1、环境因素对监控设备的影响与防护摘要：自对 2000 年以来，远程监控系统的建设和在运行的实践之中存在着监控设备故障问题的调查，进而分析总结出温度、电气、雷电以及湿度等等环境因素对监控设备的干扰和损害现象和原因，进而提出对环境因素影响的防护措施。 关键词：环境因素 监控设备 影响 防护 中图分类号：X83 文献标识码：A 自 2000 年以来，淮河流域、长春、浙江、江苏、上海、西安、嘉兴、山东以及南京等众多区域、省、市的污染源自动监控系统相继的投入到支行之中，其中包括了某省所建成的 300 余家重点污染源点位，远程监控的污染源总数可达数千余家，但是基本上可以稳定运行的远程通讯设施数量并不多(只适
2、用于少数地方)。3 年以来，某省监控系统的远程通讯设施除一个地方情况略好之外，其它地方的监控系统远程通讯设施通常都是在安装之后就经常性的出现故障。除了产品本身的原因之外，却在监控设备的环境影响方面忽略了，也是一项关键的原因之一。 一、空间环境因素对监控设备的影响 根据有关数据表明，在由于基本环境应力而发生的故障之中，由振动应力、温度和湿度所引发的故障，大约占总故障的 80，其中:由于温度应力而引发的故障约占 40，振动应力和湿度应力所引发的故障各占到了 20。 （一） 、测控装置所用的半导体器件都与温度有直接的关系，尤其是双极型半导体的器件，当温度升高至 10 度的时候，将形成特性曲线发生变化
3、、运算放大器零点漂移、最大允许功耗下降、晶体管放大增益不稳等等，严重的时候还会出现热击穿的现象。 （二） 、在湿度很高的运行环境之下，水蒸气不仅是引起漏电耦合的重要原因，也是加速腐蚀的促进剂，很多电化学或是化学的腐蚀性就会更容易发生，将使那些密封性较低的元器件受到腐蚀，进而造成元器件的退化失效。 （三） 、在高湿、高温的情况之下，各种腐蚀性气体的腐蚀能力最强。洁净度低，空气中含尘量高的时候，在尘埃吸收水分之后，就会加速有害气体的腐蚀作用；再者就是由于湿度的急剧变化，比如，在 1 小时之内的波动值超过了 6，还会在一定程度上来加速有害气体的腐蚀作用；当含有酸碱性的尘埃落到配电盘或是线路板上的时候
4、，就会迅速的引起接头断裂、焊点脱落，进而形成接触性故障的发生。所以说，在产品交付之前，通过对产品作用时间的环境应力并且施加一定量值，使得缺陷提前发展成故障并将其剔除掉，从而实现产品固有的可靠性。湿度、振动和温度是工程上来作为 ESS 应力的最初选择。根据国内外的筛选机理研究的结果表明，振动应力、温度以及湿度的综合作用要比单应力顺次作用的筛选效果要好得多，针对具体产品所采用相应的综合环境应力试验的验证方法，可以有效地暴露其产品使用现场的故障，并且采取相应的纠正措施，来有效地提高产品的耐环境适应性以及可靠性水平。 二、电气因素对监控设备的干扰 在监控设备所处的工业现场环境之中，存在着各种类型的电磁
5、干扰源，有相当的一部分工业电气设备的投运及其操作均会对监控设备传感器、电子电路来形成一个较为明显的瞬态电噪声干扰，比如，直流交流变换器、感应电炉、频电弧炉以及开关电源等等产生高频振荡噪声；电动机电刷跳动、大功率开关触点开断等等产生放电的噪声。这些干扰都会使得测控仪器电子电路的噪声加大，使测控系统的有用信号发生变化，进而引起输入、输出的信号错误，甚至是引起一些原因复杂的故障或是掩盖其中有用的信号。所以说，监控设备也务必要达到相关电磁兼容性的各项标准。 三、雷电对监控设备的损害 雷击主要有地电位提高、直击记忆二次感应等三方面的危害。直击雷就是直接电击在动植物、构架、建筑物、树木上的雷电，机械效应、
6、因电效应以及热效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡，除了直接击毁以外，直击雷所产生的电磁场还可以使电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷，也被称之为二次雷。主要是通过雷云对地或者是雷云之间的放电，在附近的钢轨、架空线路、埋地线路或是类似的传导体上产生感应过电压。感应雷没有直击雷猛烈，但其发生的几率要比直击雷高出很多，它能够在一个较大的范围之内出现多个小局限，同时还会发生感应雷击过电压的现象，并通过电话线、电力线等金属导线传输到很远。所以说，感应雷对监控设备带来的损害远比直击雷造成的损害数量要多的多、而且范围还要广很多。一般来说，雷电流经过传统避雷装置后大约有 50的是直接泄到大地之中，还有其它的
