电控系统的可维修性设计

摘要： 本文通过分析电控系统可靠性和可维修性两者的关系，提出通过采用结构布局的人机工程设计、标准化设计、自检定与故障诊断系统设计和维修技术支持等可维修性设计方法，提高电控系统的可维修性，进而提高电控系统的可靠性。 关键词： 电控系统 可靠性设计 可维修性设计 Abstract: This text passes the analysis to get relation which electric control system of reliability and maintainability, presents to pass adopt maintainability design method that the person-machine design of configuration,standardize design,automatic inspect and fault diagnosis system design,and maintain the technique support,increase the maintainability of the electric control system,and farther exalt reliability of the electric control system. Keywords: electric control system reliability design maintainability design 1 前言 　　现代电控系统的发展日新月异，各种高新控制技术层出不穷，并在实际生产中广泛应用，不断提高电控系统的可靠性一直是人们关注和努力解决的焦点问题。产品的可靠性设计因素如下图所示，除了提高产品可靠性的传统设计方法以外，可维修性设计也是不可缺少的组成部分。可维修性是指在给定的条件和规定时间内能使产品修复完好的特性。改善、提高产品的可维修性，有助于缩短产品的非工作状态时间，降低维修费用，并提高产品的可靠性。 　　可靠性设计的任务是设计出故障率低，在规定时间内不易丧失其功能的产品。它关心的是产品可能发生的故障，如何消除这些故障，以及消除那些可能引起故障的潜在因素。可维修性设计的任务是尽可能快的修复产品发生的故障，甚至在未出故障之前就已经采取措施来消除故障，从而提高产品的可靠性。可维修性设计是可靠性设计中重要的组成部分，为了在正常、不利的紧急情况下，能够迅速、安全、方便和经济地对产品进行维修，就应该在产品的设计阶段对可维修性设计予以特别考虑。 2 电控系统的可维修性设计 　　现代电控系统中的各种电控装置都在提高可靠性方面做了不懈地努力，利用飞速发展的计算机技术、大规模集成电路技术、电力电子技术等高新技术，电控装置已向小型化、标准化、模块化、多功能、系列化等方向发展，其可靠性得到大副提高。在针对特定设备设计其电控系统时，为了使维修时间最短，维修人员、设备和备件最少，而又不要求高的操作水平，在进行可维修性设计时应做如下考虑。 2.1 结构布局要考虑人机工程因素。 　　2.1.1所有零部件应具有良好的可见性、可达性和可拆装性，其电气标识应清晰可见并朝向观察者，对于发生故障的零部件维修人员能够容易找到，并易于拆卸和更换。电控柜的高度、宽度、深度应考虑维修人员要有足够的活动空间便于检修作业，其体积和重量要考虑易于搬运。 　　2.1.2尽可能优先采用可分离式的部件，例如组合的部件结构。现在市场上出售的许多电控装置，如PLC、变频器等，已有模块式结构的产品出售。这类部件发生故障后，可以快速、无差错的更换、连接，减少拆装器件、接线的工作量，缩短维修时间。 　　2.1.3考虑维修的安全性。存在高压、高温和运动部件的危险场合，要充分考虑维修人员的安全性。在这类部件上要有明显的危险警告标识，并考虑维修人员实施检修作业时不易碰触到它们。 　　2.1.4电气接头、插头、插座应尽量采用特别的颜色和形状，以防止由于维修人员疏忽大意而接错或插错，造成人为故障。 2.2标准化设计 　　2.2.1电控系统的机型统一。