摘 要： 應用現代可靠性理論，從設計、工藝、技術等方面對礦用提升機" title="提升機">提升機監控系統" title="監控系統">監控系統進行了可行性探討，提出了增強系統可靠性" title="系統可靠性">系統可靠性的一些措施。
關鍵詞： 可靠性 容錯技術 冗余技術
目前，我國一些大中煤礦所使用的礦用提升機和絞車，都配備了各種安全監控系統，雖然起步較晚，但經過多年的努力，整體技術和工藝水平已經有了很大的提高，而且日趨成熟。這些監控系統的功能主要包括：
(1)自動減速功能；
(2)超速保護功能" title="保護功能">保護功能；
(3)提升容器的行程和速度顯示；
(4)減速段限速保護及2m/s保護功能；
(5)深度指示器失效保護；
(6)卡箕斗保護；
(7)過卷保護功能；
(8)自檢功能；
(9)提升勾計數；
(10)提升信號顯示，并記憶上次提升信號；
(11)提升方向顯示及閉鎖；
(12) 安全回路等主要故障點監測顯示、記憶和報警等。
這些系統的結構主要由SDT總線工業控制計算機、系統安全控制、系統監測三部分組成。由于監控系統中集中了大量不同規格、不同耐壓和不同功率的電子元器件，為確保整個監控系統(以下簡稱系統)工作的可靠性，必須提出相應的要求和采取必要的可靠性措施。
1 提高系統設計的可靠性
提高系統設計的可靠性通常是采用可靠度高的元器件進行完善設計，萬一系統出現故障，可用診斷的方法確定故障位置并迅速排除，這時，一般要求中斷系統能正常工作。
在完善設計的思想指導下，為保證系統的高可靠性，要求在設計和生產的全過程對元器件進行嚴格的篩選。考慮元器件參數時要留有充分的余地，對工藝過程嚴格把關，對成品和半成品進行嚴格的例行實驗。可以說，完善設計是一種已被廣泛接受的常規設計思想。
然而，若只限于用常規設計實現系統的可靠性，那么到一定程度時不但造價會迅速上升，而且大幅提高可靠性的效果也不會顯著。應運而生的另一種設計思想就是容錯技術。它的指導思想是：首先承認故障的存在是客觀事實，然后通過外加硬件或軟件來消除、抑制其影響，達到使系統工作穩定、可靠的目的。在實際的系統可靠性設計中，上述兩種思想要結合起來，實現系統在使用中功能適中、成本適中和足夠可靠。
2 提高系統可靠性的工藝措施
2.1主機的選用
采用質量穩定、可靠性已被普遍承認的SDT總線工業計算機作為系統的主機。
2.2 可靠的元器件質量
使用質量可靠并有穩定貨源的元器件來組裝系統。要注意以下幾點：
(1)盡量使用集成度高的組件，以減少元器件的個數。這樣可減少器件間的連線和焊點數，從而大幅度降低系統的失效率；
(2)認真做好元器件的篩選、老化處理，及時淘汰處于早期失效的不合格產品；
(3)降頻使用元器件有利于減輕器件的負載和降低其工作時的溫升，也可避免因瞬間過載造成的過流過壓沖擊，減少偶然事故的發生。
2.3 適當采用冗余的硬件結構
2.3.1兩路并聯冗余
串聯支路中任一元器件失效都會造成整個系統的失效；而并聯支路的冗余結構則有利于可靠性的提高。設單個元器件的可靠度為R＝0.70，則相同的兩個元器件組成的并聯支路，其可靠度為RS：
RS＝1－(1－R)·(1－R)＝1－(0.30)2＝0.91
可見，在較重要的地方采用并聯冗余結構、可以明顯改善和提高可靠性。
2.3.3 器、部件級或子系統級的待命儲備冗余
在檢出正處于工作狀態的模塊出現故障后，待命的冗余模塊可按預定方案立即切換而投入工作，以保證系統正常、連續工作，替換下的故障模塊可在脫離系統后進行修復，以便下次使用。對于比較通用的模塊，采用這種待命儲備的冗余結構，能夠在成本增加不多的情況下，較好地改善系統的可靠性。
3 提高系統可靠性的技術措施
3.1 采用抗干擾的電源結構
可由LC網絡組成抗干擾電源濾波器，它可阻隔來自電源一側引入的高、中頻電磁干擾" title="電磁干擾">電磁干擾，也可減弱系統內部電子器件、設備之間的相互干擾。
3.2采用大電流LED供電結構
圖1是某系統模擬量LED顯示供電圖。以LED各段的平均電流為5mA計算，如果各個位的所有段全部點亮，最大的驅動電流為5×8×7＝280mA。為此，可在輸入端串接10μH的高頻扼流圈L，以抑制大的動態電流對集成電路和液晶顯示塊的沖擊。由并聯的大容量電容C提供動態電流，確保監測信號的正常工作。
3.3 合理地設計印刷電路板
在印刷電路板的設計中，對元器件布置應使相關的器件靠近一些，把易發生電磁干擾的器件單獨制成電路板或加以屏蔽。特別要注意地線的制作應符合規范，如共地和地屏蔽，保證系統能在復雜的現場正常工作。
3.4 減少系統連接中各部件之間的干擾
系統連接是指插件、底板、機框之間的信號連接。雙絞線不易受電磁感應的影響，信號線可采用雙絞線；為避免強電對弱電的干擾，這兩種信號線可分別獨立配線，相互間隔一定距離；短距離的信號線連接可采用插接件，若插針之間需采用抗干擾措施，以每一信號針兩側都是接地針為好。
4 系統中充分利用軟件抗干擾技術
軟件抗干擾技術是指用程序設計手段排除進入系統的電磁干擾。其實質是發揮計算機的存儲、高速運算和判斷能力，使系統能識別錯誤的狀態與信息，進而做適當的處理使系統保持正常。
4.1軟件冗余技術
軟件冗余技術是在系統的數據處理、傳輸過程中增加一定的冗余位，以提高檢錯能力。例如：可采用奇偶校驗或指令復執技術。圖2是復執技術流程圖。在具有查錯能力的系統中，一旦查出錯誤，軟件能立即命令重新運算一次。如果是瞬間干擾造成的，則可通過二次運行得到糾正，避免了誤動作。
4.2 定時監視技術
在系統的關鍵部位可采用定時監視器(也稱Watch－Dog Time、簡稱WDT)來監督系統的運行。WDT是硬件計數器，以時鐘脈沖為輸入信號、所以計數亦即計時。正常時WDT由程序控制有規律地復位，再預置數，并重新計數。一旦當程序受到外部干擾脫離正常序列時，計算機將不能對WDT進行復位，此時CPU接收不到復位信號而認為有故障出現，隨即命令停機保護。
4.3輸入、輸出數據的軟件處理技術
為保證數據傳輸的可靠性，對數據采用軟件濾波的方法提高可信度。如對平滑信號采用平均值算法消除干擾的影響，即采樣N次后，先去掉一個最大值和最小值，再求算術平均值，可消除干擾，提高數據信號的質量。
綜上所述，在可靠性理論和技術的指導下，通過系統的自檢、故障報警和系統的安全保護，一方面反映出有較大的MTBF(平均故障間隔時間)，即少出故障或有容錯能力;另一方面也反映出有較小的MTTR(平均故障修復時間)、即出了故障能及時發現并迅速排除。這樣，使提升機等設備監控系統的可靠性不斷完善并越來越適應未來經濟建設的要求。
參考文獻
1 應景春.現代設計方法.北京:科學技術出版社，1990