أبحاث اختبار تعزيز الموثوقية الذكية أحادية الطور-المعرفة-المعرفة

كمكون رئيسي في الشبكة الذكية ، حصلت موثوقية العدادات الذكية ذات الطور الواحد على اهتمام متزايد. استخدمت Reallin طريقة اختبار تعزيز الموثوقية (RET) للمقاييس الذكية ذات الطور الواحد. من خلال تحليل البيانات التاريخية وتحليل الفشل وتحليل التأثيرات (FMEA) ، تم تحديد الضغوط الحساسة الرئيسية والروابط الضعيفة التي تؤثر على موثوقية العدادات الذكية ذات الطور الواحد. استنادًا إلى نظرية الموثوقية بالإضافة إلى الخصائص التقنية لأعداد ذكية أحادية الطور لشبكة الحالة ، تم تصميم وتنفيذ مخطط اختبار تعزيز الموثوقية عالية درجة الحرارة. تُظهر نتائج الاختبار أن هذه الطريقة يمكن أن تكشف بشكل فعال عن وضع الفشل في ظل ظروف عمل حساسة وتحديد حد العمل وحد الأضرار. توفر هذه الدراسة أساسًا موثوقًا لمجموعة السلامة من اختبارات الحياة المتسارعة اللاحقة وتضع أساسًا للبحث عن موثوقية العدادات الذكية.

الكلمات الرئيسية:عداد الذكية مرحلة واحدة ؛ اختبار تعزيز الموثوقية ؛ اختبار إجهاد خطوة درجة الحرارة العالية

محتوى

1. ما هو مقياس ذكي مرحلة واحدة
2. اختبار تعزيز الموثوقية
2.1 متر الذكي مرحلة واحدة
2.2 درجة حرارة عداد مرحلة واحدة مرحلة واحدة
2.2.1 خطوة درجة الحرارة العالية RET
2.2.2 عناصر الاختبار
3. اختبار التحليل الناتج
4 الخاتمة

1. ما هو المقياس الذكي المرحلة الواحدة؟

نظرًا لأن البنية التحتية لنظام جمع معلومات الشبكة الذكية ، فإن العدادات الذكية ذات الطور الواحد لديها خصائص توفير خدمات فعالة في الوقت المناسب للسكان. إذا كانت موثوقية العدادات الذكية ضعيفة ، فلن تؤثر بشكل خطير على تشغيل الشبكة الذكية ، مما يسبب تكاليف استبدال عدادات ضخمة ، ولكن قد يتسبب بسهولة في نزاعات الكهرباء. لذلك ، من الأهمية بمكان تقييم وتحسين موثوقية العدادات الذكية ذات الطور الواحد لنظام الشبكة الذكية بأكمله. من أجل دراسة موثوقية العدادات الذكية ذات الطور الواحد ، اخترنا طريقة اختبار الحياة المتسارعة (ALT) ، وهي طريقة فعالة وفعالة وتستخدم على نطاق واسع لتقييم الحياة والموثوقية للمنتجات عالية التقنية. ومع ذلك ، قبل الاختبار ، يجب أن نحدد نطاق أمان اختبار الحياة المتسارع (ALT) وطريقة الفشل على الأرجح للمقياس الذكي تحت الضغط الاصطناعي.

يعد Smart Meter أحادي الطور منتجًا عالي التقنية مع خصائص الموثوقية العالية وعمر الخدمة الطويل. إنه غير مريح ويستغرق وقتًا طويلاً لإجراء اختبار تقييم الموثوقية في ظل ظروف العمل العادية. في المقابل ، تمت دراسة اختبار تعزيز الموثوقية ، كاختبار تحفيز الإجهاد البيئي ، على نطاق واسع من قبل العلماء في الداخل والخارج منذ نهاية القرن العشرين. يوضح عدد كبير من النتائج التجريبية أن RET يمكن أن يعرض طريقة فشل المنتج بسرعة ، وتحديد حد العمل بشكل فعال وحد الأضرار للمنتج ، ثم توفير نطاق أمان لاختبار الحياة المتسارع في وقت لاحق وفقًا لحد العمل. في الوقت الحاضر ، تم توسيع عدد لا يحصى من الأمثلة RET إلى مجالات الاتصالات ، والطاقة ، والطبية ، والإلكترونيات ، والأجهزة ، وما إلى ذلك ، وتحسين موثوقية المنتجات ، وتقصير دورة التصميم والإنتاج ، وتحقيق فوائد اقتصادية كبيرة. ومع ذلك ، لا يوجد نظام كامل للتحليل الشامل لموثونة العدادات الذكية. تستكشف Zhejiang Reallin Electron Co. ، Ltd طريقة RET للمقاييس الذكية ذات الطور الواحد ، بهدف استكشاف وضع الفشل وحد المنتج في ظل عمل الإجهاد الشامل. هذه محاولة مفيدة لـ RET للمقاييس الذكية ذات الطور الواحد ، والتي توفر أساسًا علميًا للبحث في وقت لاحق وتحسين موثوقية منتجات العدادات الذكية في الصناعة.