7、 50将平均流入到各个电气通道之中，入侵其监控设备。该省是雷电的多发区域，据省监理所统计，从 2001 年初至 2002 年的 5 月份，因为雷电瞬时过电压的冲击，有将近 10的监控设备遭受到雷电的损坏；在一些山区县市，遭二次雷击损的监控设备一般都可以达带 20以上，危害相对是比较明显的。因此，监控通信设施应该做一级以上的防护，在线监测仪器则应该做二级以上的防护，也就是说监控设备采用不同的感应雷浪涌电压的防护措施方面就显得尤为重要。但无论是何种的监控设备，都务必要具备一个良好的接地，来有效地降低遭受雷电损坏的概率。 四、监控系统环境影响的防护措施 （一） 、系统设计时的耐环境适应性 1、在一般
8、情况之下，单片机的耐环境适应性与可靠性比嵌入式工控机要好得多，但是在各项兼容性和性能之上，嵌入式工控机比单片机的又是要明显得多。因为嵌入式工控机没有硬盘、风扇等机械转动的部件，操作系统固化，功耗也低，其耐环境适应性和可靠性已经提高很多，假如单片机的性能或是产品集成没有充分的满足其各项要求，在通信设施的选型以及现场监的控数据处理之中，嵌入式工控机应该优先的进行选择。 2、系统设计应该有电磁兼容性设计方面的内容，并且使系统符合相关的电磁兼容性各项标准。 3、系统设计应该采取多种可靠性的技术来有效地提高系统的抗干扰能力， 故障自检、容错技术、信息冗余技术、诊断技术以及时间冗余技术，直到软件可靠性技术
9、都是其中应该考虑采用的技术。 （二） 、系统安装时的抗干扰 1、良好接地 为了确保浪涌电压(电流)具备基本的防止静电干扰、泄放回路，来保证电子电路以及屏蔽效果能够有一个统一的基准电位，良好的接地是不可或缺的。一般而言，过压过流接地电阻应该2，相邻接地地网间的距离务必要20m，水平距离上的接地线应该埋在地下。同时还得在电子设备对不当的接地的方面高度的重视起来，不当的接地比没有接地的危害会出现更大的局面；在所有的接地之中，屏蔽接地最为复杂的，务必要相当的注意起来；因为雷电或者是电磁干扰源的浪涌电压就会很容易从信号线来引入，假如接地不足于泄放信号线的浪涌过电压，应当加装信号线的浪涌抑制器。 2、规范
10、布线 水平距离上的监测监控设施信号线应该埋在地下，并且与其它信号线进行分开铺设，保持一定的线间距离(2 个厘米以上)之内；信号线集中在汇线槽内的时候，应该始终保持其充填系数在 40以下。信号线应该在最大限度限度上来采用带屏蔽网的电缆，假如是普通的双绞线就应该将其扭合在一起，其节距越短，抗磁场耦合的效果就会越好。在有条件的情况之下，将双绞线布放在金属管之内，可以进一步的增加其抗磁场耦合的能力。 3、保障供电 对照某省的情况，有一部分的污染源企业向监控设施的供电情况是比较差的。例如，监控设施是由动力线来供电的，或者是监控设施供电线路的扦座、开关等的接触不良，随意的进行开断供电的电源，甚至是故意的使
11、监控设施供电不正常等等的情况，这直接关系到监控设施的正常运行。所以说，除考虑到采取电源干扰抑制的措施之外，在监控设施中安装 UPS 不间断电源或是安装持续时间比较长的后备电池也是十分关键的。 （三） 、系统运行的维护 在无人值守的情况下，监控设施常年累月地处在工业现场环境之中，并且持续的进行工作，假如没有定期、有效的检修，在一定程度上很难想象系统能够稳定的运行。从现行的环境政策情况来看，受监控的污染源企业就应该负责其维护的义务。与此同时，还得鼓励有资质的环保项目运营管理公司来进行系统维护防护的服务性管理，这对于提高系统的耐环境影响以及可靠性的能力方面非常的有利。 总之，监控设备同其他的电子产品
12、一样，会受到个种环境应力的作用，例如， 电气条件(电磁场、过压等等)和空间环境条件(温度、振动、湿度以及有害气体)等多项应力的作用，所形成的后果不仅仅是有直接的影响、功能失效、一次性损坏，也有间接性或是综合性的影响及其渐进性的毁损等等，总的来说就形成了对系统的一个干扰，从而引发故障的发生，进而造成了系统可靠性的下降。 参考文献 1陈立.环境因素对监控设备的影响与防护J.福建环境，2003，04:21-23. 2梅建生.重视环境因素对工业电子设备的影响J.设备管理&；维修，1999，05:4-6. 3穆山.高温高湿高日照环境对发射场与测控设备影响分析J.飞行器测控学报，2009，05:24-29. 4郑安潞.电子智能监控系统的组成及维护J.技术与市场，2011，09:6-8.
