導語：如何才能寫好一篇電源可靠性設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】開關電源 可靠性 三防設計

隨著科學技術的進步，開關電源已經應用于人們生活的方方面面，人們對開關電源的的可靠性要求也在不斷的提高，開關電源的可靠性是保證設備正常運行的關鍵。為此如何設計出可靠性性能高的開關電源成為相關研究者重點研究的方向。

1 開關電源可靠性設計

1.1 供電方式的選擇

集中式供電系統和分布式供電系統是開關電源主要兩種供電方式，其中集中式供電系統會由于輸出間和傳輸距離不同的偏差，容易造成壓差，給整個供電的質量造成影響，另外，集中式供電系統采用一臺電源集中供電，一旦該電源發生故障就會影響整個供電系統，分布式供電系統相比集中式供電系統供電質量具有一定的優勢，其供電電源和負載距離比較近，能夠有效改善動態響應特性，除此之外，還具有能源損耗小，傳輸效率高，節約能源的優點，因此分布式供電星相比集中式供電具有一定的可靠性。在設計開關電源時，出于可靠性的考慮，通常都應用分布式供電系統，

1.2 電路拓撲選擇

開關電源的拓撲的結構非常多，有推挽式、半橋、全橋、單端正激式，單段反激式，雙管正激式，雙單端正激式、雙正激式等八種拓撲結構，雙橋或者半橋正激式電路開關能夠滿足電源最大的輸入電壓，所以在選擇開關管時比較容易，單端反激式、單端正激式、推挽式雙端正激式、電路拓撲，其開關管的承受電壓大約是2倍的輸入電壓，給開關管選擇帶來很大的困難。全橋拓撲結構和推挽式拓撲結構容易出現單向偏磁飽和現象，容易造成開關管損壞，半橋電路本身具有自動抗不平衡的特點，可以有效改善開關管損壞的現象。所以根據拓撲結構的特點，為了保證開關電源的可靠性通常選用雙管正激式電路或者半橋電路。

1.3 控制策略

電流型PWM控制主要是中小功率電源中應用的方法，其在電壓控制方面具有以下優勢：

（1）比電壓型控制速度快，并且不出出現電流過大損壞開關管的現象，降低了短路故障和過載現象；

（2）比電壓型紋波穩定；

（3）容易補償，環路穩定；

（4）快速的瞬態響應和優良的電網電壓調整率。經過實踐證明50W開關電源采用電流控制，輸出紋波大約為25mV，遠遠比電壓控制型優良。

硬開關技術往往會受到開關損耗的影響，一般情況下，其開關頻率都在350kHZ之下，利用諧振原理的軟開關技術，可以將開關的損耗降低到零。軟開關技術具有諧振變換器和PWM變換器的優點，可以應用于大功率帶能源中。

1.4 元器件

元器件能夠直接影響開關電源的可靠性，通常開關電源中元器件失效主要有以下幾種原因。

1.4.1 質量問題

制造質量出現問題，解決的方法只有一個就是嚴格的選擇元器件，避免不成熟、劣質的元器件投入使用，選擇有知名度的廠家，最大限度的避免因元器件質量問題影響開關電源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性問題

器件可靠性是常見的基本失效問題，主要和元器件的工作應力水平有關，因此需要選擇可靠性良好的元器件，在選擇元器件時將早期失效。密封性能不合格。穩定性差、電參數不合格、外觀不合格的元器件剔除。在應用元器件之前進行非破壞性試驗進行篩選，通過非破壞性試驗可以明顯降低元器件可靠性的問題，在進行非破壞性試驗時需要讓普通電容器和電阻在室溫條件下，嚴格按照技術要求進行測試。

1.4.3 設計問題

為了有效降低設計問題導致的元器件失效，因此在選擇元器件時最好選用硅半導體，盡量少用褚半導體或者避免使用褚半導體，；最好使用集成電路，盡可能降低分離器件的數目；盡量使用玻璃封裝或者金屬封裝、陶瓷封裝的器件，杜絕使用塑料封裝的器件；設計的原則一般是不使用電位器，但是如果無法避免，就需要對電位器最好封裝措施，對于在惡劣環境下。例如潮濕、煙霧等，在設計時不要選用率電解電容，由于鋁電解電容自身的特性，導致其容易在惡劣的環境中發生腐蝕，進而影響設備的正常運行。在航天設備中應用的元器件因為常常受到空間粒子的影響，容易導致鋁電解電容發生分解。因此在選擇時盡量不要選用率電解電容。

1.4.4 能源損耗問題

能源損耗問題和元器件的工作應力沒有關系，主要和元器件的工作的時間有關，例如鋁電解容易如果長時間運行，鋁電解電容的電容液就會會被破壞，相應的電電容容量就會降低，電解液沒損失40%，電容量就會下降20%。如果點容易的芯子出現干涸，就無法在繼續運行，因此為了避免這種情況的發生，在設計開關電源時，最好注明率電解電容的更換時間，在使用達到更換時間時，強制對其進行跟換。

1.5 安全設計和三防設計

安全性是開關電源重要的一項性能指標，如果開關電源不具有安全性就不可能實現預定的功能，還特別容易發生安全事故，從而導致發生無法挽回的重大損失。因此開關電源必須要具有很高的安全性，那么在設計開關電源時，需做好防止觸電燒傷的措施，對于防觸電可以將輸出端設計為空，對于防燒傷控制其暴露在外面的機殼以及散熱性等零件不要讓去其溫度超過60度。在開關設計時，密封的要求也非常高，因此對于要求密封的器件做好相應的密封措施了對于暴露在空氣中的結構，不要設計凹陷的結構，做好防潮防腐蝕措施，對于開關的電源結構可以應用密封或者半密封的形勢隔絕不利的因素，在組建表面涂覆準用的防潮、防霉菌、防鹽霧氫氣，避免任何對開關電源不利的因素，保證開關電源的可靠性。

2 結束語

開關電源的可靠性和開關電源設備的性能息息相關，因此保證開關電源的可靠性保證開關電源的設備的正常運行，選擇合適的元器件，合適的拓撲電路沒做好安全設計和三防設計可以有效提高開關電源的可靠性。

參考文獻

[1]姚洪平，劉億文，薛晨光.開關電源可靠性設計研究[J].電子制作，2013，17：39.

[2]劉志雄.開關電源可靠性設計探討[J].現代商貿工業，2010，09：325-326.

[3]黃永俊，張居敏，胡月來.開關電源可靠性的設計[J].農機化研究，2005，02：147-148.

篇2

【關鍵詞】LED路燈 恒流驅動電源 可靠性容差設計 正交試驗 均勻試驗

電子電路內的很多元器件的參數值在分散化加工、外界因素與老化反應的制約性常常會出現與標準值偏離的現象，而電子線路可靠性容差設計能夠對上述現象起到緩解作用。本文在整合前人研究成果的基礎上，應用了正交試驗與均勻試驗這兩種數學手段，旨在實現優化以EDA為基準的可靠性容差設計方法，確保LED控制電路輸出功率的實效性。

1 可靠性容差設計方式方法

1.1 正交試驗的靈敏度分析

電路靈敏度實質上就是電子電路每個電路元器件參數對其輸出特性的敏感程度。通常應用相對靈敏度去判別因素對目標特性造成的干擾程度，其可以用電路輸出特性的相對變化量和元器件參檔南嘍員浠量之間的比值得出來。設f=f（x1，x2，x3…xn），其中f―電路的輸出特性，xi―電路的輸入特性。如果x10，x20…xn0為n個元器件參數的中心值，可以推導出Sfxi（相對靈敏度）的數學表達式如下：

在電路系統內部元器件類型多樣化的情況下，電源靈敏度分析工作也將是繁重的，所以實驗設計方式的輔助是優化試驗質量的有效對策。正交試驗為多因素試驗的一種類型，其在整體試驗中挑選出關鍵點開展試驗，這些關鍵點帶有勻稱性與整齊性特征，具有較高的應用價值。在對LED路燈恒流驅動電源可靠性容差開展正交試驗過程中，通常應用極差分析法達到對其靈敏度分析這一目標。

1.2 均勻試驗的容差分析

在對LED路燈恒流驅動電源可靠性容差分析過程中，蒙特―卡羅分析方法具有較高的應用率。其應用原理可以概述為，當電路元部件參數與某種分布形態相匹配之時，借助組成電路系統的一些參數抽樣值去實現分析電路性能參數偏差。該統計分析方法所取得的結果和真實值最為貼近，但是需要進行多次試驗。

2 基于EDA仿真技術的LED路燈恒流驅動電源可靠性容差設計模式

在EDA仿真技術的協助下，LED路燈恒流驅動電源可靠性容差設計方法的程序圖可以用圖1表示出來。

對上述程序圖進行解析，可以將LED電子線路可靠性容差設計方法分解為以下兩個過程：過程Ⅰ為程序圖中的1～3，其宗旨是明確電路性質與可靠度標準，并借助EAD軟件開展仿真工作；過程Ⅱ為程序圖中的4～8，在電子線路EAD模型、蒙特-卡羅分析、正交試驗、均勻試驗等數學方式方法的協助下，對LED路燈恒流驅動電源的容差進行科學的分析與配置，最后獲得確切的容差設計結果。在沒有滿足標準的容差配置方案的情況下，需要進行9對LED電路參數進行重新設計與規劃。

3 探究LED路燈恒流驅動電源技術標準

眾所周知，LED路燈工作電壓值處于較低的層次上，多數為（3.4士0.2）V，單顆LED芯片功率工作電流在0.20-1.40之間波動，并且為單向傳導模式。為了確保LED路燈功率的正常輸出，需要借助驅動電源把220V市電轉變為LED正常工作的特定電壓與電流。面對市面上多種LED路燈驅動電源，在對其選擇之時應該對以下幾點進行考慮：

