有效应用于分布式计算机控制系统

环境变量是影响系统可靠性和安全性的重要因素，所以研究可靠性就必须研究系统的环境适应性。通常纳入考虑的环境变量有： 温度、湿度、气压、振动、冲击、防尘、防水、防腐、防爆、抗共模干扰、抗差模干扰、电磁兼容性（EMC）及防雷击等。下面简单介绍各种环境变量对系统可靠性和安全性构成的威胁。

1.温度

环境温度过高或过低，都会对系统的可靠性构成威胁。

低温一般指低于0 ℃的温度。低温对系统的危害有： 电子元器件参数变化、低温冷脆、低温凝固（如液晶的低温不可恢复性凝固）等。低温的严酷等级可分为-5 ℃、-15 ℃、-25 ℃、-40 ℃、-55 ℃、-65 ℃、-80 ℃等。高温一般指高于40 ℃的温度。高温对系统的危害有： 电子元器件性能破坏、高温变形、高温老化等。高温严酷等级可分为40 ℃、55 ℃、60 ℃、70 ℃、85 ℃、100 ℃、125 ℃、150 ℃、200 ℃等。温度变化还会带来精度的温度漂移。设备的温度指标有工作环境温度、存储环境温度。

（1）工作环境温度： 指设备能正常工作时，其外壳以外的空气温度，如果设备装于机柜内，则指机柜内的空气温度。

（2）存储环境温度： 指设备无损害保存的环境温度。

按照IEC 61131-2 的要求，带外壳的设备的工作环境温度为5 ～40 ℃；无外壳的板卡类设备，其工作环境温度为5 ～55 ℃。在IEC 60654-1： 1993 中，进一步将工作环境进行分类： 空调场所为A 级，20 ～25 ℃；室内封闭场所为B 级，5 ～40 ℃；有掩蔽（但不封闭）场所为C 级，-25 ～55 ℃；露天场所为D 级，-50 ～40 ℃。通常，按元器件的工作环境温度，将元器件按下列温度范围分别划分等级（不同厂家的划分标准可能不同）： 商业级，0 ～70 ℃；工业级，-40 ～85 ℃；军用级，-55 ～125 ℃。

2.湿度

（1）工作环境湿度： 指设备能正常工作时，其外壳以外的空气湿度。如果设备装于机柜内，则指机柜内的空气湿度。

（2）存储环境湿度： 指设备无损害保存的环境湿度。

（3）混合比： 水汽质量与同一容积中的空气质量的比值。

（4）相对湿度： 相对湿度是空气中实际混合比（r）与同温度下空气的饱和混合比（rs）的百分比。相对湿度的大小可以直接表示空气距离饱和的程度。在描述设备的相对湿度时，往往还附加一个条件——不凝结（Non-condensing），指的是不结露。因为当温度降低时，湿空气会饱和结露，所以不凝结实际上是对温度的附加要求。在空气中水汽含量和气压不变的条件下，气温降低到使空气达到饱和时的温度称为露点温度，简称“露点”。在气压不变的条件下，露点温度的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点温度越高，所以露点温度也是表示水汽含量多少的物理量。当空气处于未饱和状态时，其露点温度低于当时的气温；当空气达到饱和时，其露点温度就是当时的气温。由此可知，气温与露点温度之差（即温度露点差的大小）也可以表示空气距离饱和的程度。

湿度对设备的影响有：

（1）相对湿度如果超过65％，就会在物体表面形成一层水膜，使绝缘劣化。(www.xing528.com)

（2）在高湿度下，金属的腐蚀速度会加快。

相对湿度的严酷等级可分为5％、10％、15％、50％、75％、85％、95％、100％等。

3.气压

空气绝缘强度随气压的降低而降低（海拔每升高100 m，气压降低1％），散热能力随气压的降低而降低（海拔每升高100 m，元器件的温度上升0.2 ～1 ℃）。气压的严酷等级常用海拔表示。例如，海拔3000 m 一个标准大气压等于气温在0 ℃及标准重力加速度（g ＝9.80665）下760 mmHg 所具有的压强，即一个大气压为101325 Pa，海拔每升高100 m，气压就下降5 mmHg （0.67 kPa）。

4.振动和冲击

振动是指设备受连续交变的外力作用。振动可导致设备紧固件松动或疲劳断裂。设备安装在转动机械附近，即典型的振动。DCS 的振动要求标准主要是IEC 60654-3：1983《工业过程测量和控制装置的工作条件第3 部分： 机械影响》 （等效国家标准为GB/T 17214.3—2000）控制设备的振动分为低频振动（8 ～9 Hz）和高频振动（48 ～62 Hz）两种，严酷等级一般以加速度表示——0.1g、0.28g、0.5g、1g、2g、3g、5g，振动的位移幅度一般分0.35 ～15 mm 等级。

冲击是短时间的或一次性的施加外力。跌落就是典型的冲击。DCS 的冲击要求标准主要是由IEC 60654-3 规定。冲击的严酷等级以自由跌落的高度来表示，一般分25 mm、50 mm、100 mm、250 mm、500 mm、1000 mm、2500 mm、5000 mm 和10000 mm。

5.防尘和防水

防尘和防水的常用标准为IEC 60529 （等同采用国家标准为GB 4208-2008）的外壳防护等级，其他标准有NEMA250、UL50 和508、CSAC22.2No.94-M91。上述标准规定了设备外壳的防护等级，包含两方面的内容： 防固体异物进入；防水。IEC 60529 采用IP（International Protection）编码表示防护等级，在IP 字母后跟两位数字（如IP55），第一位数字表示防固体异物的能力，第二位数字表示防水能力。

6.防腐蚀

IEC 60654-4： 1987 将腐蚀环境划分等级，主要根据腐蚀性气体（硫化氢、二氧化硫、氯气、氧化氢、氮气、氧化氮、臭氧和三氯乙烯等）、盐雾和油雾、固体腐蚀颗粒三大类腐蚀条件和其浓度进行分级。腐蚀性气体按种类和浓度分为四级： 一级，工业清洁空气；二级，中等污染；三级，严重污染；四级，特殊情况。油雾按浓度分为四级：一级，小于5 μg/kg 干空气；二级，小于50 μg/kg 干空气；三级，小于500 μg/kg 干空气；四级，大于500 μg/kg 干空气。盐雾按距海岸线的距离分为三级： 一级，距海岸线0.5 km 以外的陆地场所；二级，距海岸线0.5 km 以内的陆地场所；三级，海上设备。固体腐蚀物未在IEC 60654-4： 1987 标准中分级，但该标准也叙述了固体腐蚀物腐蚀程度的组成因素，主要是空气湿度、出现频率或浓度、颗粒直径、运动速度、热导率、电导率、磁导率等。

7.防爆

在石油化工和采矿等行业中，防爆是设计控制系统时的关键安全功能要求。每个国家和地区都授权权威的第三方机构制定防爆标准，并对申请在易燃易爆场所使用的仪表进行测试和认证。在实际应用中，采用本安（intrinsic safety）型仪表或采用安全栅（intrinsic safety barrier）是最常见的选择。