2. اختبار تعزيز الموثوقية

اختبار تحسين الموثوقية (RET) هو اختبار إجهاد بيئي يعتمد على نظرية فيزياء الفشل وأخذ طريقة فشل المنتج ككائن بحث. يكتشف الاختبار بسرعة العيوب المحتملة عن طريق زيادة الإجهاد البيئي الواحد أو المشترك بشكل تدريجي الذي يكون أكثر مواتية من حالة الإجهاد الطبيعي ، وبالتالي تقصير وقت الاختبار وزيادة الكفاءة. الغرض الرئيسي من ذلك هو تحديد الروابط الضعيفة وأنماط الفشل تحت الضغط المشترك ، واستكشاف حد التشغيل وحد الفشل للمنتج.

حد المواصفات هو نوع الحد من العداد الذي ننتجه. من المتوقع أن يعمل المنتج ضمن هذا الحد. حد التصميم هو الحد الذي يمكن للمنتج من خلاله العمل بشكل صحيح. يسمى الفرق بين حد التصميم وحد المواصفات هامش التصميم. حد التشغيل هو الخط الفاصل بين التشغيل العادي والفشل ، الذي بموجبه لن يفشل المنتج ويمكنه تلبية المتطلبات الأساسية للعملاء لجودة المنتج ووظائفه. عادة ما يتم إجراء اختبار الحياة المتسارع ضمن هذا الحد. يشير حد التدمير إلى النطاق الذي يمكن للمنتج من خلاله العمل دون فشل لا رجعة فيه. عادةً ما يستخدم اختبار تحسين الموثوقية لتحديد حد تدمير المنتج.

عادةً ما يعتمد RET طريقة اختبار الإجهاد الخطوة. يمكن أن يكون نوع الإجهاد هو الإجهاد البيئي ، مثل الاهتزاز ، ودرجة الحرارة ، والرطوبة ، ورذاذ الملح ، وما إلى ذلك ، أو إجهاد العمل ، مثل الجهد ، وإمدادات الطاقة ، وما إلى ذلك أثناء التجربة ، يتم تطبيق مستوى الإجهاد من منخفض إلى مرتفع ، ويجب الحفاظ على كل مستوى إجهاد لفترة زمنية. لن يتم إيقاف الاختبار حتى تفشل جميع العينات.

2.1Single-Phase Smart Meter Ret
نقاط الضعف والضغط الحساس لمقياس ذكي المرحلة الواحدة

Smart Meter هو عداد الطاقة الكهربائي مع وظائف مثل قياس الطاقة الكهربائية ، وتخزين المعلومات ، وتبادل المعالجة ، واتصالات الشبكة ، والمراقبة في الوقت الفعلي ، والتحكم التلقائي. يتكون العداد الذكي أحادي الطور المستخدم في هذا الاختبار من وحدة أخذ العينات والقياس ووحدة متحكم (MCU) ووحدة عرض LCD ووحدة اتصال ووحدة إمداد الطاقة ووحدات الوحدة الأخرى. يظهر الشكل 2 المخطط التخطيطي الهيكلي للمقياس الذكي أحادي الطور. يتكون العداد الذكي المرحلة الواحدة المستخدمة من وحدة أخذ العينات والقياس ووحدة متحكم (MCU) ووحدة عرض LCD ووحدة اتصال ووحدة إمدادات الطاقة وغيرها من وحدات الوحدة. يظهر الشكل 1 الرسم التخطيطي الهيكلي للمقياس الذكي المرحلة الواحدة.

info-923-531

الشكل 1 الشكل الهيكلي للمقياس الذكي أحادي الطور

استنادًا إلى نتائج تحليل البيانات التاريخي وتحليل التأثيرات (FMEA) ، وجدنا أن وظيفة هذا العداد الذكي المرحلة الواحدة تتأثر بسهولة بإجهاد درجة الحرارة في بيئة العمل الطبيعية. يمكن أن تسبب درجة الحرارة غير المناسبة مجموعة متنوعة من الفشل ، مثل أخطاء القياس ، وفشل ضوء المؤشر ، وعرض خلط ، وانقطاع الاتصالات.