3.1 輸出恒流性優良

參照LED的電學屬性，其安裝的驅動電源務必要確保流經LED電路的電流始終維持恒流狀態，也就是對LED紋波電流施以管控手段，使其電流值始終小于平均電流的20%。

3.2 LED驅動電源的功率因數（PF）應該處于較高的檔次上

現階段市面上銷售的驅動電源都備有功率因數指標標準，所以可以借助功率因數校正（PFC）技術去實現提高驅動電源功率因數這一目標。

3.3 LED驅動電源應該體現出高效性

LED驅動電源效率在有所保障之時，不僅僅可以強化LED路燈發光明亮度，實現節能降耗這一目標達到節能的目的，同時借助降低能耗量的途徑，達到降低LED表面溫度的目標，這樣LED路燈的使用年限就會延長。

3.4 驅動電源應該具備抑制電磁干擾（EMD）的功能

上述目標的實現，可以采取將EMI濾波器安裝進LED驅動電源輸入端口的形式，過濾剔除掉電網的干擾，同時預防驅動電源干擾電網。

4 結束語

現階段，LED路燈驅動電源面對的最大問題就是使用年限過短，而導致這一問題衍生出來出的主要原因在于LED路燈驅動電源需配置電解電容。應用多樣化數學手段可以實現優化ED路燈恒流驅動電源可靠性容差設計方案的目標，從而為LED路燈恒流驅動電源的可靠性指標的確立及模型的完善奠定基礎，使LED路燈的智能調光優勢彰顯出來，為無線調光技術的發展鋪路墊石。

參考文獻

篇3

引言

隨著科學技術的迅速發展，機電產品在國防、工業、農業、商業、科研和民用等方面的應用種類越來越多，而且都離不開電源技術和其它技術的應用。如果在其應用中忽略了可靠性管理，機電產品的質量也不會得到保證?？煽啃允钱a品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。所以，可靠性是產品質量的時間指標，是產品性能能否在實際使用中得到充分發揮的關鍵之一。機電產品的可靠性是設計出來的、生產出來的?？煽啃栽O計必須與機電產品的功能設計同步進行。因此，設計人員必須明確可靠性設計的目的并掌握可靠性設計的方法。

下面僅對機電產品的可靠性進行部分簡要探討。

1 可靠性設計

1.1 可靠性設計的目的

可靠性設計的目的一般包括以下幾個方面：

——政治目的任何國家的產品的先進性和可靠性對其國際貿易、國際聲譽和國際地位都有很大的影響，因此，各國政府都很重視產品的可靠性問題；

——經濟目的對銷售而言，產品的質量和可靠性水平是其占領市場份額和獲得信譽的關鍵性因素；對生產而言，生產設備的可靠性故障會影響生產，造成經濟損失；因此，各廠家和用戶都很重視產品的可靠性問題；

——軍事目的軍用設備的可靠性直接關系到戰斗的成敗，人員的傷亡，甚至國家的安全，因此，各國都很重視軍用產品的可靠性問題。

1.2 可靠性設計的指導思想

可靠性設計技術是在產品的設計中采取相應的措施，以提高產品的可靠性并達到可靠性指標的一門技術。為此應當充分注意以下幾個方面：

——充分估計現有的技術水平，盡量采用成熟的、定型的、標準的原材料、元器件、電路和工藝來完成設計；

——準確掌握產品在運輸、儲存和使用中可能遇到的環境條件，采取相應的可靠性設計技術，以便使產品增強對環境的適應能力；

——應當充分滿足設計與工藝制造、調試檢測和維護使用的相互要求；

——可靠性定量活動應當貫穿于產品研制的全過程，包括可靠性分析、預計、論證、指標的確定和分配、設計、制造、調試檢測和維護使用等；

——重視和加強設計階段的可靠性管理，在設計中，必須貫徹和執行可靠性設計的技術標準和規范、產品可靠性要求事項、可靠性工作計劃和可靠性審查程序等管理措施。

1.3 可靠性與維修性指標的論證和確定

可靠性與維修性指標的論證應當特別注意以下兩個問題：

——被論證的機電產品應該具有哪些可靠性與維修性指標用來表征產品可靠性的數量特征有很多，對被論證的機電產品應該根據其用途選用適當的可靠性與維修性指標，例如對可修復的連續工作的機電產品，應以規定時間內的可靠度或平均無故障工作時間和平均維修時間作為主要可靠性指標；

——決定機電產品可靠性與維修性指標的高低應當根據使用要求、成本和研制進度來決定機電產品可靠性與維修性指標的高低，例如軍用機電產品的可靠性與維修性指標過低，不僅會喪失戰機，而且還將處于被動挨打狀態；而可靠性與維修性指標過高，不僅會延長研制周期，而且還將增大研制經費。

1.4 可靠性指標和性能指標的關系

可靠性指標和性能指標的關系應當特別注意以下3點：

——可靠性是產品質量的時間指標；

——如果達不到可靠性指標的最低要求，性能指標再好也沒有實際使用價值，反之亦然；

——性能指標的裕量是保證可靠性指標的必要條件。

1.5 可靠性增長

任何產品初期的可靠性不可能達到預期的水平，都需要一個經過不斷地采取各種糾正措施的增長過程。可靠性增長應當把握以下3個主要因素：

——產品的信息反饋，特別應該重視用戶的意見；

——產品可靠性故障的檢測與分析；

——采取相應的糾正措施并進行試驗驗證。

2 元器件的選擇與使用

元器件是機電產品可靠性的基礎之一，很多機電產品的失效是由于元器件的性能和質量問題造成的。例如，國內某煉鋼廠用中頻爐熔煉鋼鐵，其中頻電源是利用晶閘管全橋逆變獲得的，每個橋臂上的晶閘管均并有阻容吸收電路。熔煉過程中，由于阻容吸收電路中的電容被擊穿導致晶閘管失去保護而被擊穿，從而造成直通故障和快速熔斷器熔斷，中頻爐斷電，正在熔煉的鋼鐵凝結在爐中，造成極大損失。由此可以看出元器件的選擇與使用的重要性。

2.1 元器件的選用原則

元器件的選用要遵循下述原則：

——根據產品要實現的功能要求和環境條件，選用相應種類、型號規格質量等級的元器件；

——根據元器件使用時的應力情況，確定元器件的極限值，按降額設計技術選用元器件；

——根據產品要求的可靠性等級，選用與其適應的并通過國家質量認證合格單位生產的元器件；

——盡量選用標準的、系列化的元器件，重要的關鍵件應選用軍用級以上元器件；

——對非標準的元器件要進行嚴格的驗證，使用時要經過批準；

——根據國家或本單位的元器件優選手冊選用。

2.2 器件封裝結構和質量等級的選擇

2.2.1 器件封裝結構的選擇

環氧樹脂塑封器件為非氣密性結構，易受潮氣、鹽霧和其它腐蝕性氣體的侵蝕而失效。因此，對使用環境苛刻的產品，應當選用金屬、陶瓷或低熔點玻璃封裝的器件。

2.2.2 質量等級的選擇

質量等級是指元器件裝機使用前，在制造、檢驗和篩選過程中質量的控制等級。我國電子元器件分為A，B，C三個質量層次，每個質量層次包含幾個質量等級，每個質量等級都有相應的質量系數。

質量等級的選擇原則為：

——對可靠性要求高的產品，優先選用通過生產線軍用標準認證并已上QPL（質量認證合格產品目錄）表的元器件；

——關鍵件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件應當選用質量等級高的元器件；

——其它元器件可按其生產執行標準，參照國標中質量等級順序選用。

2.3 降額設計

2.3.1 降額設計的依據

電子元器件在使用或貯存過程中，總存在著某種比較緩慢的物理化學變化。這種變化發展到一定程度時，會使元器件的特性退化、功能喪失，即失效了。而這種變化的快慢，與溫度和施加在元器件上的應力大小直接相關。為此，應當對元器件實行降額設計。

2.3.2 降額等級

對不同的元器件，應用在不同的場合，實行不同的降額等級：

——Ⅰ級降額，是最大降額，應用于最關鍵設備；

——Ⅱ級降額，是中等降額，應用于重要設備；

——Ⅲ級降額，是最小降額，應用于一般設備。

2.3.3 降額注意事項

降額注意事項如下：

——有些元器件的應力是不能降額的，如電子管的燈絲電壓、繼電器線圈的吸合電流；

——有些元器件應力的降額是有限度的，如薄膜電阻器的功率減到10％以下時，二極管的反向電壓減到60％以下時，失效率將不再下降；

——有些電容器的降額可能發生低電平失效，即當電容器兩端電壓過低時呈現開路失效。

2.3.4 降額系數

降額系數是依靠試驗數據和使用的環境來確定的。確定降額系數的方法如下：

——數學模型及基本失效率與溫度、降額系數之間的關系曲線；

——減額曲線給出了為保證元器件可靠工作所選擇的降額系數與溫度之間的函數關系，當在該減額曲線上工作的半導體結溫達到其最高結溫時，其失效率仍然較高；

——應用減額圖，即在減額曲線的下方，通過試驗找到一條半導體結溫較低的減額曲線；

——各種元器件的減額因子參見國家標準。

3 三防設計

任何機電產品都是在一定的環境下工作的，而潮濕、鹽霧和霉菌會降低材料的絕緣強度，引起漏電，從而導致故障。因此，必須采取防止或減少環境條件對機電產品可靠性影響的各種方法，以保證機電產品工作中的性能。例如，國內某廠家生產的UPS，由于沒有采用三防設計，在沿海和潮濕地區應用時多次發生故障，致使該廠家的維修費用過高，幾乎到了無利可圖的地步。由此可以看出采用三防設計的重要性。為此應當充分注意以下幾個方面。

