电源可靠性设计范文

导语：如何才能写好一篇电源可靠性设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】开关电源 可靠性 三防设计

随着科学技术的进步，开关电源已经应用于人们生活的方方面面，人们对开关电源的的可靠性要求也在不断的提高，开关电源的可靠性是保证设备正常运行的关键。为此如何设计出可靠性性能高的开关电源成为相关研究者重点研究的方向。

1 开关电源可靠性设计

1.1 供电方式的选择

集中式供电系统和分布式供电系统是开关电源主要两种供电方式，其中集中式供电系统会由于输出间和传输距离不同的偏差，容易造成压差，给整个供电的质量造成影响，另外，集中式供电系统采用一台电源集中供电，一旦该电源发生故障就会影响整个供电系统，分布式供电系统相比集中式供电系统供电质量具有一定的优势，其供电电源和负载距离比较近，能够有效改善动态响应特性，除此之外，还具有能源损耗小，传输效率高，节约能源的优点，因此分布式供电星相比集中式供电具有一定的可靠性。在设计开关电源时，出于可靠性的考虑，通常都应用分布式供电系统，

1.2 电路拓扑选择

开关电源的拓扑的结构非常多，有推挽式、半桥、全桥、单端正激式，单段反激式，双管正激式，双单端正激式、双正激式等八种拓扑结构，双桥或者半桥正激式电路开关能够满足电源最大的输入电压，所以在选择开关管时比较容易，单端反激式、单端正激式、推挽式双端正激式、电路拓扑，其开关管的承受电压大约是2倍的输入电压，给开关管选择带来很大的困难。全桥拓扑结构和推挽式拓扑结构容易出现单向偏磁饱和现象，容易造成开关管损坏，半桥电路本身具有自动抗不平衡的特点，可以有效改善开关管损坏的现象。所以根据拓扑结构的特点，为了保证开关电源的可靠性通常选用双管正激式电路或者半桥电路。

1.3 控制策略

电流型PWM控制主要是中小功率电源中应用的方法，其在电压控制方面具有以下优势：

（1）比电压型控制速度快，并且不出出现电流过大损坏开关管的现象，降低了短路故障和过载现象；

（2）比电压型纹波稳定；

（3）容易补偿，环路稳定；

（4）快速的瞬态响应和优良的电网电压调整率。经过实践证明50W开关电源采用电流控制，输出纹波大约为25mV，远远比电压控制型优良。

硬开关技术往往会受到开关损耗的影响，一般情况下，其开关频率都在350kHZ之下，利用谐振原理的软开关技术，可以将开关的损耗降低到零。软开关技术具有谐振变换器和PWM变换器的优点，可以应用于大功率带能源中。

1.4 元器件

元器件能够直接影响开关电源的可靠性，通常开关电源中元器件失效主要有以下几种原因。

1.4.1 质量问题

制造质量出现问题，解决的方法只有一个就是严格的选择元器件，避免不成熟、劣质的元器件投入使用，选择有知名度的厂家，最大限度的避免因元器件质量问题影响开关电源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性问题

器件可靠性是常见的基本失效问题，主要和元器件的工作应力水平有关，因此需要选择可靠性良好的元器件，在选择元器件时将早期失效。密封性能不合格。稳定性差、电参数不合格、外观不合格的元器件剔除。在应用元器件之前进行非破坏性试验进行筛选，通过非破坏性试验可以明显降低元器件可靠性的问题，在进行非破坏性试验时需要让普通电容器和电阻在室温条件下，严格按照技术要求进行测试。

1.4.3 设计问题

为了有效降低设计问题导致的元器件失效，因此在选择元器件时最好选用硅半导体，尽量少用褚半导体或者避免使用褚半导体，；最好使用集成电路，尽可能降低分离器件的数目；尽量使用玻璃封装或者金属封装、陶瓷封装的器件，杜绝使用塑料封装的器件；设计的原则一般是不使用电位器，但是如果无法避免，就需要对电位器最好封装措施，对于在恶劣环境下。例如潮湿、烟雾等，在设计时不要选用率电解电容，由于铝电解电容自身的特性，导致其容易在恶劣的环境中发生腐蚀，进而影响设备的正常运行。在航天设备中应用的元器件因为常常受到空间粒子的影响，容易导致铝电解电容发生分解。因此在选择时尽量不要选用率电解电容。

1.4.4 能源损耗问题

能源损耗问题和元器件的工作应力没有关系，主要和元器件的工作的时间有关，例如铝电解容易如果长时间运行，铝电解电容的电容液就会会被破坏，相应的电电容容量就会降低，电解液没损失40%，电容量就会下降20%。如果点容易的芯子出现干涸，就无法在继续运行，因此为了避免这种情况的发生，在设计开关电源时，最好注明率电解电容的更换时间，在使用达到更换时间时，强制对其进行跟换。

1.5 安全设计和三防设计

安全性是开关电源重要的一项性能指标，如果开关电源不具有安全性就不可能实现预定的功能，还特别容易发生安全事故，从而导致发生无法挽回的重大损失。因此开关电源必须要具有很高的安全性，那么在设计开关电源时，需做好防止触电烧伤的措施，对于防触电可以将输出端设计为空，对于防烧伤控制其暴露在外面的机壳以及散热性等零件不要让去其温度超过60度。在开关设计时，密封的要求也非常高，因此对于要求密封的器件做好相应的密封措施了对于暴露在空气中的结构，不要设计凹陷的结构，做好防潮防腐蚀措施，对于开关的电源结构可以应用密封或者半密封的形势隔绝不利的因素，在组建表面涂覆准用的防潮、防霉菌、防盐雾氢气，避免任何对开关电源不利的因素，保证开关电源的可靠性。

2 结束语

开关电源的可靠性和开关电源设备的性能息息相关，因此保证开关电源的可靠性保证开关电源的设备的正常运行，选择合适的元器件，合适的拓扑电路没做好安全设计和三防设计可以有效提高开关电源的可靠性。

参考文献

[1]姚洪平，刘亿文，薛晨光.开关电源可靠性设计研究[J].电子制作，2013，17：39.

[2]刘志雄.开关电源可靠性设计探讨[J].现代商贸工业，2010，09：325-326.

[3]黄永俊，张居敏，胡月来.开关电源可靠性的设计[J].农机化研究，2005，02：147-148.

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【关键词】LED路灯 恒流驱动电源 可靠性容差设计 正交试验 均匀试验

电子电路内的很多元器件的参数值在分散化加工、外界因素与老化反应的制约性常常会出现与标准值偏离的现象，而电子线路可靠性容差设计能够对上述现象起到缓解作用。本文在整合前人研究成果的基础上，应用了正交试验与均匀试验这两种数学手段，旨在实现优化以EDA为基准的可靠性容差设计方法，确保LED控制电路输出功率的实效性。

1 可靠性容差设计方式方法

1.1 正交试验的灵敏度分析

电路灵敏度实质上就是电子电路每个电路元器件参数对其输出特性的敏感程度。通常应用相对灵敏度去判别因素对目标特性造成的干扰程度，其可以用电路输出特性的相对变化量和元器件参档南喽员浠量之间的比值得出来。设f=f（x1，x2，x3…xn），其中f―电路的输出特性，xi―电路的输入特性。如果x10，x20…xn0为n个元器件参数的中心值，可以推导出Sfxi（相对灵敏度）的数学表达式如下：

在电路系统内部元器件类型多样化的情况下，电源灵敏度分析工作也将是繁重的，所以实验设计方式的辅助是优化试验质量的有效对策。正交试验为多因素试验的一种类型，其在整体试验中挑选出关键点开展试验，这些关键点带有匀称性与整齐性特征，具有较高的应用价值。在对LED路灯恒流驱动电源可靠性容差开展正交试验过程中，通常应用极差分析法达到对其灵敏度分析这一目标。

1.2 均匀试验的容差分析

在对LED路灯恒流驱动电源可靠性容差分析过程中，蒙特―卡罗分析方法具有较高的应用率。其应用原理可以概述为，当电路元部件参数与某种分布形态相匹配之时，借助组成电路系统的一些参数抽样值去实现分析电路性能参数偏差。该统计分析方法所取得的结果和真实值最为贴近，但是需要进行多次试验。

2 基于EDA仿真技术的LED路灯恒流驱动电源可靠性容差设计模式

在EDA仿真技术的协助下，LED路灯恒流驱动电源可靠性容差设计方法的程序图可以用图1表示出来。

对上述程序图进行解析，可以将LED电子线路可靠性容差设计方法分解为以下两个过程：过程Ⅰ为程序图中的1～3，其宗旨是明确电路性质与可靠度标准，并借助EAD软件开展仿真工作；过程Ⅱ为程序图中的4～8，在电子线路EAD模型、蒙特-卡罗分析、正交试验、均匀试验等数学方式方法的协助下，对LED路灯恒流驱动电源的容差进行科学的分析与配置，最后获得确切的容差设计结果。在没有满足标准的容差配置方案的情况下，需要进行9对LED电路参数进行重新设计与规划。

3 探究LED路灯恒流驱动电源技术标准

众所周知，LED路灯工作电压值处于较低的层次上，多数为（3.4士0.2）V，单颗LED芯片功率工作电流在0.20-1.40之间波动，并且为单向传导模式。为了确保LED路灯功率的正常输出，需要借助驱动电源把220V市电转变为LED正常工作的特定电压与电流。面对市面上多种LED路灯驱动电源，在对其选择之时应该对以下几点进行考虑：