وجدت الدراسة أن وحدة القياس ، شاشة LCD ، و 485 وحدة اتصال هي الروابط الرئيسية الضعيفة. تؤثر درجة الحرارة المنخفضة بشكل أساسي على شاشة LCD ، في حين أن درجة الحرارة المرتفعة لها تأثير أكبر على الكل ، وخاصة المكونات الإلكترونية ، والتي قد تسبب التغيرات الفيزيائية والأضرار التراكمية.

باختصار ، يتم تحديد درجة الحرارة المرتفعة كعامل إجهاد رئيسي يؤثر على موثوقية العداد. استنادًا إلى هذه النتائج ، اخترنا مقياسًا ذكيًا ذكيًا أحادي الطور لاختبار تحسين موثوقية درجة الحرارة (RET) لزيادة تأثير درجة الحرارة على أداء العداد وتوفير أساس علمي لتحسين موثوقيته.

2.2 درجة حرارة عالية من العداد الذكي مرحلة واحدة

يخضع RET على العداد الذكي المرحلة الواحدة لاختبار درجة حرارة الخطوة ، والذي يطبق بشكل مستمر إجهاد الخطوة عالية الحرارة على أداة الاختبار. لن يتوقف الاختبار حتى يصل مستوى الإجهاد إلى حد الضرر أو الحد الأقصى لأداة الاختبار. أثناء الاختبار ، تتم مراقبة معلمات الأداء الرئيسية للمقياس الذكي في الوقت الفعلي ، ويتم تسجيل وضع الفشل الخاص به. ثم ، من خلال تحليل بيانات الاختبار ، يتم تحديد حد عمله وحد الأضرار في درجة الحرارة المرتفعة.

فئة المعلمة	اسم المعلمة	قيمة المعلمة	وصف
الخصائص الكهربائية	الجهد المرجعي	220V	جهد العمل القياسي
	المواصفات الحالية	5(60)A	التيار الأساسي 5A ، 60A كحد أقصى
	مستوى الدقة	المستوى 1	مناسب لقياس الطاقة النشط
	نطاق التردد	(50 ± 2.5) هرتز	ينطبق على شبكة الطاقة القياسية
	استهلاك الطاقة الهادئ	<1.5W,10VA	تصميم استهلاك الطاقة المنخفض
القدرة على التكيف البيئي	درجة حرارة التشغيل	-25 درجة ~ 60 درجة -40 درجة درجة ~ 70 درجة	نطاق درجة حرارة المواصفات
القدرة على التكيف البيئي	الرطوبة النسبية	<95%	درجة حرارة التشغيل المتطرفة
مصداقية	MTTF	أكبر من أو تساوي 10 سنوات	يعني الوقت بين الفشل

2.2.1 نظرة عامة على خطوة درجة الحرارة العالية

لا تتطلع هذه الدراسة فقط إلى تأثير درجة الحرارة المرتفعة ، وتعتمد المخطط التالي: باستثناء معلمات درجة الحرارة ، يتم تعيين معلمات أخرى وفقًا لقيم المعلمة الفنية الموضحة في الجدول 1. نطاق درجة الحرارة العادية للمقياس الذكي هو -25 درجة الحرارة ~ +60. S1.

بالنظر إلى أن حد العمل الموصى به للرقاقة داخل العداد عادة ما يتراوح بين 80 درجة ~ 85 درجة ، يتم ضبط خطوة درجة الحرارة بشكل موحد على 5 درجات ، ويتم التحكم في معدل تغير درجة الحرارة أقل من 2.5 درجة \/دقيقة. من أجل مراقبة تأثير درجة الحرارة على المقياس بالكامل ، يتم الحفاظ على كل مستوى درجة حرارة لمدة 30 دقيقة.