3.1 防潮設計

防潮設計的原則如下：

——采用吸濕性小的元器件和材料；

——采用噴涂、浸漬、灌封、憎水等處理；

——局部采用密封結構；

——改善整機使用環境，如采用空調、安裝加熱去濕裝置。

3.2 防霉設計

防霉設計的原則如下：

——采用抗霉材料，例如無機礦物質材料；

——采用防霉劑進行處理；

——控制環境條件來抑制霉菌生長，例如采用防潮、通風、降溫等措施。

3.3 防鹽霧設計

防鹽霧設計的原則如下：

——采用防潮和防腐能力強的材料；

——采用密封結構；

——岸上設備應當遠離海岸。

4 抗震設計

任何機電產品都要經過從廠家到用戶的裝運過程，特別是在振動場合下應用的機電產品，必須采取防止或減少振動環境條件對機電產品可靠性影響的各種方法，以保證機電產品工作中的性能。例如，國內某個著名研究所在上世紀60年代購入一臺幾十萬元的真空熔爐設備，在廠家驗收合格后運往北京。然而經過多次調試，其高壓電源均調不到額定值，只好丟棄在庫房中。后來被另一個研究所以廢品的價格買走，打開高壓電源的油箱后發現高壓變壓器的初級繞組三相進線中有一根斷裂。這很可能是該產品從廠家到北京的裝運過程中發生的。由于沖擊和振動會引起材料的機械強度降低，甚至會發生材料斷裂，從而導致故障。為此應當充分注意以下幾個方面：

——印制板上各元器件引腳線長應當盡量短，以增加抗振動能力；

——印制板應當豎放并進行加固；

——較重的器件應當進行加固；

——懸空的引線不宜拉的過緊，以防振動時斷裂；

——運輸機電產品時，應當加強防震措施；

——振動場合應用的機電產品，應當采用防震措施。

5 電磁兼容性設計

電磁兼容性是指電子設備在電磁環境中正常工作的能力。電磁干擾是對電子設備工作性能有害的電磁變化現象。電磁干擾不僅影響電子設備的正常工作，甚至造成電子設備中的某些元器件損害。因此，對電子設備的電磁兼容技術要給予充分的重視。既要注意電子設備不受周圍電磁干擾而能正常工作，又要注意電子設備本身不對周圍其他設備產生電磁騷擾，影響其他設備正常運行。

例如，國內某廠家生產的二氧化碳激光器刻標機，由于對電磁兼容性設計重視不夠，每當二氧化碳激光器刻標機運行時，其周圍的計算機等電子設備便無法工作。這主要是因為二氧化碳激光器刻標機運行時產生的空間電磁輻射干擾所致。為此應當充分注意以下幾個方面。

5.1 電磁兼容性控制計劃

電磁兼容性控制計劃主要包括以下各項：

——落實電磁兼容性管理機構的職責、權限和實施計劃；

——電磁兼容性的預測和分析；

——制定項目的電磁兼容性標準；

——進行項目的頻譜管理；

——制定電源、結構、工藝、布局等電磁兼容性的要求；

——擬制電磁兼容性試驗大綱。

5.2 電磁兼容性設計指標

電磁兼容性設計指標可以參照相應的國家標準。

5.3 電磁兼容性設計方法

電磁兼容性設計方法主要包括以下各項。

5.3.1 抑制騷擾源

抑制騷擾源的主要方法如下：

——限制騷擾源的電壓、電流變化率；

——限制騷擾源的電壓、電流幅?；

——限制騷擾源的頻率；

——直流電源的去耦；

——交流電源變壓器的電磁屏蔽；

——對感性負載的騷擾源采取相應措施；

——采用獨立電源。

5.3.2 切斷干擾的耦合通道

切斷干擾的耦合通道的主要方法如下：

——完整的電磁屏蔽以切斷空間干擾的耦合通道；

——合適頻譜的濾波以切斷線路傳導干擾的耦合通道；

——適當的接地以降低地線干擾的耦合通道；

篇4

關鍵詞： PLC控制系統; 可靠性設計; 冗余設計; 方案；

前言

可靠性是系統和產品的主要屬性之一，是考慮到時間因素的產品質量，對于提高系統的有效性、降低壽命期費用和防止產品發生故障具有重要意義。影響系統可靠性的因素很多，因此，提高其可靠性的途徑也很多。本文在此將從影響 PLC控制系統的外部因素和內部因素二方面進行探討，給出相應的可靠性設計方案和重要的冗余設計技術。只要在實際工作中，善于觀察，善于總結積累經驗，就可以充分考慮到對PLC.的各種不利因素，在實際應用中采取適當措施;使控制系統可靠、安全地運行。

一、 PLC 的可靠性設計分析研究

外部原因主要包括溫度、濕度、電源、空氣、振動和沖擊等因素。根據其各自特點，采取相對應的調整即能較好避免故障的發生。

1、溫度： PLC 的工作環境溫度為 0~ 55℃ ，且不可急劇變化。由于溫度的變化將直接影響 PLC元器件的可靠性和壽命，所以必須采取措施取制溫度的上下限。當溫度超過 55℃ 時,可通過將系統安裝于通風好、有空調的控制室內，在柜中設置風扇、冷風機等措施。當溫度低于 0℃ 時，可通過在柜中設置加熱器，不切斷控制電源等來改善。

2、濕度： PLC 工作相對濕度為 30% ~ 85% ，濕度過大或過小可導致 PLC內部元件性能惡化、短路和靜電感應損壞等不良后果。可采用以下對策： 盤柜設計成封閉型，電路板覆蓋保護層，盡量避免人體接觸感應等。

3、電源： 多數外界干擾都是通過電源線進入 PLC的，所以電源的設計尤為重要?？梢詫恿Σ糠?、控制部分、PLC和 I/O電源分別配線，并將 PLC的電源用帶屏蔽層的隔離變壓器隔離。

4、空氣： PLC不可安裝在有塵埃、導電粉末、有害氣體、水分、有機溶劑、強堿性溶液的環境中，應將盤柜設置成密閉結構，以防止對系統可靠運行有影響的不清潔空氣進入。

5、振動和沖擊： PLC 不能經受較大的震動和沖擊,所以應該將 PLC設置在遠離振源的場所，并安裝防振橡皮等。

二、 PLC 的冗余設計技術分析研究

內部原因包括系統的偶然性故障和長時間使用后的性能老化，以及經過可靠性增長試驗仍未能發現的軟件和硬件缺陷等引起的故障。冗余設計技術主要針對系統可能出現的永久性、瞬間性和間歇性故障進行冗余設計。冗余技術即采用備用的硬件或軟件參與系統的運行或處于準備狀態，一旦系統出現故障，能自動切換,保持系統不間斷地正常工作。

1、軟件冗余： 采用程序復執的方式，能有效地預防和處理瞬時故障。所謂復執，是指在系統出現瞬時故障時，重復執行故障的那一部分程序，這樣系統不必停機，往往可以自動回復到原來正確的動作，這實際上是一種時間冗余方式。

2、硬件冗余： 在沒有冗余的 PLC 系統中，一旦發生故障，就會引起整個生產系統發生故障而不能正常工作。因此，沒有冗余的 PLC系統可靠性最低。重要的生產系統必須有冗余，即在 PLC系統中并聯若干 PLC系統，以便當其中一個 PLC系統發生故障時，整個生產系統能正常工作。硬件冗余有多種方式，常用的有：

①并聯冗余： 只有當組成系統的所有單元都失效后，整個系統才會失效，這種系統稱為并聯系統。這種系統只要有一個單元不失效，整個系統就不會失效，所以是一種工作冗余。

②表決冗余： 如果組成系統的 n 個單元中，只要有個 k單元不失效，系統就不會失效，這種系統稱 k /n表決系統。

③旁聯冗余： 這種系統由 n 個單元組成，其中只有一個單元在工作，其余 n-1個處于等待狀態，當工作元件失效時，通過失效檢測裝置及轉換裝置，使另一單元開始工作，單元逐個頂替工作，直到全部單元失效為止，因此是一種后備冗余。因此，從上面的分析可以得出，這種冗余設計是大幅度提高 PLC可靠性的有效措施。而且它在工業控制的實際應用中已經證明并聯冗余設計是可行的、有效的。

三、改進的冗余設計方案分析研究

上述冗余設計是將系統的輸入輸出分別連接多臺內容完全相同的 PLC，當一臺 PLC出現故障時，可切換到另一臺 PLC繼續工作，保證了系統的正常運行，提高了系統的可靠性。但是由于冗余設備長期處于空閑狀態，使得控制系統的成本大幅度地增加，因此其應用必然受到一定程度的限制。下面介紹一種新的冗余設計方法： 雙重并聯冗余設計。如：PLC1 和 PLC2同時并聯工作，當錯誤檢測器發現某一臺輸出不正常時，通過診斷邏輯起動停止開關，截斷出錯 PLC的輸出，并由另一臺 PLC接替出錯 PLC的工作。本系統的優點是在并聯通道的后部交叉設置了與門和或門，當兩路都正常工作時，可以實現兩臺 PLC無空閑雙重工作; 當有一路發生故障時，另一路通過與門和或門同時支持兩路的輸出。這一設計完全解決了并聯冗余系統必須有一路或多路空閑的缺點，不僅提高了系統的可靠性，而且節約了系統的成本。

四、 PLC控制系統的安全設計分析研究

盡管PLC的運行是安全、可靠的，作為一個系統來說，穩定可靠仍然是不可忽視的問題.系統安全設計要充分利用PLC的特點，使PLC的運行能真正達到安全、可靠。一是，硬件保護。主要包括：聯鎖保護、限位保護和急停保護等。二是，軟件保護。主要包括：聯鎖保護、限位保護、限時保護和自檢保護等。PLC是利用存儲程序進行控制，用存儲的程序進行安裝保護，也可以使其只執行正確的操作，而拒絕錯誤的命令。軟件保護主要利用自檢信息及時發現隱患，清除故障;也可針對工程的特點，自編診斷程序而排除故障，以確保PLC可靠、穩定、安全運行。

五、 PLC控制系統可靠性的管理分析研究

1、人的管理。隨著科技的發展，自動化的科學含量不斷的提高。這將對工作人員的素質提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設備情況、檢修、規劃和設計等;而且還要懂得計算機以及具有一定技術水平。因此，必須從人員的培訓力度、培訓方式和培訓內容等著手。不斷提高工作人員的業務素質和思想素質，才能勝任其工作崗位。

2、維護管理

PLC控制系統的可靠性，其主要因素還是要做好后期的維護管理工作，維護設備主要部位：供電電源，外部環境、安裝狀態、電源(Ps)、中央處理單元(CPU)、信號模板(SM)及壽命元件輸人、輸出中間繼電器等設備等。

六、結束語

PLC是專為工業生產環境設計的計算機控制設備，具有可靠性高、抗干擾能力強的特點，一般不需要采取特殊的措施，PLC就可直接應用于工業環境中。但工業控制現場條件多很惡劣，干擾強，同時還需考慮PLC自身的故障，因此必須注意諸多因素，以保證 PLC系統長期安全可靠地運行。以上就是個人的一些見解，供同行參考。

參考文獻：

[1] 陳 明. 電測與自動化裝置可靠性 [M ]. 西安： 西北工業大學出版社，1989.

