實(shí)時(shí)過(guò)程控制中的高可靠性需求

在需要精確實(shí)時(shí)監(jiān)控的過(guò)程工業(yè)中，控制自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。無(wú)論是在核能、石化等高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，還是在其他涉及復(fù)雜過(guò)程控制的領(lǐng)域，系統(tǒng)故障都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅生命安全。因此，確保過(guò)程控制系統(tǒng)的無(wú)故障和抗退化性是每一個(gè)設(shè)計(jì)師和工程師的首要任務(wù)。

可靠性的重要性

可靠的過(guò)程控制系統(tǒng)不僅有助于降低故障風(fēng)險(xiǎn)，還能顯著減少因小故障累計(jì)而導(dǎo)致的業(yè)務(wù)損失。在設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于如何在保持成本合理的前提下，采用最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐和組件選擇來(lái)提升系統(tǒng)的可靠性。

提高系統(tǒng)可靠性的方法多種多樣，但往往伴隨著成本的增加和性能的權(quán)衡。例如，在設(shè)計(jì)階段就可以通過(guò)選擇更可靠的設(shè)計(jì)路徑和組件來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這種方法如果實(shí)施得當(dāng)，通常能夠在不顯著增加成本的情況下，大幅提升系統(tǒng)的整體可靠性。

設(shè)計(jì)與組件選擇的關(guān)鍵性

選擇合適的組件對(duì)于確保設(shè)備的高可靠性至關(guān)重要。例如，相比于碳復(fù)合電阻，線繞電阻在故障率上表現(xiàn)更優(yōu)。同樣，密封良好的半導(dǎo)體器件和聚碳酸酯或鉭電容器在各自的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)通常具有更好的可靠性。

此外，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到開關(guān)的操作方式。例如，設(shè)計(jì)為大部分時(shí)間保持在“開啟”狀態(tài)的開關(guān)，可以顯著減少機(jī)械和電氣磨損，從而提升整體系統(tǒng)的可靠性。

降額設(shè)計(jì)策略

提高控制系統(tǒng)可靠性的另一種策略是降額設(shè)計(jì)，即在較低負(fù)荷下使用組件，以延長(zhǎng)其使用壽命。歷史上，SAGE實(shí)時(shí)空中防御計(jì)算機(jī)通過(guò)在較低功率下使用真空管，并定期更換這些組件，實(shí)現(xiàn)了幾乎連續(xù)的正常運(yùn)行。這種方法在現(xiàn)代電子和電氣組件中同樣適用，通過(guò)選擇更強(qiáng)健的組件并降低其操作負(fù)荷，能夠有效減少故障發(fā)生率。

在進(jìn)行降額設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮組件的電氣特性，還需評(píng)估其操作溫度、冷卻機(jī)制和其他環(huán)境因素。這些判斷通常需要通過(guò)數(shù)據(jù)表中的信息進(jìn)行推斷，但也有一些針對(duì)不同設(shè)備和組件的降額設(shè)計(jì)研究可以作為參考。

可靠性策略：冗余設(shè)計(jì)

冗余設(shè)計(jì)是提升系統(tǒng)可靠性的另一種有效策略，盡管這種方法通常伴隨著更高的成本和復(fù)雜性。冗余設(shè)計(jì)通常包括并行存在的整套電路或功能，具備自動(dòng)故障切換功能，或者兩條備用電路可以輪流使用，以均衡使用和磨損。例如，在過(guò)程控制設(shè)備中，可以通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的直流電源來(lái)確保電力供應(yīng)的持續(xù)性，這種冗余設(shè)計(jì)能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性。

測(cè)試是確?？煽啃缘牧硪恢匾襟E。在產(chǎn)品部署前，通過(guò)“老化測(cè)試”可以識(shí)別出不適合任務(wù)的組件，從而提供最后一層保障。

未來(lái)展望

為了實(shí)現(xiàn)更可靠的過(guò)程控制，設(shè)計(jì)師還可以考慮采用多種測(cè)量和監(jiān)控手段的備份或重疊。例如，直接使用熱傳感器測(cè)量溫度，同時(shí)輔以近距離紅外傳感器的間接測(cè)量。這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，還提供了冗余和更豐富的過(guò)程控制信息，提升整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的價(jià)值。

在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和對(duì)可靠性的不斷追求，實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)將變得更加智能和穩(wěn)健。通過(guò)持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐和組件選擇，過(guò)程控制的可靠性將得到進(jìn)一步提高，從而為各行業(yè)提供更安全、更高效的解決方案。