3.1 输出恒流性优良

参照LED的电学属性，其安装的驱动电源务必要确保流经LED电路的电流始终维持恒流状态，也就是对LED纹波电流施以管控手段，使其电流值始终小于平均电流的20%。

3.2 LED驱动电源的功率因数（PF）应该处于较高的档次上

现阶段市面上销售的驱动电源都备有功率因数指标标准，所以可以借助功率因数校正（PFC）技术去实现提高驱动电源功率因数这一目标。

3.3 LED驱动电源应该体现出高效性

LED驱动电源效率在有所保障之时，不仅仅可以强化LED路灯发光明亮度，实现节能降耗这一目标达到节能的目的，同时借助降低能耗量的途径，达到降低LED表面温度的目标，这样LED路灯的使用年限就会延长。

3.4 驱动电源应该具备抑制电磁干扰（EMD）的功能

上述目标的实现，可以采取将EMI滤波器安装进LED驱动电源输入端口的形式，过滤剔除掉电网的干扰，同时预防驱动电源干扰电网。

4 结束语

现阶段，LED路灯驱动电源面对的最大问题就是使用年限过短，而导致这一问题衍生出来出的主要原因在于LED路灯驱动电源需配置电解电容。应用多样化数学手段可以实现优化ED路灯恒流驱动电源可靠性容差设计方案的目标，从而为LED路灯恒流驱动电源的可靠性指标的确立及模型的完善奠定基础，使LED路灯的智能调光优势彰显出来，为无线调光技术的发展铺路垫石。

参考文献

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引言

随着科学技术的迅速发展，机电产品在国防、工业、农业、商业、科研和民用等方面的应用种类越来越多，而且都离不开电源技术和其它技术的应用。如果在其应用中忽略了可靠性管理，机电产品的质量也不会得到保证。可靠性是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。所以，可靠性是产品质量的时间指标，是产品性能能否在实际使用中得到充分发挥的关键之一。机电产品的可靠性是设计出来的、生产出来的。可靠性设计必须与机电产品的功能设计同步进行。因此，设计人员必须明确可靠性设计的目的并掌握可靠性设计的方法。

下面仅对机电产品的可靠性进行部分简要探讨。

1 可靠性设计

1.1 可靠性设计的目的

可靠性设计的目的一般包括以下几个方面：

——政治目的任何国家的产品的先进性和可靠性对其国际贸易、国际声誉和国际地位都有很大的影响，因此，各国政府都很重视产品的可靠性问题；

——经济目的对销售而言，产品的质量和可靠性水平是其占领市场份额和获得信誉的关键性因素；对生产而言，生产设备的可靠性故障会影响生产，造成经济损失；因此，各厂家和用户都很重视产品的可靠性问题；

——军事目的军用设备的可靠性直接关系到战斗的成败，人员的伤亡，甚至国家的安全，因此，各国都很重视军用产品的可靠性问题。

1.2 可靠性设计的指导思想

可靠性设计技术是在产品的设计中采取相应的措施，以提高产品的可靠性并达到可靠性指标的一门技术。为此应当充分注意以下几个方面：

——充分估计现有的技术水平，尽量采用成熟的、定型的、标准的原材料、元器件、电路和工艺来完成设计；

——准确掌握产品在运输、储存和使用中可能遇到的环境条件，采取相应的可靠性设计技术，以便使产品增强对环境的适应能力；

——应当充分满足设计与工艺制造、调试检测和维护使用的相互要求；

——可靠性定量活动应当贯穿于产品研制的全过程，包括可靠性分析、预计、论证、指标的确定和分配、设计、制造、调试检测和维护使用等；

——重视和加强设计阶段的可靠性管理，在设计中，必须贯彻和执行可靠性设计的技术标准和规范、产品可靠性要求事项、可靠性工作计划和可靠性审查程序等管理措施。

1.3 可靠性与维修性指标的论证和确定

可靠性与维修性指标的论证应当特别注意以下两个问题：

——被论证的机电产品应该具有哪些可靠性与维修性指标用来表征产品可靠性的数量特征有很多，对被论证的机电产品应该根据其用途选用适当的可靠性与维修性指标，例如对可修复的连续工作的机电产品，应以规定时间内的可靠度或平均无故障工作时间和平均维修时间作为主要可靠性指标；

——决定机电产品可靠性与维修性指标的高低应当根据使用要求、成本和研制进度来决定机电产品可靠性与维修性指标的高低，例如军用机电产品的可靠性与维修性指标过低，不仅会丧失战机，而且还将处于被动挨打状态；而可靠性与维修性指标过高，不仅会延长研制周期，而且还将增大研制经费。

1.4 可靠性指标和性能指标的关系

可靠性指标和性能指标的关系应当特别注意以下3点：

——可靠性是产品质量的时间指标；

——如果达不到可靠性指标的最低要求，性能指标再好也没有实际使用价值，反之亦然；

——性能指标的裕量是保证可靠性指标的必要条件。

1.5 可靠性增长

任何产品初期的可靠性不可能达到预期的水平，都需要一个经过不断地采取各种纠正措施的增长过程。可靠性增长应当把握以下3个主要因素：

——产品的信息反馈，特别应该重视用户的意见；

——产品可靠性故障的检测与分析；

——采取相应的纠正措施并进行试验验证。

2 元器件的选择与使用

元器件是机电产品可靠性的基础之一，很多机电产品的失效是由于元器件的性能和质量问题造成的。例如，国内某炼钢厂用中频炉熔炼钢铁，其中频电源是利用晶闸管全桥逆变获得的，每个桥臂上的晶闸管均并有阻容吸收电路。熔炼过程中，由于阻容吸收电路中的电容被击穿导致晶闸管失去保护而被击穿，从而造成直通故障和快速熔断器熔断，中频炉断电，正在熔炼的钢铁凝结在炉中，造成极大损失。由此可以看出元器件的选择与使用的重要性。

2.1 元器件的选用原则

元器件的选用要遵循下述原则：

——根据产品要实现的功能要求和环境条件，选用相应种类、型号规格质量等级的元器件；

——根据元器件使用时的应力情况，确定元器件的极限值，按降额设计技术选用元器件；

——根据产品要求的可靠性等级，选用与其适应的并通过国家质量认证合格单位生产的元器件；

——尽量选用标准的、系列化的元器件，重要的关键件应选用军用级以上元器件；

——对非标准的元器件要进行严格的验证，使用时要经过批准；

——根据国家或本单位的元器件优选手册选用。

2.2 器件封装结构和质量等级的选择

2.2.1 器件封装结构的选择

环氧树脂塑封器件为非气密性结构，易受潮气、盐雾和其它腐蚀性气体的侵蚀而失效。因此，对使用环境苛刻的产品，应当选用金属、陶瓷或低熔点玻璃封装的器件。

2.2.2 质量等级的选择

质量等级是指元器件装机使用前，在制造、检验和筛选过程中质量的控制等级。我国电子元器件分为A，B，C三个质量层次，每个质量层次包含几个质量等级，每个质量等级都有相应的质量系数。

质量等级的选择原则为：

——对可靠性要求高的产品，优先选用通过生产线军用标准认证并已上QPL（质量认证合格产品目录）表的元器件；

——关键件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件应当选用质量等级高的元器件；

——其它元器件可按其生产执行标准，参照国标中质量等级顺序选用。

2.3 降额设计

2.3.1 降额设计的依据

电子元器件在使用或贮存过程中，总存在着某种比较缓慢的物理化学变化。这种变化发展到一定程度时，会使元器件的特性退化、功能丧失，即失效了。而这种变化的快慢，与温度和施加在元器件上的应力大小直接相关。为此，应当对元器件实行降额设计。

2.3.2 降额等级

对不同的元器件，应用在不同的场合，实行不同的降额等级：

——Ⅰ级降额，是最大降额，应用于最关键设备；

——Ⅱ级降额，是中等降额，应用于重要设备；

——Ⅲ级降额，是最小降额，应用于一般设备。

2.3.3 降额注意事项

降额注意事项如下：

——有些元器件的应力是不能降额的，如电子管的灯丝电压、继电器线圈的吸合电流；

——有些元器件应力的降额是有限度的，如薄膜电阻器的功率减到10％以下时，二极管的反向电压减到60％以下时，失效率将不再下降；

——有些电容器的降额可能发生低电平失效，即当电容器两端电压过低时呈现开路失效。

2.3.4 降额系数

降额系数是依靠试验数据和使用的环境来确定的。确定降额系数的方法如下：

——数学模型及基本失效率与温度、降额系数之间的关系曲线；

——减额曲线给出了为保证元器件可靠工作所选择的降额系数与温度之间的函数关系，当在该减额曲线上工作的半导体结温达到其最高结温时，其失效率仍然较高；

——应用减额图，即在减额曲线的下方，通过试验找到一条半导体结温较低的减额曲线；

——各种元器件的减额因子参见国家标准。

3 三防设计

任何机电产品都是在一定的环境下工作的，而潮湿、盐雾和霉菌会降低材料的绝缘强度，引起漏电，从而导致故障。因此，必须采取防止或减少环境条件对机电产品可靠性影响的各种方法，以保证机电产品工作中的性能。例如，国内某厂家生产的UPS，由于没有采用三防设计，在沿海和潮湿地区应用时多次发生故障，致使该厂家的维修费用过高，几乎到了无利可图的地步。由此可以看出采用三防设计的重要性。为此应当充分注意以下几个方面。