[2] 趙躍華. 可編程序控制器及其應用 [M ]. 成都： 電子科技大學出版社，1998.

[3] 梁景凱. 機電一體化技術與系統 [ M ]. 北京： 機械工業出版，1999，9.

[4] 趙中敏. 容錯技術在數控機床中的應用研究 [ J]. 組合機床與自動化加工技術，2003，( 10).

篇5

1可靠性設計管理目標

在論述可靠性設計管理之前，需要明確可靠性設計管理的目標是什么。根據筆者的設計經驗，電子產品設計有三條研發平行線，也可以說三個研發層次：功能與性能設計、可制造性設計、可靠性設計，如圖二所示。功能和性能設計是指通過軟件和硬件手段設計出“達到”用戶要求的產品，功能和性能設計的基礎是用戶需求。可制造性設計是指為了滿足用戶批量使用要求而進行的物料、供應商、工藝（設計、生產）、工裝測試等方面的設計工作，是使設計的產品從制造角度“持續達到”用戶要求。可靠性設計是指通過各種手段和管理，使產品全生命周期的功能和性能“超越”用戶要求。這三個層次是一個漸進層次，其頂點就是可靠性設計層次，同時這三個層次在具體實施的時候是平行的，要真正設計出超越用戶要求的產品，在進行功能、性能設計的同時需要進行可制造性設計和可靠性設計[5]。

2可靠性設計管理分析

從圖一可以看出，可靠性設計管理是一個復雜的系統管理，不但包含對人力資源的管理，還包括工具、方法、供應商等各個方面。下面將從人、工具、物料等幾個方面簡單分析。

2.1人從人的角度來講，要締造高可靠性的電子產品，需要在人力資源管理上做文章，使設計人員能夠達到可靠性設計的技術水平和可靠性設計的意識。提升設計人員技術水平使之達到可靠性設計要求的技術水準，以硬件工程師為例，硬件工程師必須成為硬件設計師、器件工程師、工藝工程師、測試工程師，做到4類設計師才是合格的硬件工程師。硬件工程師素質簡化模型如圖三所示。一個僅僅能夠進行原理設計和PCB制圖的工程師不是硬件工程師，他還需具有器件、工藝和測試的知識，并在設計過程中應用這些知識，從而實現設計可靠、性能可靠、器件可靠、可制造性高的電子產品。在提高設計人員的可靠性設計意識方面，我們要求研發人員對產品全生命周期負責，任何質量問題都源于設計，采用產品質量追溯問責制，充分讓設計人員意識到設計高可靠性產品是對產品品質負責、對用戶負責、對自己負責，從而使可靠性設計成為設計人員的自主自覺行為。

2.2料從料的角度講，要締造高可靠性的電子產品，就是在物料可靠性、物料體系的穩定性、供應商管理的角度去規范管理，使物料設計、物料體系達到可靠性設計的要求。從器件選型角度來說，設計師首先列出可靠性指標并根據需求和指標完成初步選型，將初步選型的器件按照關鍵器件、非關鍵器件、弱質量器件進行分類篩選。關鍵器件需要進行相關的局部電路測試，重點考核其性能與功能是否達到可靠性指標。弱質量器件需要進行重點故障規避，防止使用過程的質量問題。從供應商管理角度來說，一定不要將樣機階段的供應商物料與批量階段的供應商物料對等處理，因為這是不同的兩個過程。我們要約束供應商提供可靠品牌、可靠渠道、可靠產地、性能一致性高的物料，同時與供應商共同加強管理，達到可靠性上的“雙贏”。

2.3機這里所謂的“機”，在電子產品設計上可以引申為工具，好的設計工具在電子產品設計中可以起到事半功倍的作用，但是工具也不是完全被依賴的，只有合理利用適當的工具才能夠對設計提升有幫助。目前，電子電路設計軟件如Candence/Alegro、Protel99se的升級版Altium.Designer等EDA軟件均具有各類仿真和信號完整性測試、工藝圖測試等功能。利用這些工具我們就可以在原理圖設計時完成功能性信號仿真和測試，從而提前選定關鍵電路模塊的參數。圖四顯示的是某原理圖中Ram存儲器啟動時的信號仿真。利用PCB后期的信號完整性測試，可以在實際板件未制作前完成與PCB工藝和各種器件參數匹配的信號完整性測試，而在以往這些測試是需要經過幾次制板調試才能夠完成的。圖五顯示的是某PCB板件測試點的信號完整性分析。各類有限元分析軟件和專用軟件如FLOTHERM等可以幫助我們的電子產品造型工程師和PCB工程師在設計時準確把握產品的空間熱設計。圖六顯示的是某電子設備板件熱特性分析。

2.4法從法的角度，包含設計過程中的設計方法、測試分析方法，當然也包括本文我們所研討的設計管理方法。以測試分析方法為例，目前智能院測試體系已經基本健全，正在不斷豐富和完善測試系統，智能院每一種產品和板件都經過包括靜電、脈沖群、雷擊浪涌、高低溫、震動、電源抗反接、異常狀態模擬測試、功能極限測試等各類嚴格的歸零測試。這些測試保證了產品的可靠性和質量。但是這些是遠遠不夠的，下一步我們將針對工程機械應用環境進行研究，形成各種主機環境、各種應用環境下的針對性測試模型，將我們的每個產品放在這些模型中進行可靠性測試，從而真正達到并超越客戶要求的高性能、高可靠性產品。從設計角度來說，產品關鍵模塊測試與設計過程同步、關鍵電路理論模型數據與實際測量數據比對、信號完整性分析、軟件可用性評估等已經在智能院各類產品的設計過程中得到應用。以后我們還會將這些在產品的全生命周期，從設計、用戶反饋、售后質量、故障品維修中發現和解決的問題，形成故障樹，使產品生命線可追溯，并保持產品間的借鑒性。從設計管理方法上講，我們雖然形成了一定的可靠性設計的思路，但是尚缺乏系統性和完整性，下一步我們將在可靠性設計上逐步形成一整套可行可靠的方法論，并通過可靠性設計管理加以固化和約束。

3結束語

篇6

[關鍵詞]石油測井儀器；可靠性；設計

中圖分類號：E933 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）36-0357-01

石油測試儀器的可靠性具有與一般的電子設備可靠性不同的要求。因此，可靠性試驗要針對不同的產品分別對待，結合生產過程中的各種條件作相應的調整和改進。如果能考慮模擬試驗和現場實際統計相結合，結果一定會更加合理。關于提高石油測試儀器可靠性的技術還有很多，我們要有選擇的運用。隨著技術的不斷進步，對石油測試儀器可靠性的不斷關注，可靠性研究在石油測試儀器中一定會有更大的發展。

1 石油測井儀器可靠性設計方法

根據石油測井儀器的結構特性與使用環境，對其的可靠性設計要把重點放在機械設計與電氣設計上，同時應側重對可靠性保障技術的探究及應用研究。其中，對于機械可靠性的設計，重點要集中于容易出現共振的電子儀器骨架、容易破碎的探測器等一些部件；而電氣可靠性的設計，則主要是進行石油測井儀器常見電子元器件失效規律的研究，以最終尋求到可行的可靠性保障措施。

1.1 機械可靠性設計

石油測井設備不管在研制與生產的時候，還是在利用、運輸或維修的時候，一般都會經受許多種類的機械作用，發動機及其他振動源造成的振動作用就是如此，爆炸、碰撞及顛簸導致的沖擊作用也是如此。于是，石油測井儀器常處于受振狀況。在儀器設備經受沖擊、振動的情況下，其電子元器件、機械結構就會經受損傷，可能損壞，所以以下這個技術問題就顯得相當重要并應及時解決：處于不等的機械振動及不同的沖擊環境內，要確保儀器設備能可靠地運行。防振設計主要需防正弦振動及沖擊：正弦振動即基于頻域對振動問題進行研究，沖擊即基于時域對振動問題進行研究。防止整機或元器件所具備的固有頻率和外界機械振動出現共振是最為重要的?，F針對石油測井儀器結構特性，進行如下機械可靠性設計：

（1）電子儀器骨架的抗振設計分析。當電子儀器骨架存在的固有頻率等同于外界振動激勵具有的頻率時，共振就會出現，從而使儀器整機與元器件受到極其嚴重的破壞。所以，電子儀器骨架抗振設計的重要思想是，將其自身的固有頻率轉移到工作環境中會出現振動的頻段以外，使共振得以避免。據相關資料分析統計，對于車輛，其振動加速度最高可達5.6g，振動頻率在2～150Hz之間，即外界的激振頻段處于0～150Hz之間。按照以上思想，進行電子儀器骨架自身固有頻率的計算，并使用設計方法使其高于200Hz，此時就不會出現二者共振現象，從而實現抗振的設計目的。

