。设备环境适应能力达不到工作环境的要求，对可靠性有较大的不良影响。比如某国际品牌电机驱动器质量性能优良，但安装位置湿度大，超出其环境适应能力，导致故障率高。某新研调速装置在工厂测试性能稳定，安装到具体环境后故障频出，因现场电磁环境、机械环境等与工厂都不相同。

1.2 部分元器件质量差

实验室电气自动化设备多由各种不同厂家生产的元件组成，其中的伺服控制器、PLC 等部件往往选用国际知名产品，质量过硬，而对接插件、紧固件、接近开关等元器件或多或少存在关注度偏低、质量把关不严等问题。一些厂家为降低成本，选型采购部分质量较差的元器件；日常检修维护时，一些未经过严格检验的元器件也会安装到电路中。若使用质量不达标的元器件，容易损坏而导致故障。

1.3 部分设备线缆的制造安装不到位

实验室中由于虚焊、接头固定不牢、线缆布置固定不规范等原因，导致设备运行异常的情况屡见不鲜，部分故障时隐时现。实践中这类故障排查起来费时费力，又与设备线缆施工质量关系密切，既包括新设备的制造安装，也包括日常检修维护的施工质量。

1.4 设备检修维护方法单一落后

目前实验室中的维修保养以事后维修、定期维保为主。事后维修避免了过分修理，但故障可能导致其他元件损坏或性能下降，从而使得可靠性下降。定期维保是机械以相应规章制度为依据的固定周期、固定流程的维保。这种模式适合机械、电气单一的结构模式，对应故障率模型是浴盆模型。而现阶段的设备是多技术融合体，故障率曲线也不相同，将基于浴盆曲线的定期维修运用到所有设备上并不合理，定期维保可能导致维修过剩或维修不足。维修过剩会把故障引入到本应稳定的系统，维修不足则导致固有可靠性下降。

1.5 设备相关管理

设备从验收交付到报废全过程，无不涉及到设备的管理，涉及设备的验收管理、培训管理、维护使用管理等。实践证明任一环节管理不到位，都会导致不良后果，影响设备的可靠性。如培训管理不到位，导致维护能力不够，从而不能维持设备固有可靠性。

2 提升电气自动化设备可靠性的措施

通过对影响实验室中电气自动化设备可靠性的主要因素分析，并结合相关文献的学习提出以下措施。

2.1 设计提升可靠性

设计任务书应明确设备的工作环境，如气候环境、机械环境、电磁环境、电源质量等，通过选型、必要的环境防护设计、电磁兼容性设计、电气保护电路等手段，确保设备可适应工作环境。元器件选择质量处列出的合格供货方提供的产品，在满足使用要求的前提下应简化设计，减少元件种类数量，尽可能实现元件、组件的标准化、通用化。有标准规范可依的，应依据相应标准规范设计，确保设计质量。

2.2 严格验收并规范施工

控制柜等加工件需在质量处列出的合格供货方制造，按照图纸、技术文件的要求及相应的行业标准严格验收。电缆、接插件等采购件须查验合格证等出厂文件，进行必要的外观及性能验收。现场施工人员需具备必要资质，实验室相关人员应现场技术监督，确保施工严格按照相应的标准规范进行，并通过现场学习培训掌握必要的施工技术，确保实验室内部维保时的施工质量。

2.3 开展状态检修技术的研究及应用

状态检修根据状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备有无异常，预知设备故障，根据其健康状态安排检修计划并实施。其可有效减少事后维修，且能避免定期检修存在的维修不足和维修过剩。状态检测和故障诊断技术是实施状态检修的前提，实验室在传感器技术、信号分析处理、虚拟仪器开发等方面具有丰富技术及经验储备，为状态维修技术的研究及应用提供了有力保障。同时状态检修是系统工程，需建立管理体制、保障体系等规范来实现设备的状态检修，实验室应根据轻重缓急逐步开展各项工作。

2.4 设备寿命周期内管理规范化

设备功能性能验收、随机附件及资料验收、培训、日常使用维护管理等每一个环节都影响设备的可靠性，实现设备管理的标准化、规范化，可以确保每个环节的质量。同时在实践中应该对已有的标准及规范进行优化及必要的简化，避免不必要的资源投入，从而更好地保持设备的固有可靠性。

3 可靠性提升实例

实验室开展的提升设备可靠性的部分实例如下：

3.1 某机构伺服电机系统改造

某机构伺服电机系统的驱动器经常故障，分析认为该型驱动器为追求小型化，结构过于紧凑，导致其不能适应湿度较大的潮湿环境。采用提高通电频次、增加除湿设备的方式，降低了其故障率，但未解决根本问题。于是更换适应潮湿环境的伺服驱动器，同时增加对潮湿环境的通风换气后，运行稳定可靠。

3.2 热线探针维保使用规范化管理

热线风速仪为自动化测试设备，其核心部件热线探针损坏率高，分析原因有：存放点温度和湿度不稳定导致探针热丝结露，人员操作不当。通过配置恒温恒湿柜放置热线探针，同时制定热线探针使用维护操作规程，培训指定维保使用人员，有效降低了热线探针的损坏率。

4 结语

为确保电气自动化设备运行的可靠性，实验室必须充分重视并且积极作为。设备的可靠性首先是设计出来的，一旦制造完成，其固有可靠性就确定了，只能通过日常维保尽可能地保持其固有可靠性。实验室人员应在实践中不断学习、总结、探索，为实验室的可靠运行贡献力量。