يوضح الشكل 3 عملية اختبار درجة الحرارة المرتفعة. أثناء الاختبار ، يتم زيادة درجة الحرارة بشكل مستمر حتى تفشل جميع قطع الاختبار عند مستوى درجة حرارة معينة (T +1 ، أنا أكبر من أو تساوي 1). ثم يتم تقليل درجة الحرارة إلى المستوى السابق (TI). إذا كانت جميع قطع الاختبار يمكن أن تعمل بشكل طبيعي في المستوى ti ، يتم تحديد ti +1 على أنها درجة حرارة حد العمل. بعد تحديد حد العمل ، استمر في الاختبار لاستكشاف حد الأضرار. تتمثل الطريقة في إجراء اختبارات أكثر تفصيلاً في نطاق درجة الحرارة بالقرب من حد العمل. على سبيل المثال ، إذا لم تتمكن قطعة الاختبار من استئناف التشغيل العادي بعد البقاء في درجة حرارة TJ لمدة 30 دقيقة ، فيمكن تحديد TJ على أنها درجة حرارة الحد من الضرر. إذا كانت قطعة الاختبار يمكنها استئناف التشغيل العادي ، فاستمر في زيادة اختبار درجة الحرارة حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى لدرجة الحرارة لمعدات الاختبار.

info-1211-476

يمكن أن تحدد هذه الطريقة بدقة حد العمل وحد الأضرار من العدادات الذكية ، مما يوفر بيانات رئيسية لتقييم موثوقية درجات الحرارة العالية.

2.2.2 عناصر الاختبار

استنادًا إلى أداة الاختبار وسعة غرفة الاختبار ، تم اختيار 16 مترًا ذكيًا أحادي الطور كعينات للاختبار. يتضمن هذا RET ثلاث خطوات: أولاً ، يتم إجراء اختبار تقييم الأداء العام قبل Ret لضمان أن تكون جميع قطع الاختبار مؤهلة. ثانياً ، يتم استخدام عناصر المراقبة عبر الإنترنت المستخدمة أثناء RET لاستكشاف الاتجاهات المتغيرة للروابط الضعيفة للمقاييس الذكية ذات الطور الواحد. أخيرًا ، بعد Ret ، يتم إجراء اختبار شامل لتقييم الأداء في درجة حرارة الغرفة ، ويتم تسجيل بيانات الاختبار في الوقت الفعلي. يتم عرض عناصر اختبار كل خطوة في الشكل 4.

info-1014-554

الشكل 4 عناصر الاختبار

3. تحليل نتائج الاختبار

تُظهر البيانات أن خطأ العينة يزداد خطيًا مع زيادة درجة الحرارة ، ويرتبط متوسط اتجاه الخطأ بشكل إيجابي مع تغير درجة الحرارة. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى زيادة في عدد فشل العينات ذات الأخطاء المفرطة. عندما تتجاوز درجة الحرارة 120 درجة ، لا يمكن قياس جميع الأدوات لأن إشارة النبض لقياس الخطأ تضيع.

info-927-484

الشكل 5. إحصائيات أخطاء القياس في مراحل درجات حرارة مختلفة

درجة الحرارة (درجة)	نطاق الخطأ (٪)	متوسط الخطأ (٪)	شاشة LCD	485 التواصل	الحالة العامة
23	0.00~0.15	0.04	⭕	⭕	⭕
70	0.30~0.70	0.45	⭕	⭕	⭕
75	0.30~0.80	0.60	⭕	⭕	⭕
80	0.40~1.00	0.70	⭕	⭕	⭕
85	0.50~1.05	0.70	⭕	△	△
90	0.55~1.10	0.75	△	△	▲
95	0.60~1.15	0.80	■	△	■
100	0.65~1.20	0.85	●	△	■
110	0.70~1.25	0.90	●	■	■
120	\	\	●	●	●
130	\	\	●	●	●
150	\	\	●	●	●
ملاحظة: ⭕ normal ؛ △ تأثير بسيط ؛ ▲ تأثير كبير ؛ ■ تأثير شديد ؛ ● فشل كامل

الجدول 2 العلاقة بين درجة حرارة RET وأداء العداد

(1) تغيير خطأ القياس: 23 درجة: 0. 151 ٪ (قيمة الخطأ القصوى ، المعيار) ، 7 0 الدرجة: 0.701 ٪ (قيمة الخطأ القصوى ، زيادة كبيرة) ، 95 درجة: 1.150 ٪ (قيمة الخطأ القصوى ، الزيادة المستمرة) ، 120 درجة: لا توجد إشارة (فشل كامل).