（2）探測器防沖擊、抗振設計分析。在放射性測井儀器中，探測器是最弱的一個環節，光電倍增管及晶體均為玻璃器件，容易破碎。因此，在放射性測井儀器的機械結構可靠性設計中，探測器的防沖擊及抗振設計是十分重要的。在實際工程中，通常使用減振器來隔離沖擊與振動影響，并加強儀器設備所具有的剛度和強度，從而提高其抗沖擊與振動的能力。一般應選擇剛度、阻尼比較大的減振器。

1.2 電氣可靠性設計

進行電氣可靠性設計的基礎是扎實掌握儀器電子元器件具有的失效規律。按照可靠性理論，元器件選擇及篩選、噪聲抑制及熱設計屬于可靠性保障技術。（1）元器件選擇及篩選。和特定用途及產品應有的等級相比，如果選擇的元器件具有很高的溫度及質量等級，則一定會產生浪費；如果選擇的元器件等級很低，就不能達到產品可靠性其他設計要求。所以，應遵循降額運用的原則準確選擇及篩選元器件。（2）噪聲抑制。運用遙傳信號總線之類的雙絞屏蔽線，能使電磁干擾得到合理屏蔽，從而保證數據的可靠準確傳送。同時，優化印刷板引線布局，能使電源帶來的干擾得到抑制。（3）熱設計。為使儀器的穩定工作時間加長，應合理設計吸熱與隔熱結構，確保儀器的保溫性能；為防止元器件發生局部過熱導致損壞，針對大功率器件，應實施一定的散熱設計，即可以優化設計安裝辦法，也可安裝散熱片；還應盡最大可能簡化電子線路，特別是耗電量大的電路；應盡可能使用具有低功耗、耐高溫特性的CMOS器件。（4）變壓器的三防設計。石油測井儀器中會存在許多型號的變壓器，而各種測井儀器的問題就常常在此發生。設計時，筆者建議采用三防設計：在變壓器安裝結構和鐵芯間進行端封或灌封處理，變壓器線包一起進行浸高溫絕緣漆處理，這樣，鐵芯、安裝結構及線包就成為一個整體，從而提高了變壓器的可靠性。

2 提高石油測試儀器的可靠性

石油測試儀器的結構，分為電氣和機械兩個部分?？紤]分別提高可靠性。

2.1 提高電氣部分可靠性

提高電氣部分電子產品的可靠性，目前在國際上廣泛認同并行之有效的方法―――HALT/HASS（Highly Accelerated LifeTest，高加速壽命試驗/Highly Accelerated Stress Screen，高加速應力篩選），是一種快速、經濟、有效的提高電子產品可靠性的新方法。其最基本的宗旨就是把產品所有的缺陷用一切辦法暴露在實驗室階段，在出廠之前使產品做的盡可能的完美，保證生產出來的產品故障率降到最低，保證送到用戶手中的產品具有高可靠性。而且這種理念已完全成為了一些知名公司的一種企業文化，變成了一種完全自覺的行為，形成了視產品質為

企業生命的基本意識。一旦采取了糾正措施，并將余量擴大到了產品技術要求的基本極限，則該產品的工作極限和破壞極限就可用于HASS。借助HASS，可以快速找出產品中的工藝缺陷或新的薄弱環節，而不會顯著地消耗產品壽命。HASS有助于確保通過HALT獲得的可靠性改進在未來的生產中保持下來。

2.2 提高機械部分可靠性

提高機械部分可靠性，主要是減小各種機械環境中引入的振動應力，建議考慮和注意安裝過程。安裝時注意：較重的元器件，必須采用固定措施，盡量靠近支架安裝，并盡量要安裝在較低的部位；對活動裝置，如接插件、組合件、門等應有可靠的緊固裝置；設備中的導線、電纜不得用硬線，不應有傷痕，不宜太短，線扎應分段固定；對陶瓷等較脆元件，應有減振裝置，與金屬件連接時，要墊上橡皮、塑膠、毛氈等襯墊材料；電纜或導線均應留足夠的寬松度；繼電器類元件的安裝，應使觸點的動作方向，盡量不要與振動方向一致。如有必要，可安裝兩個相互垂直的繼電器并聯使用，以防止縱向、橫向振動效應等。

參考文獻

[1] 任曉榮，師義民，彭琥.石油測井儀器可靠性指標探討[J].電子產品可靠性與環境試驗.2002（05）.

[2] 陳琴仙，李春松.石油測井儀器環境可靠性試驗研究[J].聲學與電子工程.2009（03）.

[3] 劉西恩，師奕兵，張偉，饒知.石油測井儀器遠程升級方法研究[J].電子質量.2010（11）.

篇7

[關鍵詞] 電路系統 可靠性 降額設計

[Abstract] With the rapid development of science and technology, the requirements of product reliability is Proposed higher and higher. The circuit system is the most important component of electrical products, its reliability design is important. For circuit system, the measures of reliability design are described, with simplified circuit design, component derating using, PCB board design , software design.

[Key words] Circuit system Reliability Design of Reducing Rating

0.引言

隨著科學技術的迅速發展，對產品的可靠性提出越來越高的要求。所謂可靠性是指“產品在規定的條件下和給定的時間內，完成規定功能的能力”。[1]它不但直接反映系統各組成部件的質量，而且還影響到整個系統質量性能的優劣。電路系統是電器產品的最重要組成部分，容易受到熱、濕度、振動、電磁波等干擾的影響，其自身的組成元件也存在老化、失效等問題，進而影響到產品的正常運行。因此，電路系統的可靠性設計尤為重要。如何來提高電路系統的可靠性，本文通過簡化電路設計，元器件降額使用，PCB板設計的可靠性措施、軟件可靠性措施等方面來闡述。

1.簡化電路設計

在保證系統性能要求的前提下，盡可能使系統結構簡單化，具體的措施有：

①盡量用軟件代替硬件功能，盡可能減少系統元件的數量及其相互間的聯接。例如采用集成了A/D，PWM，Flash和SRAM等必要功能的MCU芯片；

②盡量采用簡單電路代替復雜電路，用集成電路代替分立元件電路；

③盡可能采用經過考驗的可靠性有保證的元器件以及功能電路；

④盡可能采用模塊化設計，其中包括硬件模塊化設計和軟件的模塊化設計。

2.元器件降額使用

降額設計，主要是指構成儀器的元器件工作時所承受的工作應力(電應力和溫度應力)適當低于元器件規定的額定值，以達到延緩其參數退化，增加工作壽命、降低基本故障率，提高使用可靠性的目的。

通常元器件有一個最佳降額范圍。在此范圍內，元器件工作應力的降低對其失效率的下降有顯著的改善，電路的設計易于實現，且不必在設備的重量、體積、成本方面付出大的代價。但過度的降額會使元器件的正常特性發生變化，甚至有可能找不到滿足設備或電路功能要求的元器件；過度的降額還可能引入元器件新的失效機理，或導致元器件數量不必要的增加，結果反而會使設備的可靠性下降。根據產品的不同用途及其重要性，一般降額設計分為三個等級。

a.Ⅰ級降額

Ⅰ級降額是最大的降額，對元器件使用可靠性的改善最大。超過它的更大降額，通常對元器件可靠性的提高有限，且可能使設備設計難以實現。適用于下述情況：設備的失效將導致人員傷亡或裝備與保障設施的嚴重破壞；無法或不宜維修；系統對設備的尺寸、重量有苛刻的限制。

b.Ⅱ級降額

Ⅱ級降額是中等降額，對元器件使用可靠性有明顯改善。Ⅱ級降額在設計上較Ⅰ級降額易于實現。用于下述情況：設備的失效將可能引起裝備與保障設備的損壞；有高可靠性要求，且采用了某些專門的設計；需支付較高的維修費用。

c.Ⅲ級降額

Ⅲ級降額是最小的降額，對元器件使用可靠性改善的相對效益最大，但可靠性改善的絕對效果不如Ⅰ級和Ⅱ級降額，在設計上最易實現。適用于下述情況：設備的失效不會造成人員和設施的傷亡和破壞；設備采用成熟的標準設計；故障設備可迅速、經濟地加以修復；對設備的尺寸、重量無大的限制。[2]

對于失效率高、重要元器件一定要進行降額設計。下面列舉集成電路、晶體管、二極管的降額設計。

2.1集成電路

集成電路芯片的電路單元很小，在導體斷面上的電流密度很大，因此在有源結點上可能有很高的溫度。高結溫是對集成電路破壞性最大的應力。集成電路降額的主要目的在于降低高溫集中部分的溫度，降低由于器件的缺陷而可能誘發失效的工作應力，延長器件的工作壽命。

中、小規模集成電路降額的主要參數是電壓、電流或功率，以及結溫。大規模集成電路主要是降低結溫。降低結溫可采取以下措施：

a.器件應在盡可能小的實用功率下工作；

b.采用去耦電路，減少瞬態電流沖擊應；

c.器件的實際工作頻率應低于器件的額定頻率，原因是當工作頻率接近器件的額定頻率時，功耗將會迅速增加；

d.應實施最有效的熱傳遞，保證與封裝底座間的低熱阻，避免選用高熱阻底座的器件。

2.2晶體管

高溫是對晶體管破壞性最強的應力，因此晶體管的功耗和結溫須進行降額；電壓擊穿是導致晶體管失效的另一主要因素，所以其電壓須降額。功率晶體管有二次擊穿的現象，因此要對它的安全工作區進行降額。其降額準則如表1所示。