3.1 防潮设计

防潮设计的原则如下：

——采用吸湿性小的元器件和材料；

——采用喷涂、浸渍、灌封、憎水等处理；

——局部采用密封结构；

——改善整机使用环境，如采用空调、安装加热去湿装置。

3.2 防霉设计

防霉设计的原则如下：

——采用抗霉材料，例如无机矿物质材料；

——采用防霉剂进行处理；

——控制环境条件来抑制霉菌生长，例如采用防潮、通风、降温等措施。

3.3 防盐雾设计

防盐雾设计的原则如下：

——采用防潮和防腐能力强的材料；

——采用密封结构；

——岸上设备应当远离海岸。

4 抗震设计

任何机电产品都要经过从厂家到用户的装运过程，特别是在振动场合下应用的机电产品，必须采取防止或减少振动环境条件对机电产品可靠性影响的各种方法，以保证机电产品工作中的性能。例如，国内某个著名研究所在上世纪60年代购入一台几十万元的真空熔炉设备，在厂家验收合格后运往北京。然而经过多次调试，其高压电源均调不到额定值，只好丢弃在库房中。后来被另一个研究所以废品的价格买走，打开高压电源的油箱后发现高压变压器的初级绕组三相进线中有一根断裂。这很可能是该产品从厂家到北京的装运过程中发生的。由于冲击和振动会引起材料的机械强度降低，甚至会发生材料断裂，从而导致故障。为此应当充分注意以下几个方面：

——印制板上各元器件引脚线长应当尽量短，以增加抗振动能力；

——印制板应当竖放并进行加固；

——较重的器件应当进行加固；

——悬空的引线不宜拉的过紧，以防振动时断裂；

——运输机电产品时，应当加强防震措施；

——振动场合应用的机电产品，应当采用防震措施。

5 电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此，对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作，又要注意电子设备本身不对周围其他设备产生电磁骚扰，影响其他设备正常运行。

例如，国内某厂家生产的二氧化碳激光器刻标机，由于对电磁兼容性设计重视不够，每当二氧化碳激光器刻标机运行时，其周围的计算机等电子设备便无法工作。这主要是因为二氧化碳激光器刻标机运行时产生的空间电磁辐射干扰所致。为此应当充分注意以下几个方面。

5.1 电磁兼容性控制计划

电磁兼容性控制计划主要包括以下各项：

——落实电磁兼容性管理机构的职责、权限和实施计划；

——电磁兼容性的预测和分析；

——制定项目的电磁兼容性标准；

——进行项目的频谱管理；

——制定电源、结构、工艺、布局等电磁兼容性的要求；

——拟制电磁兼容性试验大纲。

5.2 电磁兼容性设计指标

电磁兼容性设计指标可以参照相应的国家标准。

5.3 电磁兼容性设计方法

电磁兼容性设计方法主要包括以下各项。

5.3.1 抑制骚扰源

抑制骚扰源的主要方法如下：

——限制骚扰源的电压、电流变化率；

——限制骚扰源的电压、电流幅?；

——限制骚扰源的频率；

——直流电源的去耦；

——交流电源变压器的电磁屏蔽；

——对感性负载的骚扰源采取相应措施；

——采用独立电源。

5.3.2 切断干扰的耦合通道

切断干扰的耦合通道的主要方法如下：

——完整的电磁屏蔽以切断空间干扰的耦合通道；

——合适频谱的滤波以切断线路传导干扰的耦合通道；

——适当的接地以降低地线干扰的耦合通道；

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关键词： PLC控制系统; 可靠性设计; 冗余设计; 方案；

前言

可靠性是系统和产品的主要属性之一，是考虑到时间因素的产品质量，对于提高系统的有效性、降低寿命期费用和防止产品发生故障具有重要意义。影响系统可靠性的因素很多，因此，提高其可靠性的途径也很多。本文在此将从影响 PLC控制系统的外部因素和内部因素二方面进行探讨，给出相应的可靠性设计方案和重要的冗余设计技术。只要在实际工作中，善于观察，善于总结积累经验，就可以充分考虑到对PLC.的各种不利因素，在实际应用中采取适当措施;使控制系统可靠、安全地运行。

一、 PLC 的可靠性设计分析研究

外部原因主要包括温度、湿度、电源、空气、振动和冲击等因素。根据其各自特点，采取相对应的调整即能较好避免故障的发生。

1、温度： PLC 的工作环境温度为 0~ 55℃ ，且不可急剧变化。由于温度的变化将直接影响 PLC元器件的可靠性和寿命，所以必须采取措施取制温度的上下限。当温度超过 55℃ 时,可通过将系统安装于通风好、有空调的控制室内，在柜中设置风扇、冷风机等措施。当温度低于 0℃ 时，可通过在柜中设置加热器，不切断控制电源等来改善。

2、湿度： PLC 工作相对湿度为 30% ~ 85% ，湿度过大或过小可导致 PLC内部元件性能恶化、短路和静电感应损坏等不良后果。可采用以下对策： 盘柜设计成封闭型，电路板覆盖保护层，尽量避免人体接触感应等。

3、电源： 多数外界干扰都是通过电源线进入 PLC的，所以电源的设计尤为重要。可以将动力部分、控制部分、PLC和 I/O电源分别配线，并将 PLC的电源用带屏蔽层的隔离变压器隔离。

4、空气： PLC不可安装在有尘埃、导电粉末、有害气体、水分、有机溶剂、强碱性溶液的环境中，应将盘柜设置成密闭结构，以防止对系统可靠运行有影响的不清洁空气进入。

5、振动和冲击： PLC 不能经受较大的震动和冲击,所以应该将 PLC设置在远离振源的场所，并安装防振橡皮等。

二、 PLC 的冗余设计技术分析研究

内部原因包括系统的偶然性故障和长时间使用后的性能老化，以及经过可靠性增长试验仍未能发现的软件和硬件缺陷等引起的故障。冗余设计技术主要针对系统可能出现的永久性、瞬间性和间歇性故障进行冗余设计。冗余技术即采用备用的硬件或软件参与系统的运行或处于准备状态，一旦系统出现故障，能自动切换,保持系统不间断地正常工作。

1、软件冗余： 采用程序复执的方式，能有效地预防和处理瞬时故障。所谓复执，是指在系统出现瞬时故障时，重复执行故障的那一部分程序，这样系统不必停机，往往可以自动回复到原来正确的动作，这实际上是一种时间冗余方式。

2、硬件冗余： 在没有冗余的 PLC 系统中，一旦发生故障，就会引起整个生产系统发生故障而不能正常工作。因此，没有冗余的 PLC系统可靠性最低。重要的生产系统必须有冗余，即在 PLC系统中并联若干 PLC系统，以便当其中一个 PLC系统发生故障时，整个生产系统能正常工作。硬件冗余有多种方式，常用的有：

①并联冗余： 只有当组成系统的所有单元都失效后，整个系统才会失效，这种系统称为并联系统。这种系统只要有一个单元不失效，整个系统就不会失效，所以是一种工作冗余。

②表决冗余： 如果组成系统的 n 个单元中，只要有个 k单元不失效，系统就不会失效，这种系统称 k /n表决系统。

③旁联冗余： 这种系统由 n 个单元组成，其中只有一个单元在工作，其余 n-1个处于等待状态，当工作元件失效时，通过失效检测装置及转换装置，使另一单元开始工作，单元逐个顶替工作，直到全部单元失效为止，因此是一种后备冗余。因此，从上面的分析可以得出，这种冗余设计是大幅度提高 PLC可靠性的有效措施。而且它在工业控制的实际应用中已经证明并联冗余设计是可行的、有效的。

三、改进的冗余设计方案分析研究

上述冗余设计是将系统的输入输出分别连接多台内容完全相同的 PLC，当一台 PLC出现故障时，可切换到另一台 PLC继续工作，保证了系统的正常运行，提高了系统的可靠性。但是由于冗余设备长期处于空闲状态，使得控制系统的成本大幅度地增加，因此其应用必然受到一定程度的限制。下面介绍一种新的冗余设计方法： 双重并联冗余设计。如：PLC1 和 PLC2同时并联工作，当错误检测器发现某一台输出不正常时，通过诊断逻辑起动停止开关，截断出错 PLC的输出，并由另一台 PLC接替出错 PLC的工作。本系统的优点是在并联通道的后部交叉设置了与门和或门，当两路都正常工作时，可以实现两台 PLC无空闲双重工作; 当有一路发生故障时，另一路通过与门和或门同时支持两路的输出。这一设计完全解决了并联冗余系统必须有一路或多路空闲的缺点，不仅提高了系统的可靠性，而且节约了系统的成本。