规模较大的设备使用单位，应尽量做到电控系统的机型统一。因为同一机型的PLC、变频器等电控装置和它们的零部件可以互换，便于备件的采购和管理；它们的功能及使用方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和附加功能的开发；其外部设备通用，资源可以共享，配以上位计算机后，通过网络控制，可以组成以柔性制造系统FMS为主体的自动化工厂FA，进一步发展成计算机集成制造系统CIMS。 　　2.2.2控制系统模块化设计。在控制系统的整体设计阶段，将复杂的控制电路按功能划分为若干功能模块，可以组织进行并行设计，尽量采用市场上能够买到的标准器件或电控装置。这将显著缩短电控系统的设计、制造时间，提高系统的可靠性，并且便于系统调试和维修。 　　2.2.3所选器件的货源供应情况。选用电控装置或器件时，一个重要的因素是该产品的生产厂商要能够充分供应质量稳定、可靠的产品，并且提供完善、周到的技术支持和维修服务。 　　2.2.4电控系统中的所有器件尽量采用市场上容易采购的标准件，并且考虑在维修时要能够使用标准的维修工具，以便于备件采购、管理和组织快速维修。 2.3自检定与故障诊断 　　电控系统要尽可能采用自动化检测和指示装置等故障自诊断手段，以便能正确而迅速地识别出设备故障,从而正确指导维修人员实现快速维修。这样，虽然初期投资增大，但减少了故障分析和诊断时间，从而提高了设备的可靠性，为用户降低了运营成本。 　　现代电控系统大多采用PLC、工控机等计算机控制系统，充分利用软件编程容易实现的优点，编制相应的故障诊断和显示程序，再配以传感器、人机界面等器件就可以实现电控系统故障自诊断功能。 2.4维修技术支持 　　按照规定的程序、步骤和方法进行维修对于能否使设备恢复到完好状态至关重要，这样做不仅可以提高维修度，而且可以降低维修费用，延长设备的工作寿命和减少故障的发生频率。否则，不正规的维修之后反而会使设备的可靠性降低。因此，电控系统必须要有维修手册，规定明确的维修性技术要求，使检查、检修程序标准化。 　　习惯上，维修可分为预防性维修和事后维修两大类。预防性维修是为了防止设备性能退化或降低故障率，按预先规定的计划或相应技术要求的规定进行的维修。它适用于那些由于安全和产量的原因要求控制系统具有很高的可靠性和安全性的场合，如核电站、发电厂、化工生产、高炉控制、航天器、大型生产线等，仅通过提高控制系统的硬件可靠性来达到设计要求，是不可能的。事后维修是故障发生后进行的维修。只有在采用预防性维修所得到的经济效益不足以支付增加的费用时，才采用事后维修这种方式。因此，电控系统的维修手册应权衡控制系统的不同维修方式所带来优点和缺点，针对不同的控制系统规定相应的维修程序、步骤和方法。 3 结束语 　　随着多种高新技术在电气控制领域的进一步发展，电气控制系统的性能也不断提高，功能日益强大，同时对于其工作可靠性的要求也越来越高。本文通过分析电控系统可靠性和可维修性的关系，提出通过采用结构布局的人机工程设计、标准化设计、自检定与故障诊断系统设计和维修技术支持等可维修性设计方法，提高电控系统的可维修性，进而提高电控系统的可靠性。 参考文献： 1． 邓召义，姚振甫•实用电子机械设计技术手册（电子部分）［M］•电子工业出版社，1996 2． 段苏振•提高PLC控制系统可靠性的设计因素［J］•电气传动，2003，5• 3． 何立民•MCS-51系列单片机应用系统设计—系统配置与接口技术［M］•北京航空航天大学出版社，1990 作者: 段苏振 单位：陕西省宝鸡市中铁宝桥股份有限公司 电话：0917-3356337（宅），0917-2867573（办） 邮编：721006 日期：2006年3月28日 作者简介：段苏振（1974—），男，陕西凤翔人，中铁宝桥股份有限公司工程师，研究方向为机电一体化技术、PLC和交流变频调速技术在起重机械中的应用。近年来，先后在国内核心、重要科技期刊《电气传动》、《电气传动自动化》、《起重运输机械》、《变频器世界》、《变频技术应用》、《机床电器》和《电世界》等杂志，公开发表了7万多字的技术论文16篇。