2.3 二極管

二極管的降額要求類似于晶體管，其功率（或電流）、結溫及反向電壓必須進行降額。

二極管允許的總耗散功率(或電流)與環境溫度(或殼溫的)的關系可用“功率（或電流）-溫度負荷曲線”表示，圖1為整流二極管電流--溫度負荷曲線。小電流或小功率二極管最大額定電流或功率對應的環境溫度范圍通常在-55°C～+25°C之間，當超過了溫度上限后，其允許的電流或功率將線性下降，直至下降到0，此時的環境溫度（或殼溫）對應于二極管的最高結溫。曲線斜線部分的斜率約等于熱阻的倒數，它與器件的物理常數有關。

圖1 整流二極管電流--溫度負荷曲線

降額設計是可靠性設計的重要措施之一，但在降額設計中應注意到降額幅值越大將帶來儀器的體積、重量和成本的增加，在有些應用情況下將受到限制。

3.PCB板設計的可靠性措施

在PCB板上除了盡量減少元件器的便用量及元件的降額使用，還可以通過以下措施來提高系統的可靠性：

①在PCB板上，弱信號的走線盡可能短而寬，且兩邊用較粗的地線（不小于3mm）進行屏蔽保護，以防止其他電路的漏電流及電磁干擾進入信號電路。

②為了保證信號的無失真放大，信號線應盡可能寬，并盡量減少過孔。為此，在雙面PCB板中，頂層（元件面）基本上均排布信號線和電源線，而底層（焊接面）應盡可能增大接地面積，地線面積應占整體印制板面積的40%，這也是一種屏蔽手段，同時從插件輸入的地線出發，形成一個地線回路，在三層印制板中則增加了一個中間層次（電源層），所有的5V和12V的電源線均排布在該層，元件面與焊接面則于雙面PCB板相似。

③運算放大器的輸入端與輸出端應盡可能遠離，否則會在兩端之間產生雜散電容，會使輸出信號返回到輸入端而產生自激振蕩。

④PCB板中條狀線不要長距離平行，否則會在兩線之間形成電感耦合及寄生電容耦合。

⑤微弱信號經過的過渡孔、信號放大電路的正負輸入端都在元件面走線，在焊接面用地線包圍，過孔必須兩面焊接，提高焊點的可靠性。

⑥每個集成電路芯片的正負電源端都有0.1μF的電容并聯接地去耦，且此電容排布在盡可能接近芯片的電源端，這樣可以消除芯片周圍分布電容的影響。

⑦PCB板上有多種電源，每個電壓源均要在入口處設置去耦電路，防止互相干擾。常用RC濾波電路，如圖2所示，其中C1濾除高頻干擾，電容值在PF級，C2濾除低頻干擾，電容值在μF級。

圖2 RC濾波電路

⑧在PCB板的裝配工藝上，不用集成電路管座，集成電路直接焊在PCB板上，這樣可以抗沖擊與振動，同時避免了管座與集成電路之間產生的分布電容的影響。

4.軟件可靠性措施

提高電路系統可靠性還可以通過一些軟件的措施來實現。通常采用的軟件措施有：數字濾波技術、冗余技術、看門狗（Watchdog）技術等。

4.1數字濾波

數字濾波是通過一定的計算或判斷程序減少干擾信號在有用信號中的比重，即提高信噪比，它實際上是一個濾波程序。與傳統的模擬濾波器相比，它具有靈活、方便、功能強、可靠性高、穩定性好的優點。在一定程度上，可以完全取代模擬濾波器。

4.2冗余技術

冗余技術包括指令冗余和數據冗余。指令冗余是在雙字節指令和三字節指令之后插入兩條空操作指令NOP，可保護其后的指令不被拆散；或者在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，該指令就不會被前面執行下來的失控程序拆散，并將被完整執行，從而使程序走上正軌。數據冗余是將原始數據（包括狀態標志、工作變量、計算結果等）以數據塊的形式同時存放在RAM的不同區域，當原始數據被破壞時，可啟用備份數據。備份數據的存放地址要與原始數據的地址有一定的距離，以免被同時破壞。

4.3 看門狗技術

看門狗(Watchdog)內置有定時器，每個程序運行周期都得對它重置初值，一旦程序跑飛，進入死循環，定時器溢出將MCU復位，從而退出不正常的運行狀態。但是這樣做必須注意系統的可重入性，對于與歷史狀態相關的系統，可以結合數據的冗余技術，啟用備份數據來保證為保證其重入性能。

4.4 軟件陷阱

為了防止程序跑飛到ROM的盲區，還可以設置軟件陷阱。軟件陷阱是用一條引導指令強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。如果把這段程序的入口標號為ERR，則軟件陷阱就是一條“LJMP ERR”指令。為加強其捕獲效果，一般還在它前面加多條NOP指令：

5.結束語

在一個具體的系統設計中，為提高系統的穩定性和可靠性，往往要綜合采用多種措施來達到滿意的效果，這是全面提高系統可靠性的必由之路。系統不同，其具體的控制對象就可能不同，運行環境也會千差萬別，因而其面臨的主要干擾問題就不同，采取的措施也就不同；但僅采取某項措施就希望全面提高系統的可靠性常常是不現實的，而要針對主要問題綜合采取相應措施提高可靠性。

參考文獻：

[1]王錫吉.電子設備可靠性工程[M].西安：陜西科學技術出版社，2005.

[2] GJB／Z 35-93《元器件降額準則》.

篇8

關鍵詞：電子元器件　電子裝置　可靠性設計

中國分類號：TP302.7　文獻標識碼：A　文章編號：1002-2422(2010)02-0057-04

1　電子元器件的正確選擇

(1)對電子元器件的選擇的原則之一，電子元器件的技術性能、質量、使用條件等在滿足產品要求情況下；要優先選用經實踐證明質量穩定、可靠性高的標準元器件，應最大限度的壓縮元器件的品種、規格，生產廠。

(2)對電子元器件的選擇的原則之二，根據電子元器件質量等級與質量系數選用，國軍標GJB／Z299B《電子設備可靠性預計手冊》列出了各類電子元器件。根據不同級別的標準和質量認證所對應的可靠性質量等級及質量系數，質量系數越大表示器件的失效率越高，可靠性水平越低。美國的各類電子元器件的質量等級和質量系數可以查閱美國軍用手冊MIL-HDBK-217F《電子設備可靠性預計》。

(3)對電子元器件的選擇的原則之三，采用元器件計數法預計裝置的平均故障間隔時間，通過對使用不同質量等級的元器件的裝置的MTBF進行比較，分析對可靠性影響的大小，最后，正確選擇電子元器件。

2　元器件的正確使用

(1)簡化設計。

①多個通道共用一個電路或器件。

②在邏輯電路的設計中，簡化設計的重點應該放在減少邏輯器件的數目，其次是減少門電路或輸入端的數目。

③多采用標準化、系列化的元器件，少采用特殊的或未經定型元器件。

④能用軟件完成的功能，不要用硬件實現。

⑤能用數字電路實現的功能，不要用模擬電路完成。

⑥在保證實現規定功能指標的前提下，多采用集成電路，少采用分立器件，多采用較大規模的集成電路，少采用較小規模的集成電路。提高集成度可以減少元器件之間的連線、接點以及封裝的數目，而這些連接點的可靠性常常是造成電路失效的主要原因。

(2)低功耗設計。可以從兩方面著手，一盡量采用低功耗器件，如在滿足工作速度的情況下，盡量采用CMOS電路。而不用TTL電路：二在完成規定功能的前提下，盡量簡化邏輯電路，并更多的讓軟件來完成硬件的功能，以減少整機硬件的數量。

(3)保護電路設計。在電路設計中，根據具體情況設計必要的保護電路。如在電路的信號輸入端設計靜電保護電路，在電源輸入端設計浪涌干擾抑制電路，在高頻高速電路中加入噪聲抑制或吸收網絡。具體保護電路的形式根據具體情況考慮。

(4)電路的重點設計。常常有這樣的情況，某個元器件的參數退化嚴重，但對電路性能的影響甚微；而另一個元器件稍有變化，就對電路性能產生顯著影響。這是因為一個元器件對于電路可靠性的影響不僅取決于該元器件自身的質量，而且取決于該元器件在電路中關鍵作用。因此，在電路設計中應對電路性能影響顯著的關鍵元器件或子電路。進行重點設計。

(5)基于元器件的穩定參數和典型特性進行設計。對于那些由于工藝離散性以及隨時間、溫度和其它環境應力而變化的不太穩定的性能參數，設計時應給予更為寬容的限制。對于那些不確定的無法控制的性能參數，設計時不宜采納，有典型應用電路時，應盡可能使用。

(6)塊設計。在系統分割時，應注意電路功能和結構的均衡性，這樣對提高裝置可靠性有利。這主要體現在兩個方面：一是每塊電路的功能應相對完整，盡量減少各個電路之間的聯接，以削弱互連對電路可靠性的影響；二是各個電路所含元器件的數量不要過于集中帶來的不可靠因素，同時也方便了裝配工藝設計。

(7)冗余設計和降額設計。冗余設計也稱余度設計，是在系統或設備中的關鍵電路部位，設計一種以上的功能通道，當一個功能通道發生故障時，可用另一個通道代替，從而可使局部故障不影響整個裝置的正常工作。對采用那種冗余方式(主動冗余，備用冗余，功能冗余)也要考慮。

(8)常用集成電路的應用設計規則。在電路設計時，除了以上所述的通用設計原則之外，還要根據所用器件的具體情況，采用不同的設計規則。下面給出用幾種常用集成電路進行電路設計時應該遵循的一些規則。

TIL電路應用設計規則：

①電源，穩定性應保持在±5％之內；紋波系數應小于5％：電源初級應有射頻旁路。

②去耦，每使用8塊TTL電路就應當用一個0.01-0.1uF的射頻電容器對電源電壓進行去耦。去耦電容的位置應盡可能地靠近集成電路，二者之間的距離應在15cm之內。每塊印制電路板也應用一只容量更大些的低電感電容器對電源進行去耦。