四、 PLC控制系统的安全设计分析研究

尽管PLC的运行是安全、可靠的，作为一个系统来说，稳定可靠仍然是不可忽视的问题.系统安全设计要充分利用PLC的特点，使PLC的运行能真正达到安全、可靠。一是，硬件保护。主要包括：联锁保护、限位保护和急停保护等。二是，软件保护。主要包括：联锁保护、限位保护、限时保护和自检保护等。PLC是利用存储程序进行控制，用存储的程序进行安装保护，也可以使其只执行正确的操作，而拒绝错误的命令。软件保护主要利用自检信息及时发现隐患，清除故障;也可针对工程的特点，自编诊断程序而排除故障，以确保PLC可靠、稳定、安全运行。

五、 PLC控制系统可靠性的管理分析研究

1、人的管理。随着科技的发展，自动化的科学含量不断的提高。这将对工作人员的素质提出更高的要求。工作人员不但要熟悉设备情况、检修、规划和设计等;而且还要懂得计算机以及具有一定技术水平。因此，必须从人员的培训力度、培训方式和培训内容等着手。不断提高工作人员的业务素质和思想素质，才能胜任其工作岗位。

2、维护管理

PLC控制系统的可靠性，其主要因素还是要做好后期的维护管理工作，维护设备主要部位：供电电源，外部环境、安装状态、电源(Ps)、中央处理单元(CPU)、信号模板(SM)及寿命元件输人、输出中间继电器等设备等。

六、结束语

PLC是专为工业生产环境设计的计算机控制设备，具有可靠性高、抗干扰能力强的特点，一般不需要采取特殊的措施，PLC就可直接应用于工业环境中。但工业控制现场条件多很恶劣，干扰强，同时还需考虑PLC自身的故障，因此必须注意诸多因素，以保证 PLC系统长期安全可靠地运行。以上就是个人的一些见解，供同行参考。

参考文献：

[1] 陈 明. 电测与自动化装置可靠性 [M ]. 西安： 西北工业大学出版社，1989.

[2] 赵跃华. 可编程序控制器及其应用 [M ]. 成都： 电子科技大学出版社，1998.

[3] 梁景凯. 机电一体化技术与系统 [ M ]. 北京： 机械工业出版，1999，9.

[4] 赵中敏. 容错技术在数控机床中的应用研究 [ J]. 组合机床与自动化加工技术，2003，( 10).

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1可靠性设计管理目标

在论述可靠性设计管理之前，需要明确可靠性设计管理的目标是什么。根据笔者的设计经验，电子产品设计有三条研发平行线，也可以说三个研发层次：功能与性能设计、可制造性设计、可靠性设计，如图二所示。功能和性能设计是指通过软件和硬件手段设计出“达到”用户要求的产品，功能和性能设计的基础是用户需求。可制造性设计是指为了满足用户批量使用要求而进行的物料、供应商、工艺（设计、生产）、工装测试等方面的设计工作，是使设计的产品从制造角度“持续达到”用户要求。可靠性设计是指通过各种手段和管理，使产品全生命周期的功能和性能“超越”用户要求。这三个层次是一个渐进层次，其顶点就是可靠性设计层次，同时这三个层次在具体实施的时候是平行的，要真正设计出超越用户要求的产品，在进行功能、性能设计的同时需要进行可制造性设计和可靠性设计[5]。

2可靠性设计管理分析

从图一可以看出，可靠性设计管理是一个复杂的系统管理，不但包含对人力资源的管理，还包括工具、方法、供应商等各个方面。下面将从人、工具、物料等几个方面简单分析。

2.1人从人的角度来讲，要缔造高可靠性的电子产品，需要在人力资源管理上做文章，使设计人员能够达到可靠性设计的技术水平和可靠性设计的意识。提升设计人员技术水平使之达到可靠性设计要求的技术水准，以硬件工程师为例，硬件工程师必须成为硬件设计师、器件工程师、工艺工程师、测试工程师，做到4类设计师才是合格的硬件工程师。硬件工程师素质简化模型如图三所示。一个仅仅能够进行原理设计和PCB制图的工程师不是硬件工程师，他还需具有器件、工艺和测试的知识，并在设计过程中应用这些知识，从而实现设计可靠、性能可靠、器件可靠、可制造性高的电子产品。在提高设计人员的可靠性设计意识方面，我们要求研发人员对产品全生命周期负责，任何质量问题都源于设计，采用产品质量追溯问责制，充分让设计人员意识到设计高可靠性产品是对产品品质负责、对用户负责、对自己负责，从而使可靠性设计成为设计人员的自主自觉行为。

2.2料从料的角度讲，要缔造高可靠性的电子产品，就是在物料可靠性、物料体系的稳定性、供应商管理的角度去规范管理，使物料设计、物料体系达到可靠性设计的要求。从器件选型角度来说，设计师首先列出可靠性指标并根据需求和指标完成初步选型，将初步选型的器件按照关键器件、非关键器件、弱质量器件进行分类筛选。关键器件需要进行相关的局部电路测试，重点考核其性能与功能是否达到可靠性指标。弱质量器件需要进行重点故障规避，防止使用过程的质量问题。从供应商管理角度来说，一定不要将样机阶段的供应商物料与批量阶段的供应商物料对等处理，因为这是不同的两个过程。我们要约束供应商提供可靠品牌、可靠渠道、可靠产地、性能一致性高的物料，同时与供应商共同加强管理，达到可靠性上的“双赢”。

2.3机这里所谓的“机”，在电子产品设计上可以引申为工具，好的设计工具在电子产品设计中可以起到事半功倍的作用，但是工具也不是完全被依赖的，只有合理利用适当的工具才能够对设计提升有帮助。目前，电子电路设计软件如Candence/Alegro、Protel99se的升级版Altium.Designer等EDA软件均具有各类仿真和信号完整性测试、工艺图测试等功能。利用这些工具我们就可以在原理图设计时完成功能性信号仿真和测试，从而提前选定关键电路模块的参数。图四显示的是某原理图中Ram存储器启动时的信号仿真。利用PCB后期的信号完整性测试，可以在实际板件未制作前完成与PCB工艺和各种器件参数匹配的信号完整性测试，而在以往这些测试是需要经过几次制板调试才能够完成的。图五显示的是某PCB板件测试点的信号完整性分析。各类有限元分析软件和专用软件如FLOTHERM等可以帮助我们的电子产品造型工程师和PCB工程师在设计时准确把握产品的空间热设计。图六显示的是某电子设备板件热特性分析。

2.4法从法的角度，包含设计过程中的设计方法、测试分析方法，当然也包括本文我们所研讨的设计管理方法。以测试分析方法为例，目前智能院测试体系已经基本健全，正在不断丰富和完善测试系统，智能院每一种产品和板件都经过包括静电、脉冲群、雷击浪涌、高低温、震动、电源抗反接、异常状态模拟测试、功能极限测试等各类严格的归零测试。这些测试保证了产品的可靠性和质量。但是这些是远远不够的，下一步我们将针对工程机械应用环境进行研究，形成各种主机环境、各种应用环境下的针对性测试模型，将我们的每个产品放在这些模型中进行可靠性测试，从而真正达到并超越客户要求的高性能、高可靠性产品。从设计角度来说，产品关键模块测试与设计过程同步、关键电路理论模型数据与实际测量数据比对、信号完整性分析、软件可用性评估等已经在智能院各类产品的设计过程中得到应用。以后我们还会将这些在产品的全生命周期，从设计、用户反馈、售后质量、故障品维修中发现和解决的问题，形成故障树，使产品生命线可追溯，并保持产品间的借鉴性。从设计管理方法上讲，我们虽然形成了一定的可靠性设计的思路，但是尚缺乏系统性和完整性，下一步我们将在可靠性设计上逐步形成一整套可行可靠的方法论，并通过可靠性设计管理加以固化和约束。

3结束语

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[关键词]石油测井仪器；可靠性；设计

中图分类号：E933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0357-01

石油测试仪器的可靠性具有与一般的电子设备可靠性不同的要求。因此，可靠性试验要针对不同的产品分别对待，结合生产过程中的各种条件作相应的调整和改进。如果能考虑模拟试验和现场实际统计相结合，结果一定会更加合理。关于提高石油测试仪器可靠性的技术还有很多，我们要有选择的运用。随着技术的不断进步，对石油测试仪器可靠性的不断关注，可靠性研究在石油测试仪器中一定会有更大的发展。

1 石油测井仪器可靠性设计方法

根据石油测井仪器的结构特性与使用环境，对其的可靠性设计要把重点放在机械设计与电气设计上，同时应侧重对可靠性保障技术的探究及应用研究。其中，对于机械可靠性的设计，重点要集中于容易出现共振的电子仪器骨架、容易破碎的探测器等一些部件；而电气可靠性的设计，则主要是进行石油测井仪器常见电子元器件失效规律的研究，以最终寻求到可行的可靠性保障措施。

1.1 机械可靠性设计

石油测井设备不管在研制与生产的时候，还是在利用、运输或维修的时候，一般都会经受许多种类的机械作用，发动机及其他振动源造成的振动作用就是如此，爆炸、碰撞及颠簸导致的冲击作用也是如此。于是，石油测井仪器常处于受振状况。在仪器设备经受冲击、振动的情况下，其电子元器件、机械结构就会经受损伤，可能损坏，所以以下这个技术问题就显得相当重要并应及时解决：处于不等的机械振动及不同的冲击环境内，要确保仪器设备能可靠地运行。防振设计主要需防正弦振动及冲击：正弦振动即基于频域对振动问题进行研究，冲击即基于时域对振动问题进行研究。防止整机或元器件所具备的固有频率和外界机械振动出现共振是最为重要的。现针对石油测井仪器结构特性，进行如下机械可靠性设计：

