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制御機器設置環境診断による寿命延長

目的

DCSやPLC等制御機器の更新には多大な投資が必要であり、稼動中の制御機器についての信頼性の維持や延命化対策は重要な課題です。これら制御機器の信頼性と寿命は、使用される環境に大きく依存します。ここでは、当社で実施した信頼性維持と寿命延長のための改善例を紹介します。

特長

制御機器の部品はハードディスク、CRT、アルミ電解コンデンサ等の経時劣化部品(※)とIC、固定抵抗器、回路パターン、ケーブル等の偶発故障部品に大別されます。このうち寿命に関与する部品は一般に偶発故障部品(定期交換対象外)です。
制御機器の信頼性低下(故障率の増加)は、これらの部品が「温度」「湿度」「塵埃」「腐食性ガス」といった環境ストレスを受け、このストレスの蓄積や大きな変化で、部品や回路の破壊、絶縁不良、短絡や接触不良を引き起すことで顕在化します。制御機器の信頼性を保つには、故障要因の特定とその要因の除去、また、その除去された状態を長期間維持することが重要となります。

制御機器の信頼性と使用環境ストレス

IC等電子部品は時間設計寿命は長いのですが、使用環境ストレスによる劣化があります。そのため、環境ストレスが制御機器の信頼性低下に関与します。
制御機器の信頼性と使用環境ストレス

制御機器の故障原因の特定

制御機器の信頼性向上には故障履歴の評価と原因の特定が重要です。制御機器の故障は大きく分類すればIC等電子部品内部の接合特性不良等が主原因の内部要因故障と設置環境からの絶縁不良、短絡、接触不良が主原因の外部要因故障に分類されます。このうち、外部要因故障は間欠故障状態(再現性がない)として現れます。この故障が多く発生しているようであれば、設置環境の悪化や環境ストレスが蓄積されていることが考えられます。次図に外部要因故障例を示します。

環境変化によるDCSの故障例

環境変化によるDCSの故障例
ベンダー工場での温度湿度のサイクル試験により基板故障が再現した例
ベンダー工場での温度湿度のサイクル試験により基板故障が再現した例
経時劣化部品は適切な交換周期での交換が前提です。

改善事例

下表は制御機器設置環境を制御機器設置環境基準(JEIDA)で評価した例です。評価結果により空調機の改善や定期検査項目・周期を見直します。蓄積された環境ストレス除去には基板の洗浄やコーティングが有効です。特に寿命に大きく影響する環境ストレスは「腐食性ガス」「相対湿度」「塵埃」です。信頼性維持と寿命延長のためには蓄積された環境ストレスを除去し、さらに良好な設置環境を維持することが重要になります。
  • 設置場所の環境評価例
  • D装置機械室の改善例

設置環境調査

設置環境把握には温度、湿度の連続記録計やデータロガーが便利です。右図は温度、湿度と銅および銀センサーによる腐食度の連続測定が可能なデータロガー(※)です。
腐食ガスモニターロガー OnGuard 2000/Purafil inc.
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