(2) أداء شاشة LCD: 90 درجة: خافتة قليلاً ، 95 درجة: لا يمكن عرض الأحرف ، 100 درجة: الشاشة السوداء.
(3) 485 الاتصال: 85 درجة: الفشل الأول ، 110 درجة: معظم حالات الفشل ، 120 درجة: فشل كامل.
(4) نقاط درجة الحرارة الحرجة: 95 درجة: درجة حرارة حد التشغيل (فشل LCD على نطاق واسع) ، 120 درجة: درجة حرارة الفشل الوظيفي الشامل ، 150 درجة: درجة حرارة الحد من الضرر المقدرة.
(5) عملية الفشل: 70 درجة ~ 85 درجة: بدأت العينات الفردية في الفشل ، 95 درجة: زاد عدد الفشل بشكل ملحوظ ، 120 درجة: فشلت جميع العينات تمامًا.
(6) القدرة على الانتعاش: عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 90 درجة ، تتم استعادة معظم الوظائف ؛ عندما تنخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة ، تعود معظم العينات إلى طبيعتها.

وفقًا لنظرية موثوقية النظام ، يمكن اعتبار العداد الذكي أحادي الطور بمثابة نظام سلسلة يتكون من وحدات وحدة متعددة. قد يتسبب أي فشل في الوحدة في فشل النظام بأكمله. استنادًا إلى "تأثير حوض الاستحمام" ، فإن الوحدة التي تفشل أولاً أثناء اختبار تحسين الموثوقية (RET) هي أضعف جزء من النظام. تظهر النتائج التجريبية أن وحدة شاشة LCD هي المكون الأكثر عرضة لدرجة الحرارة في العداد الذكي المرحلة الواحدة.

استنادًا إلى الظاهرة التي تختفي شاشة LCD السائلة البلورية عند 95 درجة ويمكن تحديد جميع العدادات التي تم اختبارها على أنها فشلت في درجة الحرارة هذه ، يمكننا تقدير 95 درجة كحدود درجة حرارة التشغيل للمقياس الذكي المرحلة الواحدة. على الرغم من أن وظيفة المراقبة عبر الإنترنت تفشل تمامًا عند 120 درجة مئوية ، إلا أن معظم قطع الاختبار قد انتعشت عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 90 درجة. تم إنهاء هذا RET في 150 درجة (الحد الأعلى للغرفة اختبار الحرارة المرتفعة المرتفعة والمنخفضة). بعد الانخفاض إلى درجة حرارة الغرفة ، اجتاز معظم العدادات اختبار الأداء الشامل واستأنف التشغيل العادي. يمكن استنتاج أن درجة حرارة الحد من الضرر للمقياس الذكي يجب أن تكون أعلى من 150 درجة.

تبين النتائج أن الحد الأقصى لعينة اختبار عينة الاختبار أعلى 25 كيلو بايت من حد التصميم ، وهناك هامش كبير بين حد الأضرار وحد العمل. هذا يدل على أن العداد الذكي المرحلة الواحدة المستخدم في هذا RET له موثوقية عالية ويمكن أن يحافظ على تشغيل مستقر في البيئات القاسية.

4 الخاتمة

استنادًا إلى مبدأ RET وخصائص العدادات الذكية ذات الطور الواحد ، تم تصميم وإجراء اختبار تعزيز الموثوقية عالية درجة الحرارة. تحقق الاختبار من نتائج تحليل البيانات التاريخية و FMEA ، واعتقد أن الروابط الضعيفة للمقياس كانت وحدة القياس ، ووحدة عرض LCD ووحدة اتصال 485 ، من بينها شاشة LCD هي الأضعف ؛ تم قياس وضع الفشل تحت درجة حرارة عالية من التسامح ، وفشل عرض LCD وفشل الاتصال 485 ؛ تم تحديد حد العمل في درجة الحرارة العالية ليكون 95 درجة ، وكان الحد الأقصى للأضرار أعلى من 150 درجة. لم يتحقق التنفيذ الناجح لهذا RET من جدوى خطة الاختبار فحسب ، بل وفر أيضًا أساسًا لاختيار المعلمات وتحديد نطاق السلامة لاختبار الحياة المتسارع اللاحق. في الوقت نفسه ، وضعت الأساس لمزيد من البحوث حول اختبارات تعزيز الموثوقية للمترات الذكية

أبحاث اختبار تعزيز الموثوقية الذكية أحادية الطور