（1）电子仪器骨架的抗振设计分析。当电子仪器骨架存在的固有频率等同于外界振动激励具有的频率时，共振就会出现，从而使仪器整机与元器件受到极其严重的破坏。所以，电子仪器骨架抗振设计的重要思想是，将其自身的固有频率转移到工作环境中会出现振动的频段以外，使共振得以避免。据相关资料分析统计，对于车辆，其振动加速度最高可达5.6g，振动频率在2～150Hz之间，即外界的激振频段处于0～150Hz之间。按照以上思想，进行电子仪器骨架自身固有频率的计算，并使用设计方法使其高于200Hz，此时就不会出现二者共振现象，从而实现抗振的设计目的。

（2）探测器防冲击、抗振设计分析。在放射性测井仪器中，探测器是最弱的一个环节，光电倍增管及晶体均为玻璃器件，容易破碎。因此，在放射性测井仪器的机械结构可靠性设计中，探测器的防冲击及抗振设计是十分重要的。在实际工程中，通常使用减振器来隔离冲击与振动影响，并加强仪器设备所具有的刚度和强度，从而提高其抗冲击与振动的能力。一般应选择刚度、阻尼比较大的减振器。

1.2 电气可靠性设计

进行电气可靠性设计的基础是扎实掌握仪器电子元器件具有的失效规律。按照可靠性理论，元器件选择及筛选、噪声抑制及热设计属于可靠性保障技术。（1）元器件选择及筛选。和特定用途及产品应有的等级相比，如果选择的元器件具有很高的温度及质量等级，则一定会产生浪费；如果选择的元器件等级很低，就不能达到产品可靠性其他设计要求。所以，应遵循降额运用的原则准确选择及筛选元器件。（2）噪声抑制。运用遥传信号总线之类的双绞屏蔽线，能使电磁干扰得到合理屏蔽，从而保证数据的可靠准确传送。同时，优化印刷板引线布局，能使电源带来的干扰得到抑制。（3）热设计。为使仪器的稳定工作时间加长，应合理设计吸热与隔热结构，确保仪器的保温性能；为防止元器件发生局部过热导致损坏，针对大功率器件，应实施一定的散热设计，即可以优化设计安装办法，也可安装散热片；还应尽最大可能简化电子线路，特别是耗电量大的电路；应尽可能使用具有低功耗、耐高温特性的CMOS器件。（4）变压器的三防设计。石油测井仪器中会存在许多型号的变压器，而各种测井仪器的问题就常常在此发生。设计时，笔者建议采用三防设计：在变压器安装结构和铁芯间进行端封或灌封处理，变压器线包一起进行浸高温绝缘漆处理，这样，铁芯、安装结构及线包就成为一个整体，从而提高了变压器的可靠性。

2 提高石油测试仪器的可靠性

石油测试仪器的结构，分为电气和机械两个部分。考虑分别提高可靠性。

2.1 提高电气部分可靠性

提高电气部分电子产品的可靠性，目前在国际上广泛认同并行之有效的方法―――HALT/HASS（Highly Accelerated LifeTest，高加速寿命试验/Highly Accelerated Stress Screen，高加速应力筛选），是一种快速、经济、有效的提高电子产品可靠性的新方法。其最基本的宗旨就是把产品所有的缺陷用一切办法暴露在实验室阶段，在出厂之前使产品做的尽可能的完美，保证生产出来的产品故障率降到最低，保证送到用户手中的产品具有高可靠性。而且这种理念已完全成为了一些知名公司的一种企业文化，变成了一种完全自觉的行为，形成了视产品质为

企业生命的基本意识。一旦采取了纠正措施，并将余量扩大到了产品技术要求的基本极限，则该产品的工作极限和破坏极限就可用于HASS。借助HASS，可以快速找出产品中的工艺缺陷或新的薄弱环节，而不会显著地消耗产品寿命。HASS有助于确保通过HALT获得的可靠性改进在未来的生产中保持下来。

2.2 提高机械部分可靠性

提高机械部分可靠性，主要是减小各种机械环境中引入的振动应力，建议考虑和注意安装过程。安装时注意：较重的元器件，必须采用固定措施，尽量靠近支架安装，并尽量要安装在较低的部位；对活动装置，如接插件、组合件、门等应有可靠的紧固装置；设备中的导线、电缆不得用硬线，不应有伤痕，不宜太短，线扎应分段固定；对陶瓷等较脆元件，应有减振装置，与金属件连接时，要垫上橡皮、塑胶、毛毡等衬垫材料；电缆或导线均应留足够的宽松度；继电器类元件的安装，应使触点的动作方向，尽量不要与振动方向一致。如有必要，可安装两个相互垂直的继电器并联使用，以防止纵向、横向振动效应等。

参考文献

[1] 任晓荣，师义民，彭琥.石油测井仪器可靠性指标探讨[J].电子产品可靠性与环境试验.2002（05）.

[2] 陈琴仙，李春松.石油测井仪器环境可靠性试验研究[J].声学与电子工程.2009（03）.

[3] 刘西恩，师奕兵，张伟，饶知.石油测井仪器远程升级方法研究[J].电子质量.2010（11）.

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[关键词] 电路系统 可靠性 降额设计

[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

随着科学技术的迅速发展，对产品的可靠性提出越来越高的要求。所谓可靠性是指“产品在规定的条件下和给定的时间内，完成规定功能的能力”。[1]它不但直接反映系统各组成部件的质量，而且还影响到整个系统质量性能的优劣。电路系统是电器产品的最重要组成部分，容易受到热、湿度、振动、电磁波等干扰的影响，其自身的组成元件也存在老化、失效等问题，进而影响到产品的正常运行。因此，电路系统的可靠性设计尤为重要。如何来提高电路系统的可靠性，本文通过简化电路设计，元器件降额使用，PCB板设计的可靠性措施、软件可靠性措施等方面来阐述。

1.简化电路设计

在保证系统性能要求的前提下，尽可能使系统结构简单化，具体的措施有：

①尽量用软件代替硬件功能，尽可能减少系统元件的数量及其相互间的联接。例如采用集成了A/D，PWM，Flash和SRAM等必要功能的MCU芯片；

②尽量采用简单电路代替复杂电路，用集成电路代替分立元件电路；

③尽可能采用经过考验的可靠性有保证的元器件以及功能电路；

④尽可能采用模块化设计，其中包括硬件模块化设计和软件的模块化设计。

2.元器件降额使用

降额设计，主要是指构成仪器的元器件工作时所承受的工作应力(电应力和温度应力)适当低于元器件规定的额定值，以达到延缓其参数退化，增加工作寿命、降低基本故障率，提高使用可靠性的目的。

通常元器件有一个最佳降额范围。在此范围内，元器件工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，电路的设计易于实现，且不必在设备的重量、体积、成本方面付出大的代价。但过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至有可能找不到满足设备或电路功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降。根据产品的不同用途及其重要性，一般降额设计分为三个等级。

a.Ⅰ级降额

Ⅰ级降额是最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大。超过它的更大降额，通常对元器件可靠性的提高有限，且可能使设备设计难以实现。适用于下述情况：设备的失效将导致人员伤亡或装备与保障设施的严重破坏；无法或不宜维修；系统对设备的尺寸、重量有苛刻的限制。

b.Ⅱ级降额

Ⅱ级降额是中等降额，对元器件使用可靠性有明显改善。Ⅱ级降额在设计上较Ⅰ级降额易于实现。用于下述情况：设备的失效将可能引起装备与保障设备的损坏；有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；需支付较高的维修费用。

c.Ⅲ级降额

Ⅲ级降额是最小的降额，对元器件使用可靠性改善的相对效益最大，但可靠性改善的绝对效果不如Ⅰ级和Ⅱ级降额，在设计上最易实现。适用于下述情况：设备的失效不会造成人员和设施的伤亡和破坏；设备采用成熟的标准设计；故障设备可迅速、经济地加以修复；对设备的尺寸、重量无大的限制。[2]

对于失效率高、重要元器件一定要进行降额设计。下面列举集成电路、晶体管、二极管的降额设计。

2.1集成电路

集成电路芯片的电路单元很小，在导体断面上的电流密度很大，因此在有源结点上可能有很高的温度。高结温是对集成电路破坏性最大的应力。集成电路降额的主要目的在于降低高温集中部分的温度，降低由于器件的缺陷而可能诱发失效的工作应力，延长器件的工作寿命。

中、小规模集成电路降额的主要参数是电压、电流或功率，以及结温。大规模集成电路主要是降低结温。降低结温可采取以下措施：

a.器件应在尽可能小的实用功率下工作；

b.采用去耦电路，减少瞬态电流冲击应；

c.器件的实际工作频率应低于器件的额定频率，原因是当工作频率接近器件的额定频率时，功耗将会迅速增加；

d.应实施最有效的热传递，保证与封装底座间的低热阻，避免选用高热阻底座的器件。

2.2晶体管

高温是对晶体管破坏性最强的应力，因此晶体管的功耗和结温须进行降额；电压击穿是导致晶体管失效的另一主要因素，所以其电压须降额。功率晶体管有二次击穿的现象，因此要对它的安全工作区进行降额。其降额准则如表1所示。