③輸入信號。輸入信號的脈沖寬度應長于傳播延遲時間，以免出現反射噪聲。

④要求邏輯“0”輸出的器件，其不使用的輸入端應將其接地或與同一門電路的在用輸端相連。

⑤要求邏輯“1”輸出的器件，其不使用的輸入端應連接到一個大于2.7V的電壓上。為不增加傳輸延遲時間和噪聲敏感度，所接電壓不要超過該電路的電壓最大額定值5.5V。

⑥不使用的器件，其所有的輸入端都應按照使功耗最低的方法連接。

⑦在使用低功耗肖特基TTL電路時，應保證其輸入端不出現負電壓，以免電流流入輸入箝位二極管。

⑧時鐘脈沖的上升時間和下降時間應盡可能的短，以便提高電路的抗干擾能力。

⑨通常時鐘脈沖處于高態時，觸發器的數據不應改變。

⑩擴展器應盡可能地靠近被擴展的門，擴展器的節點上不能有容性負載。

(11)在長信號線的接收端應接一個500－1k的上拉電阻，以便增加噪聲容限和縮短上升時間。

(12)集電極開路器件的輸出負載應連接到小于等于最大額定值的電壓上，所有其它器件的輸出負載應連接到VCC上。

(13)長信號線應該由專門為其設計的電路驅動，如線驅動器、緩沖器等。

(14)從線驅動器到接收電路的信號回路線應是連續的，應采用特性阻抗約為100的同軸線或雙扭線。

(15)某些TTL電路具有集電極開路輸出端，允許將幾個電路的開集電極輸出端連接在一起，以實現“線與”功能。但應在該輸出端加一個上拉電阻，以便提供足夠的驅動信號和提高抗干擾能力，上拉電阻的阻值應根據該電路的出力來確定。

CMOS電路應用設計規則：

①電源，穩定性應保持在5％之內：紋波系數應小于5％；電源初級應有射頻旁路。

②如果CMOS電路自身和其輸入信號源使用不同的電源，則開機時應首先接通CMOS電源，然后接通信號源，關機時應該首先關閉信號源，然后關閉CMOS電源。

③輸入信號，輸入信號電壓的幅度應限制在CMOS電路電源電壓范圍之內，以免引發閂鎖；多余的輸入端在任何情況下都不得懸空，應適當的連接到CMOS電路的電壓正端或負端上。

④當CMOS電路由TTL電路驅動時，應該在CMOS電 路的輸入端與VCC之間連一個上拉電阻。

⑤在非穩態和單穩態多諧振蕩器等應用中，允許CMOS電路有一定的輸入電流(通過保護二極管)，但應在其輸入加接一只串聯電阻，將輸入電流限制在微安級的水平上。

⑥輸出信號和輸出電壓幅度應限制在CMOS電路電源電壓范圍之內，以免引發閂鎖。

⑦長信號線應該由專門為其設計的電路驅動，如線驅動器、緩沖器等。

⑧應避免在CMOS電流的輸出端接大于500pF的電容負載。

⑨CMOS電路的扇出應根據其輸出容性負載量來確定。

⑩并聯應用，除三態輸出門外，有源上拉門不得并聯連接。只有一種情況例外，即并聯門的所有輸入端均并聯在一起，而且這些門電路封裝在同一外殼內。

3　可靠性預計

為了驗證可靠性設計的效果，根據系統可靠性的要求，電路設計完成后，可對關鍵電路的失效率進行預計，預計所依據的模型和方法見國軍標GJB299《電子設備可靠性預計手冊》。

4　正確布線

4，1正確布線之一電磁兼容性設計

(1)采用正確的布線之策略。具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。為了抑制印制板導線之間的串擾，在設計布線時應盡量避免長距離的平等走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設置一根接地的印制線，可以有效地抑制串擾。

(2)選擇合理的導線寬度。印制導線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅動器或總線驅動器的信號線常常載有大的瞬變電流，印制導線要盡可能地短。對于分立元件電路，印制導線寬度在1.5mm左右時，即可完全滿足要求：對于集成電路，印制導線寬度可在0.2－1.0mm之間選擇。

(3)為了抑制高頻信號通過印制導線時產生的電磁輻射，在印制電路板布線時，還應注意以下幾點：

①盡量減少印制導線的不連續性，禁止環狀走線等。

②時鐘信號引線最容易產生電磁輻射干擾，走線時應與地線回路相靠近，不要在長距離內與信號線并行。

⑧總線驅動器應緊挨其欲驅動的總線。對于那些離開印制電路板的引線，驅動器應緊挨著連接器。

④數據總線的布線應每兩根信號線之間夾一根信號地線。最好是緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流。

⑤在印制板布置高速、中速和低速邏輯電路時，應注意器件排列方式。

(4)抑制反射干擾

為了抑制出現在印制線條終端的反射干擾，除了特殊需要之外，應盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路。必要時可加終端匹配，即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一個相同阻值的匹配電阻。

4，2正確布線之二去耦電容配置

(1)電源輸入端跨接一個10-100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。

(2)為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每4－10個芯片配置一個1-10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz-20MHz范圍內阻抗小于1，而且漏電流很小。

(3)對于噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線和地線間直接接入去耦電容。

(4)去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

4，3正確布線之三接地設計

(1)正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1-10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。

(2)將數字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

(3)盡量加粗接地線。若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，應能通過三倍于印制電路板的允許電流。

(4)將接地線構成閉環路。印制電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時，因受接地線粗細的限制，會在地結上產生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地構成環路，則會縮小電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力。

4，4正確布線之四熱設計

(1)對于采用自由對流空氣冷卻方式的設備，最好是將集成電路按縱長方式排列，對于采用強制空氣冷卻的設備，則應按橫長方式配置。

(2)同一塊印制板上的元器件應盡可能按其發熱量大小及耐熱程度分區排列，發熱量小或耐熱性差的元器件放在冷卻氣流的最上游，發熱量大或耐熱性好的元器件放在冷卻氣流的最下游。

(3)在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱途徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時對其它元器件溫度的影響。

(4)溫度敏感器件最好安置在溫度最低的區域，千萬不要將它放在發熱元器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。

5　機體的設計

(1)對于用于電磁屏蔽的機箱材料的電導率、磁通率越高，屏蔽效果越好。

(2)材料的選用還受到強度、重量、散熱性、工藝性等因素的制約。當屏蔽效果不太好時，可考慮對其進行表面處理。在屏蔽機體設計時，應使機體有足夠的厚度以增大磁路橫切面積，增加屏蔽效果；同時在垂直于磁通方向不能開口，以免增大磁阻。

(3)機體要良好接地。機體接地有二個重要作用：一是接地能使屏蔽具有較好效果，二是消除靜電影響。

6　環境條件強制

在使用環境復雜情況下，可以考慮強制冷卻，加溫，恒溫，防振等。

篇9

【關鍵詞】可靠；電源；防雷擊；不間斷

1.概述

提升機作為煤礦生產的重要大型設備，要滿足安全、可靠、高效、長時運行的要求。在影響提升機安全可靠運行的諸多因素中，提升機電控系統電源部分的可靠性是因素之一。在目前生產的電控系統中，如果進線交流電網電壓受到了干擾，就會對電控系統的交、直流電源部分造成影響，嚴重時可能會損壞控制模塊。本設計較好地提高了交、直流電源系統的可靠性，從而使電控系統整體的可靠性得到了進一步完善。

2.配電系統的可靠性設計

2.1 設計思路

可靠性的含義即為穩定性高，故障率低。從此角度出發，按以下思路進行：

（1）盡量避免故障的發生：設計本身要合理，符合電氣工程及現場實際的需要；設計配備的各種元器件及耗材質量要過硬，容量要足夠大；設計要配備合理的保護，包括過壓保護、電壓暫降及暫時斷電等；設計要滿足各項試驗等級要求，尤其是耐壓、絕緣等試驗。

（2）故障一旦發生的處理措施：故障一旦發生，要考慮設計出快速查找故障的方法，在重要用電設備和容易出現故障的地方增加故障監測裝置，以便盡量快速找到故障點；還要設計出快速排除故障的方法，增加備用回路，一旦本回路出現故障，可以迅速切換到備用回路中。

（3）使故障對設備及生產的影響達到最小化：這個思路除了快速查出及解決故障外，還要注意增設適當的保護措施，使由于交流電源故障引起的電控系統本身及設備的損壞率降到最低。

2.2 低壓配電系統交流進線的設計

（1）設備選型

①雙回路隔離開關：選用大容量隔離開關，容量為400A，兩路380V交流進線，手動切換，一用一備。

②斷路器：選用大容量配電保護塑殼斷路器，容量為400A，具有過載保護、短路保護及漏電保護等功能，具有電子式脫扣器。

③母排配電：選用高質量鍍鋅銅排，截面積50*5m?，構成低壓分配電源的母線。

④電壓分配：選用至少是負載容量2倍以上的小型空氣斷路器，分別給控制柜、傳動柜以及其它設備供電。

⑤防雷擊設計：選用高質量防雷擊產品，短時耐受沖擊電流60kA以上，可有效對低壓供配電系統與用電設備的雷電或其它瞬時過電壓的浪涌進行保護。

（2）設計原理

設計原理圖如圖1所示。圖中-G為隔離開關；-Q為斷路器；-P為顯示表；-FL為防雷擊模塊。

防雷擊原理圖如圖2所示。

2.3 主控系統交流電源部分的設計

（1）設備選型

①變壓器：主控及繼電控制電源的下級選用一個高質量控制變壓器，變比380V/220V，容量2kVA，其作用是對交流進線部分進行電氣隔離，減少由于供電網的波動或諧波引起的電壓干擾。