2.3 二极管

二极管的降额要求类似于晶体管，其功率（或电流）、结温及反向电压必须进行降额。

二极管允许的总耗散功率(或电流)与环境温度(或壳温的)的关系可用“功率（或电流）-温度负荷曲线”表示，图1为整流二极管电流--温度负荷曲线。小电流或小功率二极管最大额定电流或功率对应的环境温度范围通常在-55°C～+25°C之间，当超过了温度上限后，其允许的电流或功率将线性下降，直至下降到0，此时的环境温度（或壳温）对应于二极管的最高结温。曲线斜线部分的斜率约等于热阻的倒数，它与器件的物理常数有关。

图1 整流二极管电流--温度负荷曲线

降额设计是可靠性设计的重要措施之一，但在降额设计中应注意到降额幅值越大将带来仪器的体积、重量和成本的增加，在有些应用情况下将受到限制。

3.PCB板设计的可靠性措施

在PCB板上除了尽量减少元件器的便用量及元件的降额使用，还可以通过以下措施来提高系统的可靠性：

①在PCB板上，弱信号的走线尽可能短而宽，且两边用较粗的地线（不小于3mm）进行屏蔽保护，以防止其他电路的漏电流及电磁干扰进入信号电路。

②为了保证信号的无失真放大，信号线应尽可能宽，并尽量减少过孔。为此，在双面PCB板中，顶层（元件面）基本上均排布信号线和电源线，而底层（焊接面）应尽可能增大接地面积，地线面积应占整体印制板面积的40%，这也是一种屏蔽手段，同时从插件输入的地线出发，形成一个地线回路，在三层印制板中则增加了一个中间层次（电源层），所有的5V和12V的电源线均排布在该层，元件面与焊接面则于双面PCB板相似。

③运算放大器的输入端与输出端应尽可能远离，否则会在两端之间产生杂散电容，会使输出信号返回到输入端而产生自激振荡。

④PCB板中条状线不要长距离平行，否则会在两线之间形成电感耦合及寄生电容耦合。

⑤微弱信号经过的过渡孔、信号放大电路的正负输入端都在元件面走线，在焊接面用地线包围，过孔必须两面焊接，提高焊点的可靠性。

⑥每个集成电路芯片的正负电源端都有0.1μF的电容并联接地去耦，且此电容排布在尽可能接近芯片的电源端，这样可以消除芯片周围分布电容的影响。

⑦PCB板上有多种电源，每个电压源均要在入口处设置去耦电路，防止互相干扰。常用RC滤波电路，如图2所示，其中C1滤除高频干扰，电容值在PF级，C2滤除低频干扰，电容值在μF级。

图2 RC滤波电路

⑧在PCB板的装配工艺上，不用集成电路管座，集成电路直接焊在PCB板上，这样可以抗冲击与振动，同时避免了管座与集成电路之间产生的分布电容的影响。

4.软件可靠性措施

提高电路系统可靠性还可以通过一些软件的措施来实现。通常采用的软件措施有：数字滤波技术、冗余技术、看门狗（Watchdog）技术等。

4.1数字滤波

数字滤波是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，即提高信噪比，它实际上是一个滤波程序。与传统的模拟滤波器相比，它具有灵活、方便、功能强、可靠性高、稳定性好的优点。在一定程度上，可以完全取代模拟滤波器。

4.2冗余技术

冗余技术包括指令冗余和数据冗余。指令冗余是在双字节指令和三字节指令之后插入两条空操作指令NOP，可保护其后的指令不被拆散；或者在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，该指令就不会被前面执行下来的失控程序拆散，并将被完整执行，从而使程序走上正轨。数据冗余是将原始数据（包括状态标志、工作变量、计算结果等）以数据块的形式同时存放在RAM的不同区域，当原始数据被破坏时，可启用备份数据。备份数据的存放地址要与原始数据的地址有一定的距离，以免被同时破坏。

4.3 看门狗技术

看门狗(Watchdog)内置有定时器，每个程序运行周期都得对它重置初值，一旦程序跑飞，进入死循环，定时器溢出将MCU复位，从而退出不正常的运行状态。但是这样做必须注意系统的可重入性，对于与历史状态相关的系统，可以结合数据的冗余技术，启用备份数据来保证为保证其重入性能。

4.4 软件陷阱

为了防止程序跑飞到ROM的盲区，还可以设置软件陷阱。软件陷阱是用一条引导指令强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如果把这段程序的入口标号为ERR，则软件陷阱就是一条“LJMP ERR”指令。为加强其捕获效果，一般还在它前面加多条NOP指令：

5.结束语

在一个具体的系统设计中，为提高系统的稳定性和可靠性，往往要综合采用多种措施来达到满意的效果，这是全面提高系统可靠性的必由之路。系统不同，其具体的控制对象就可能不同，运行环境也会千差万别，因而其面临的主要干扰问题就不同，采取的措施也就不同；但仅采取某项措施就希望全面提高系统的可靠性常常是不现实的，而要针对主要问题综合采取相应措施提高可靠性。

参考文献：

[1]王锡吉.电子设备可靠性工程[M].西安：陕西科学技术出版社，2005.

[2] GJB／Z 35-93《元器件降额准则》.

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关键词：电子元器件　电子装置　可靠性设计

中国分类号：TP302.7　文献标识码：A　文章编号：1002-2422(2010)02-0057-04

1　电子元器件的正确选择

(1)对电子元器件的选择的原则之一，电子元器件的技术性能、质量、使用条件等在满足产品要求情况下；要优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高的标准元器件，应最大限度的压缩元器件的品种、规格，生产厂。

(2)对电子元器件的选择的原则之二，根据电子元器件质量等级与质量系数选用，国军标GJB／Z299B《电子设备可靠性预计手册》列出了各类电子元器件。根据不同级别的标准和质量认证所对应的可靠性质量等级及质量系数，质量系数越大表示器件的失效率越高，可靠性水平越低。美国的各类电子元器件的质量等级和质量系数可以查阅美国军用手册MIL-HDBK-217F《电子设备可靠性预计》。

(3)对电子元器件的选择的原则之三，采用元器件计数法预计装置的平均故障间隔时间，通过对使用不同质量等级的元器件的装置的MTBF进行比较，分析对可靠性影响的大小，最后，正确选择电子元器件。

2　元器件的正确使用

(1)简化设计。

①多个通道共用一个电路或器件。

②在逻辑电路的设计中，简化设计的重点应该放在减少逻辑器件的数目，其次是减少门电路或输入端的数目。

③多采用标准化、系列化的元器件，少采用特殊的或未经定型元器件。

④能用软件完成的功能，不要用硬件实现。

⑤能用数字电路实现的功能，不要用模拟电路完成。

⑥在保证实现规定功能指标的前提下，多采用集成电路，少采用分立器件，多采用较大规模的集成电路，少采用较小规模的集成电路。提高集成度可以减少元器件之间的连线、接点以及封装的数目，而这些连接点的可靠性常常是造成电路失效的主要原因。

(2)低功耗设计。可以从两方面着手，一尽量采用低功耗器件，如在满足工作速度的情况下，尽量采用CMOS电路。而不用TTL电路：二在完成规定功能的前提下，尽量简化逻辑电路，并更多的让软件来完成硬件的功能，以减少整机硬件的数量。

(3)保护电路设计。在电路设计中，根据具体情况设计必要的保护电路。如在电路的信号输入端设计静电保护电路，在电源输入端设计浪涌干扰抑制电路，在高频高速电路中加入噪声抑制或吸收网络。具体保护电路的形式根据具体情况考虑。

(4)电路的重点设计。常常有这样的情况，某个元器件的参数退化严重，但对电路性能的影响甚微；而另一个元器件稍有变化，就对电路性能产生显著影响。这是因为一个元器件对于电路可靠性的影响不仅取决于该元器件自身的质量，而且取决于该元器件在电路中关键作用。因此，在电路设计中应对电路性能影响显著的关键元器件或子电路。进行重点设计。

(5)基于元器件的稳定参数和典型特性进行设计。对于那些由于工艺离散性以及随时间、温度和其它环境应力而变化的不太稳定的性能参数，设计时应给予更为宽容的限制。对于那些不确定的无法控制的性能参数，设计时不宜采纳，有典型应用电路时，应尽可能使用。

(6)块设计。在系统分割时，应注意电路功能和结构的均衡性，这样对提高装置可靠性有利。这主要体现在两个方面：一是每块电路的功能应相对完整，尽量减少各个电路之间的联接，以削弱互连对电路可靠性的影响；二是各个电路所含元器件的数量不要过于集中带来的不可靠因素，同时也方便了装配工艺设计。

(7)冗余设计和降额设计。冗余设计也称余度设计，是在系统或设备中的关键电路部位，设计一种以上的功能通道，当一个功能通道发生故障时，可用另一个通道代替，从而可使局部故障不影响整个装置的正常工作。对采用那种冗余方式(主动冗余，备用冗余，功能冗余)也要考虑。

(8)常用集成电路的应用设计规则。在电路设计时，除了以上所述的通用设计原则之外，还要根据所用器件的具体情况，采用不同的设计规则。下面给出用几种常用集成电路进行电路设计时应该遵循的一些规则。

TIL电路应用设计规则：

①电源，稳定性应保持在±5％之内；纹波系数应小于5％：电源初级应有射频旁路。

②去耦，每使用8块TTL电路就应当用一个0.01-0.1uF的射频电容器对电源电压进行去耦。去耦电容的位置应尽可能地靠近集成电路，二者之间的距离应在15cm之内。每块印制电路板也应用一只容量更大些的低电感电容器对电源进行去耦。

③输入信号。输入信号的脉冲宽度应长于传播延迟时间，以免出现反射噪声。

④要求逻辑“0”输出的器件，其不使用的输入端应将其接地或与同一门电路的在用输端相连。

⑤要求逻辑“1”输出的器件，其不使用的输入端应连接到一个大于2.7V的电压上。为不增加传输延迟时间和噪声敏感度，所接电压不要超过该电路的电压最大额定值5.5V。

⑥不使用的器件，其所有的输入端都应按照使功耗最低的方法连接。

⑦在使用低功耗肖特基TTL电路时，应保证其输入端不出现负电压，以免电流流入输入箝位二极管。

⑧时钟脉冲的上升时间和下降时间应尽可能的短，以便提高电路的抗干扰能力。

⑨通常时钟脉冲处于高态时，触发器的数据不应改变。

⑩扩展器应尽可能地靠近被扩展的门，扩展器的节点上不能有容性负载。

(11)在长信号线的接收端应接一个500－1k的上拉电阻，以便增加噪声容限和缩短上升时间。

(12)集电极开路器件的输出负载应连接到小于等于最大额定值的电压上，所有其它器件的输出负载应连接到VCC上。

(13)长信号线应该由专门为其设计的电路驱动，如线驱动器、缓冲器等。

(14)从线驱动器到接收电路的信号回路线应是连续的，应采用特性阻抗约为100的同轴线或双扭线。

(15)某些TTL电路具有集电极开路输出端，允许将几个电路的开集电极输出端连接在一起，以实现“线与”功能。但应在该输出端加一个上拉电阻，以便提供足够的驱动信号和提高抗干扰能力，上拉电阻的阻值应根据该电路的出力来确定。

CMOS电路应用设计规则：

①电源，稳定性应保持在5％之内：纹波系数应小于5％；电源初级应有射频旁路。

②如果CMOS电路自身和其输入信号源使用不同的电源，则开机时应首先接通CMOS电源，然后接通信号源，关机时应该首先关闭信号源，然后关闭CMOS电源。

③输入信号，输入信号电压的幅度应限制在CMOS电路电源电压范围之内，以免引发闩锁；多余的输入端在任何情况下都不得悬空，应适当的连接到CMOS电路的电压正端或负端上。

④当CMOS电路由TTL电路驱动时，应该在CMOS电 路的输入端与VCC之间连一个上拉电阻。

⑤在非稳态和单稳态多谐振荡器等应用中，允许CMOS电路有一定的输入电流(通过保护二极管)，但应在其输入加接一只串联电阻，将输入电流限制在微安级的水平上。

⑥输出信号和输出电压幅度应限制在CMOS电路电源电压范围之内，以免引发闩锁。

⑦长信号线应该由专门为其设计的电路驱动，如线驱动器、缓冲器等。

⑧应避免在CMOS电流的输出端接大于500pF的电容负载。

⑨CMOS电路的扇出应根据其输出容性负载量来确定。

⑩并联应用，除三态输出门外，有源上拉门不得并联连接。只有一种情况例外，即并联门的所有输入端均并联在一起，而且这些门电路封装在同一外壳内。

3　可靠性预计

为了验证可靠性设计的效果，根据系统可靠性的要求，电路设计完成后，可对关键电路的失效率进行预计，预计所依据的模型和方法见国军标GJB299《电子设备可靠性预计手册》。

4　正确布线

4，1正确布线之一电磁兼容性设计

(1)采用正确的布线之策略。具体做法是印制板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连。为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。

(2)选择合理的导线宽度。印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比，因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流，印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路，印制导线宽度在1.5mm左右时，即可完全满足要求：对于集成电路，印制导线宽度可在0.2－1.0mm之间选择。

(3)为了抑制高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时，还应注意以下几点：

①尽量减少印制导线的不连续性，禁止环状走线等。

②时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰，走线时应与地线回路相靠近，不要在长距离内与信号线并行。

⑧总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线，驱动器应紧挨着连接器。

④数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流。

⑤在印制板布置高速、中速和低速逻辑电路时，应注意器件排列方式。

(4)抑制反射干扰

为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰，除了特殊需要之外，应尽可能缩短印制线的长度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配，即在传输线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的匹配电阻。

4，2正确布线之二去耦电容配置

(1)电源输入端跨接一个10-100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。

(2)为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4－10个芯片配置一个1-10uF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz-20MHz范围内阻抗小于1，而且漏电流很小。

(3)对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线和地线间直接接入去耦电容。

(4)去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。

4，3正确布线之三接地设计

(1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1-10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

(2)将数字电路与模拟电路分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。

(3)尽量加粗接地线。若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，应能通过三倍于印制电路板的允许电流。

(4)将接地线构成闭环路。印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

4，4正确布线之四热设计

(1)对于采用自由对流空气冷却方式的设备，最好是将集成电路按纵长方式排列，对于采用强制空气冷却的设备，则应按横长方式配置。

(2)同一块印制板上的元器件应尽可能按其发热量大小及耐热程度分区排列，发热量小或耐热性差的元器件放在冷却气流的最上游，发热量大或耐热性好的元器件放在冷却气流的最下游。

(3)在水平方向上，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置，以便缩短传热途径；在垂直方向上，大功率器件尽量靠近印制板上方布置，以便减少这些器件工作时对其它元器件温度的影响。

(4)温度敏感器件最好安置在温度最低的区域，千万不要将它放在发热元器件的正上方，多个器件最好是在水平面上交错布局。

5　机体的设计

(1)对于用于电磁屏蔽的机箱材料的电导率、磁通率越高，屏蔽效果越好。

(2)材料的选用还受到强度、重量、散热性、工艺性等因素的制约。当屏蔽效果不太好时，可考虑对其进行表面处理。在屏蔽机体设计时，应使机体有足够的厚度以增大磁路横切面积，增加屏蔽效果；同时在垂直于磁通方向不能开口，以免增大磁阻。

(3)机体要良好接地。机体接地有二个重要作用：一是接地能使屏蔽具有较好效果，二是消除静电影响。

6　环境条件强制

在使用环境复杂情况下，可以考虑强制冷却，加温，恒温，防振等。

篇9

【关键词】可靠；电源；防雷击；不间断

1.概述

提升机作为煤矿生产的重要大型设备，要满足安全、可靠、高效、长时运行的要求。在影响提升机安全可靠运行的诸多因素中，提升机电控系统电源部分的可靠性是因素之一。在目前生产的电控系统中，如果进线交流电网电压受到了干扰，就会对电控系统的交、直流电源部分造成影响，严重时可能会损坏控制模块。本设计较好地提高了交、直流电源系统的可靠性，从而使电控系统整体的可靠性得到了进一步完善。

2.配电系统的可靠性设计

2.1 设计思路

可靠性的含义即为稳定性高，故障率低。从此角度出发，按以下思路进行：

（1）尽量避免故障的发生：设计本身要合理，符合电气工程及现场实际的需要；设计配备的各种元器件及耗材质量要过硬，容量要足够大；设计要配备合理的保护，包括过压保护、电压暂降及暂时断电等；设计要满足各项试验等级要求，尤其是耐压、绝缘等试验。

（2）故障一旦发生的处理措施：故障一旦发生，要考虑设计出快速查找故障的方法，在重要用电设备和容易出现故障的地方增加故障监测装置，以便尽量快速找到故障点；还要设计出快速排除故障的方法，增加备用回路，一旦本回路出现故障，可以迅速切换到备用回路中。

（3）使故障对设备及生产的影响达到最小化：这个思路除了快速查出及解决故障外，还要注意增设适当的保护措施，使由于交流电源故障引起的电控系统本身及设备的损坏率降到最低。

2.2 低压配电系统交流进线的设计

（1）设备选型

①双回路隔离开关：选用大容量隔离开关，容量为400A，两路380V交流进线，手动切换，一用一备。

②断路器：选用大容量配电保护塑壳断路器，容量为400A，具有过载保护、短路保护及漏电保护等功能，具有电子式脱扣器。

③母排配电：选用高质量镀锌铜排，截面积50*5m?，构成低压分配电源的母线。

④电压分配：选用至少是负载容量2倍以上的小型空气断路器，分别给控制柜、传动柜以及其它设备供电。

⑤防雷击设计：选用高质量防雷击产品，短时耐受冲击电流60kA以上，可有效对低压供配电系统与用电设备的雷电或其它瞬时过电压的浪涌进行保护。

（2）设计原理

设计原理图如图1所示。图中-G为隔离开关；-Q为断路器；-P为显示表；-FL为防雷击模块。

防雷击原理图如图2所示。

2.3 主控系统交流电源部分的设计

（1）设备选型

①变压器：主控及继电控制电源的下级选用一个高质量控制变压器，变比380V/220V，容量2kVA，其作用是对交流进线部分进行电气隔离，减少由于供电网的波动或谐波引起的电压干扰。