②交流凈化穩壓電源：在控制變壓器的輸出端，設計安裝一個交流凈化電源，容量2kVA，用于對輸入電壓跌落或電壓漸變時產生的電壓變化進行穩壓。

③不間斷電源：在交流凈化穩壓器的輸出端，設計安裝一個不間斷電源，容量2kVA，延續時間3600S，用于對輸入電壓暫時或長時斷電進行不間斷處理。

④交流電源分配：選用高質量小型空氣斷路器、濾波器、熔斷器和變壓器，組成可靠性高的配電回路。

（2）設計原理

設計原理圖如圖3所示。圖中-T為變壓器；-UPS為不間斷電源；-Q為斷路器；-B為濾波器；-F為熔斷器；-A為直流電源。

3.可靠性能試驗

3.1 防雷擊試驗

（1）試驗方法

差模試驗：在防雷器的L-N線間，施加沖擊電流（8/20μs）：±6.0kA、±12.0kA、±30.0kA、±60.0kA，檢測試品的殘壓Ur。

共模試驗：在防雷器的L-PE線間，施加沖擊電流（8/20μs）：±60.0kA、120.0kA檢測試品的殘壓Ur。

（2）試驗結果

由試驗結果（如表1所示）可見，本設計具有較高的可靠性，能夠抗擊一定程度的雷擊。

3.2 電壓跌落、暫時中斷與電壓漸變

（1）試驗方法

試驗儀器接入變壓器-T1的一次側，測量不間斷電源-UPS的輸出電壓及電流。

儀器選擇主要取決于負載電流、峰值啟動電流的能力。輸出電壓精度為±5%。

根據產品標準的電壓跌落或中斷要求進行試驗。試驗一般做3次，每次間隔10s。

試驗要在電源系統正常工作的狀態下進行。

（2）試驗結果

由試驗結果（如表2所示）可見，本設計具有較高的可靠性和穩定性，能夠適應一定程度的電壓跌落、電壓中斷和電壓漸變。

4.總結

本文提出了提升機電控電源系統的優化設計方案，為提升機電控系統的可靠運行創造了必備條件。本系統已在現場投入使用近一年，未出現過任何問題，使由于停電引起的提升機運行故障率大大降低，達到了煤礦安全生產的標準，取得了良好的效果，保證了煤礦提升的效率。

參考文獻

[1]徐政.配電可靠性與電能質量[M].機械工業出版社， 2008.

[2]劉常生.低壓成套開關設備[M].中國水利水電出版社，2008.

[3]陳家斌.接地技術與接地裝置[M].中國電力出版社， 2003.

[4]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].機械工業出版社， 2002.

篇10

關鍵詞：石油化工；電氣儀表；安全供電系統

中圖分類號：TQ050 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）28-0068-02

隨著現代科技的發展，現代科學技術如計算機、控制技術、傳感技術等在石油化工行業得到廣泛應用，現代先進、精密測控儀器的精確度、可靠性較高，對石油化工生產中的溫度、壓力等測量精準度高，極大地提高了石油化工生產的安全性，促進石油化工產品有效生產。石油化工生產中應用的各種精密電氣儀表的供電都屬于一級負荷，為保證石油化工電氣儀表安全正常運行，需要提高其供電系統的安全性，下文主要從電氣儀表等設備的電源安全性探討了提高電氣儀表供電系統安全性的方法。

1 電氣儀表供電系統的電源

1.1 儀器儀表設備及供電系統

石油化工生產中使用的精密儀器儀表設備主要有溫度儀、壓力表、流量儀、行程儀、分析測量儀、操控執行元件、壓力變送器等，另外還有集控操作站、工程師站、各類輔助測控儀器，對于整個自動化生產系統一般采用DCS分散測控系統和SIS儀表測控系統。對電氣儀表的供電設施主要有PLC控制器、電控閥、220VAC交流電源等。電氣儀表系統的其他附屬電氣設備主要包括控制系統的機柜、分析儀機柜內的照明設備、散熱風扇、加熱器等設備。

1.2 主要儀器儀表的供電要求

DCS分散控制系統是整個自動化生產系統的核心，DCS的運行安全直接關系到自動化生產系統的正常運轉。DCS相關裝置在生產時一般采用雙回路電源供電，相對單回路供電具有較高的安全性。

SIS儀表測控系統如同DCS系統，也采用雙回路冗余配置的電源，并配有雙電源調整器，在使用過程中只要保證一回路供電安全即可正常運行。

當電源出現短時間的波動時，對現場儀表如溫度儀、壓力變送器等影響不大，但是參與聯鎖現場儀表變送信號，如軸振動、軸移位等信號會受到較大的影響，信號的偏差可能造成一系列的誤動，如聯鎖動作機組停止、閥門誤動等。為保證儀器接收信號的可靠性，一般對儀表的電源選擇雙電源并聯供電，即使用兩個回路的220VAC電源對兩臺24V直流電源供電，確保供電安全。

設備一般采用單回路電源供電，其偶爾瞬間斷電不會影響到系統的正常運轉，但是過于頻繁的斷電或啟動會影響設備的使用壽命，對系統的正常運行也有一定的

影響。

PLC、電控閥、使用220VAC交流電源的供電儀表系統等參與安全保護的設備需要采用雙電源冗余配置，提高供電安全，保護儀器儀表安全。

電氣儀表系統的附屬設備一般采用單路電源供電，當供電出現短時間的故障時不影響電氣儀表系統的正常運行，通常直接連接市電。但為保證電氣儀表系統的正常運行也需要對這些設備的供電故障及時進行排除。

2 儀表供電安全患

石油化工企業的儀表供電電源一般是將電網220VAC轉換為24V、110V、220V三個等級的電壓，通過AC/DC轉換器轉換為24VDC，對直流儀表進行供電，通過變壓器轉換為110VAC，對相應儀表進行供電，采用UPS（不間斷電源）220VAC對需使用各種雙回路冗余配置電源儀表進行供電，并使用低壓短（斷）路器對線路進行控制。常見的石油化工電氣儀表供電安全隱患主要表現在：第一，對需要經過24VDC直流供電的直流儀表沒有按照要求采用冗余配置模式；第二，DCS、PLC系統等需要采用雙回路電源的儀表未采用雙回路供電，而在分子線路上并聯兩個電源對回路進行供電，當斷路器斷開、UPS電源故障、外部電網中斷等事故發生時，電氣儀表形成封閉的供電線路，造成短路。提高石油化工電氣儀表的安全、正常運行，需要提高電氣儀表供電系統的安全性、可靠性。

3 提高電氣儀表供電系統安全性分析

3.1 總電源

在連接市電對石油化工企業自動化生產系統進行供電時，選擇大于10kVA的供電電源，并采用兩個UPS電源或者UPS電源與市電供電并行的供電方式，在整體上確保系統的供電安全。

3.2 雙回路供電儀表系統

DCS分散控制系統、SIS儀表測控系統、PLC系統等是石油化工自動化生產系統的核心，這些測控儀表系統的供電安全十分重要，因此對這些測控儀表系統的相關設備在生產時需要確保其生產質量，并在供電中采用冗余+容錯控制方式，設置兩個獨立的電源，其中一個為主電源，另外一個為冗余電源，當其中一個電源出現故障停止供電時，系統仍然能夠正常運行，提高關鍵元件供電的可靠性。

3.3 直流供電儀表系統

石油化工企業的24VDC直流儀表的供電需要采用AC/DC轉換裝置，將市電220VAC電流轉換為24VDC電流。采用兩臺24VDC直流穩壓電源，進行并聯供電，在每個電源輸出正極端連接一個大功率解耦二極管，對兩個電源進行隔離，形成直流電氣儀表的供電冗余配置，這種冗余配置方案不僅簡單、成本低廉，還有效提高了直流電氣儀表供電的安全性。

3.4 單路220VAC供電儀表系統

在石油化工自動化生產系統中，對生產中的壓力表、流量儀、位移儀、在線分析儀、小型獨立PLC控制系統等的供電要求相對較低，這些系統儀器短時間的斷電對石化產品的生產影響不大。因此為節省成本，降低線路的復雜性，對這些設備系統直接采用市電單路電源供電，單路220AC供電能夠滿足這些電氣儀表的供電需求，從技術層面和經濟層面都較為合理。

單路220VAC供電儀表雖然可以在短時間內允許斷電，但在發生斷電事故后需要及時進行搶修，長時間的斷電會影響儀表對相關數據的測量和控制，影響化工產品的正常生產。在供電系統中安置一個靜態轉換開關，即當UPS不間斷電源出現故障后，內部電路閉鎖控制靜態轉換開關將電源切換為市電，市電對石化企業電氣儀表系統進行隔離供電，一方面保證電氣儀表系統的供電安全，另一方面為對UPS電源進行搶修提供了便利。

4 結語

隨著石油化工的發展，石油化工生產的控制系統規模不斷增大、集中，形成包含眾多的測控電子儀器的控制系統。為保證石油化工企業生產中電氣儀表發揮對生產參數的測量和控制作用，保證石化產品的安全生產，需要提高電氣儀表的供電系統安全性。確保電氣儀表供電系統的安全一方面要提高控制系統設備電源的可靠性，另一方面在設計、安裝、使用中合理進行供電系統的設計和實施，提高供電系統的可靠性和安全性。

參考文獻

[1] 劉齊忠，林融.石油化工安全儀表系統的設計及實施

探討[J].石油化工自動化，2010，（5）.

[2] 劉易國.石油化工電氣儀表安全供電系統探討[J].硅

谷，2012，（14）.

[3] 任泓.提高儀表供電系統可靠性設計方法的探析[J].

當代化工，2009，（2）.

[4] 柳麗榮.石油化工安全儀表系統的設計與實施[J].城

市建設理論研究，2012，（35）.