②交流净化稳压电源：在控制变压器的输出端，设计安装一个交流净化电源，容量2kVA，用于对输入电压跌落或电压渐变时产生的电压变化进行稳压。

③不间断电源：在交流净化稳压器的输出端，设计安装一个不间断电源，容量2kVA，延续时间3600S，用于对输入电压暂时或长时断电进行不间断处理。

④交流电源分配：选用高质量小型空气断路器、滤波器、熔断器和变压器，组成可靠性高的配电回路。

（2）设计原理

设计原理图如图3所示。图中-T为变压器；-UPS为不间断电源；-Q为断路器；-B为滤波器；-F为熔断器；-A为直流电源。

3.可靠性能试验

3.1 防雷击试验

（1）试验方法

差模试验：在防雷器的L-N线间，施加冲击电流（8/20μs）：±6.0kA、±12.0kA、±30.0kA、±60.0kA，检测试品的残压Ur。

共模试验：在防雷器的L-PE线间，施加冲击电流（8/20μs）：±60.0kA、120.0kA检测试品的残压Ur。

（2）试验结果

由试验结果（如表1所示）可见，本设计具有较高的可靠性，能够抗击一定程度的雷击。

3.2 电压跌落、暂时中断与电压渐变

（1）试验方法

试验仪器接入变压器-T1的一次侧，测量不间断电源-UPS的输出电压及电流。

仪器选择主要取决于负载电流、峰值启动电流的能力。输出电压精度为±5%。

根据产品标准的电压跌落或中断要求进行试验。试验一般做3次，每次间隔10s。

试验要在电源系统正常工作的状态下进行。

（2）试验结果

由试验结果（如表2所示）可见，本设计具有较高的可靠性和稳定性，能够适应一定程度的电压跌落、电压中断和电压渐变。

4.总结

本文提出了提升机电控电源系统的优化设计方案，为提升机电控系统的可靠运行创造了必备条件。本系统已在现场投入使用近一年，未出现过任何问题，使由于停电引起的提升机运行故障率大大降低，达到了煤矿安全生产的标准，取得了良好的效果，保证了煤矿提升的效率。

参考文献

[1]徐政.配电可靠性与电能质量[M].机械工业出版社， 2008.

[2]刘常生.低压成套开关设备[M].中国水利水电出版社，2008.

[3]陈家斌.接地技术与接地装置[M].中国电力出版社， 2003.

[4]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社， 2002.

篇10

关键词：石油化工；电气仪表；安全供电系统

中图分类号：TQ050 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0068-02

随着现代科技的发展，现代科学技术如计算机、控制技术、传感技术等在石油化工行业得到广泛应用，现代先进、精密测控仪器的精确度、可靠性较高，对石油化工生产中的温度、压力等测量精准度高，极大地提高了石油化工生产的安全性，促进石油化工产品有效生产。石油化工生产中应用的各种精密电气仪表的供电都属于一级负荷，为保证石油化工电气仪表安全正常运行，需要提高其供电系统的安全性，下文主要从电气仪表等设备的电源安全性探讨了提高电气仪表供电系统安全性的方法。

1 电气仪表供电系统的电源

1.1 仪器仪表设备及供电系统

石油化工生产中使用的精密仪器仪表设备主要有温度仪、压力表、流量仪、行程仪、分析测量仪、操控执行元件、压力变送器等，另外还有集控操作站、工程师站、各类辅助测控仪器，对于整个自动化生产系统一般采用DCS分散测控系统和SIS仪表测控系统。对电气仪表的供电设施主要有PLC控制器、电控阀、220VAC交流电源等。电气仪表系统的其他附属电气设备主要包括控制系统的机柜、分析仪机柜内的照明设备、散热风扇、加热器等设备。

1.2 主要仪器仪表的供电要求

DCS分散控制系统是整个自动化生产系统的核心，DCS的运行安全直接关系到自动化生产系统的正常运转。DCS相关装置在生产时一般采用双回路电源供电，相对单回路供电具有较高的安全性。

SIS仪表测控系统如同DCS系统，也采用双回路冗余配置的电源，并配有双电源调整器，在使用过程中只要保证一回路供电安全即可正常运行。

当电源出现短时间的波动时，对现场仪表如温度仪、压力变送器等影响不大，但是参与联锁现场仪表变送信号，如轴振动、轴移位等信号会受到较大的影响，信号的偏差可能造成一系列的误动，如联锁动作机组停止、阀门误动等。为保证仪器接收信号的可靠性，一般对仪表的电源选择双电源并联供电，即使用两个回路的220VAC电源对两台24V直流电源供电，确保供电安全。

设备一般采用单回路电源供电，其偶尔瞬间断电不会影响到系统的正常运转，但是过于频繁的断电或启动会影响设备的使用寿命，对系统的正常运行也有一定的

影响。

PLC、电控阀、使用220VAC交流电源的供电仪表系统等参与安全保护的设备需要采用双电源冗余配置，提高供电安全，保护仪器仪表安全。

电气仪表系统的附属设备一般采用单路电源供电，当供电出现短时间的故障时不影响电气仪表系统的正常运行，通常直接连接市电。但为保证电气仪表系统的正常运行也需要对这些设备的供电故障及时进行排除。

2 仪表供电安全患

石油化工企业的仪表供电电源一般是将电网220VAC转换为24V、110V、220V三个等级的电压，通过AC/DC转换器转换为24VDC，对直流仪表进行供电，通过变压器转换为110VAC，对相应仪表进行供电，采用UPS（不间断电源）220VAC对需使用各种双回路冗余配置电源仪表进行供电，并使用低压短（断）路器对线路进行控制。常见的石油化工电气仪表供电安全隐患主要表现在：第一，对需要经过24VDC直流供电的直流仪表没有按照要求采用冗余配置模式；第二，DCS、PLC系统等需要采用双回路电源的仪表未采用双回路供电，而在分子线路上并联两个电源对回路进行供电，当断路器断开、UPS电源故障、外部电网中断等事故发生时，电气仪表形成封闭的供电线路，造成短路。提高石油化工电气仪表的安全、正常运行，需要提高电气仪表供电系统的安全性、可靠性。

3 提高电气仪表供电系统安全性分析

3.1 总电源

在连接市电对石油化工企业自动化生产系统进行供电时，选择大于10kVA的供电电源，并采用两个UPS电源或者UPS电源与市电供电并行的供电方式，在整体上确保系统的供电安全。

3.2 双回路供电仪表系统

DCS分散控制系统、SIS仪表测控系统、PLC系统等是石油化工自动化生产系统的核心，这些测控仪表系统的供电安全十分重要，因此对这些测控仪表系统的相关设备在生产时需要确保其生产质量，并在供电中采用冗余+容错控制方式，设置两个独立的电源，其中一个为主电源，另外一个为冗余电源，当其中一个电源出现故障停止供电时，系统仍然能够正常运行，提高关键元件供电的可靠性。

3.3 直流供电仪表系统

石油化工企业的24VDC直流仪表的供电需要采用AC/DC转换装置，将市电220VAC电流转换为24VDC电流。采用两台24VDC直流稳压电源，进行并联供电，在每个电源输出正极端连接一个大功率解耦二极管，对两个电源进行隔离，形成直流电气仪表的供电冗余配置，这种冗余配置方案不仅简单、成本低廉，还有效提高了直流电气仪表供电的安全性。

3.4 单路220VAC供电仪表系统

在石油化工自动化生产系统中，对生产中的压力表、流量仪、位移仪、在线分析仪、小型独立PLC控制系统等的供电要求相对较低，这些系统仪器短时间的断电对石化产品的生产影响不大。因此为节省成本，降低线路的复杂性，对这些设备系统直接采用市电单路电源供电，单路220AC供电能够满足这些电气仪表的供电需求，从技术层面和经济层面都较为合理。

单路220VAC供电仪表虽然可以在短时间内允许断电，但在发生断电事故后需要及时进行抢修，长时间的断电会影响仪表对相关数据的测量和控制，影响化工产品的正常生产。在供电系统中安置一个静态转换开关，即当UPS不间断电源出现故障后，内部电路闭锁控制静态转换开关将电源切换为市电，市电对石化企业电气仪表系统进行隔离供电，一方面保证电气仪表系统的供电安全，另一方面为对UPS电源进行抢修提供了便利。

4 结语

随着石油化工的发展，石油化工生产的控制系统规模不断增大、集中，形成包含众多的测控电子仪器的控制系统。为保证石油化工企业生产中电气仪表发挥对生产参数的测量和控制作用，保证石化产品的安全生产，需要提高电气仪表的供电系统安全性。确保电气仪表供电系统的安全一方面要提高控制系统设备电源的可靠性，另一方面在设计、安装、使用中合理进行供电系统的设计和实施，提高供电系统的可靠性和安全性。

参考文献

[1] 刘齐忠，林融.石油化工安全仪表系统的设计及实施

探讨[J].石油化工自动化，2010，（5）.

[2] 刘易国.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].硅

谷，2012，（14）.

[3] 任泓.提高仪表供电系统可靠性设计方法的探析[J].

当代化工，2009，（2）.

[4] 柳丽荣.石油化工安全仪表系统的设计与实施[J].城

市建设理论研究，2012，（35）.