图1 Festo公司研发生产的控制阀块CPX/MPA带有许多的故障诊断功能，具有很高的设备可用性，从而降低了Steris Finn Aqua公司超净水设备的总运行成本费用。

对于一台超纯水设备的使用周期而言，设备采购费用仅仅是整个费用支出中很小的一部分。而后期的设备运行和维护保养在设备的成本费用中占据很大的比例。因此，总设备运行和维护保养费用成为了设备管理中的核心要素。寻找能够降低成本费用、提高设备可用性的技术成为了关键的一点。

生产设备的总成本费用不仅仅受设备投资总额以及节约潜力的制约，另外还有一个非常重要的费用影响因素：设备可用性的提高，以及由此带来的效率提升。先进的工况监控系统和故障诊断分析系统可以大大地减轻设备运行时的负担。在生物工程技术领域和医药产品生产企业中，完善的故障诊断方案能够减少生物技术设备的总成本费用。而缺少了这样的故障诊断分析技术方案，将很难满足FDA提出的PAT流程工艺分析技术要求。

“通过对生物药品和其他药品生产设备的总成本费用进行观察，我们得知，它们的总成本费用不仅仅受到设备投资总额以及节约潜力的制约”，Festo公司流程自动化商务中心负责人Eckhard Roos先生强调说道，“当医药产品生产设备投产使用时，同时也产生了一个非常重要的影响费用的因素：设备可用性的提高和由此而带来的生产效率的提升。”对此，Festo公司的状况监控系统和故障诊断分析系统可以减轻设备生产工作时的负担，例如其在实际生产中大大地降低了Steris Finn Aqua公司超纯水生产设备的实际运行成本。

图2 对气动系统用气量进行自动监控和分析：GFDM能源监控系统提供完整的生产和操作服务的环境监控。

完善的故障诊断方案能够减少生物工程技术领域和药品生产企业生物技术设备的总成本费用。而没有这样的故障诊断分析技术方案则很难满足美国FDA提出的PAT流程工艺分析技术要求。

故障诊断的层次

利用切实可行的故障诊断技术方案，用户可以减少生产过程计划外的停机故障时间。故障诊断方案可分为三个层次：

■第一层次：简单的运动功能（故障识别）；

■第二层次：系统诊断（确定设备的故障位置）；

■第三层次：子系统故障诊断（故障界定）。

利用为数不多的气动控制链压力和流量传感器，可以简单地通过实际值与理论值的比较得知生产设备的工作状况（第一层次的诊断）。在第二层次的诊断中，诊断控制器以及模块式结构的故障诊断软件对来自第一层次的生产流程参数进行评判和注释，从而可以在设备故障严重到停车之前采取必要的维护保养措施。

第三层次的故障诊断功能对于可靠性要求非常严格的生产设备是很有意义的。附加的传感器对重要的流程设备驱动装置进行监控，例如对调节的节流阀、密封件的磨损情况或者压伤的气动管道进行识别。故障诊断的结构可以传递到上一级控制计算机，以便有目的地采取措施。

技术特点

Remote I/O控制阀块在超纯水设备中的应用有助于大量收集故障信息数据，从而为降低超纯水设备的运行成本费用创造可能。

CPX/MPA控制阀块具有模块化结构，是Remote I/O终端CPX和MPA电磁阀的组合件。它的作用在于：显示故障源、故障位置和采取的措施；其中包括输入/输出模块或者通道的诊断故障识别和故障界定；各个通道的气动阀诊断；故障形成的文字提示；通过现场总线系统的数据准备和数据传送；智能化的IT解决方案，例如：远程维护、电子邮件或者SMS报警提示和故障跟踪以及故障信息的存储。在以工作状态为主导的维护保养中，CPX/MPA用于内部环境特征的监控，例如开关控制计数器，电磁阀线圈电流的精确监控以及电磁阀线圈低压电监控等等。

利用以太网在CPX上的接口，故障诊断的数据可以马上在世界范围内为各个集成的IT解决方案所使用。根据故障方式的次数，确定维护保养措施。在发生故障的情况下，故障部位的模块可以继续发出报警提示。如发出的故障信息数据已知，则可以通过及时的维护保养而避免生产设备的故障停机，对生产过程进行最佳的控制和快速的排除故障源。控制阀块结合电气、气动和在上一级控制系统中的集成，能够精确地实现设备现场的故障诊断分析。像CPX-Web-Monitor这样的软件工具能够使所有的诊断分析数据动态地在设备所在的局部网络、在互联网浏览器中或者在世界范围内中显示出来，供所需人员阅读使用。

在模块式的外设中，可以集成一个CPX-FEC前端控制器，实现现场自给自足的控制和调节，现场的可视化再现以及现场总线的预加工、预处理。

通过远程维护系统，生产设备的操作者可以在任何地点、任何时刻都对自己的设备了如指掌，可以通过在线登录的方法对生产数据进行重新配置：CPX-FEC将自动化技术和信息技术结合在一起；同样，现场总线的结点也都满足了工业以太网技术协议Profinet IO、以太网 IP或者Ethercat技术协议的要求。

Steris-Finn Aqua公司在它们的多功能水蒸馏设备中充分利用了这些技术的优点来生产医用超纯水。Steris Finn Aqua公司的工程项目经理Veli-Jukka Parkkam?ki先生解释说道：“除了大量的故障诊断可能性以外，我们还利用CPX/MPA设备节约了大约30%的设备安装费用。”

生产效率的提升

除了自动化部件在诊断系统中的应用提高了设备的可用性以外，还提高了设备的生产效率。压缩空气质量的分析和优化为长时间、精确的检测结果，尤其是压缩空气流量传感器持续在恶劣环境条件下的工作提供了保障。因为优化后的压缩空气质量提高了传感器的使用寿命，提高了气动部件在整个设备中的使用寿命。利用其节能技术还可以排除气动系统的泄露。

整个系统和产品的进一步研发为分析诊断大家庭增加了新的成员：Festo公司的GFDM能源监控系统。这是一种具有压缩空气监控分析功能的用气量监控解决方案。自动化的相对数据采集结合极限值检测和趋势分析，能够实时地识别气动系统中出现的差异，从而能够在产品生产质量出现问题之前采取补救措施。

小结

行之有效的故障诊断分析方案不仅体现在LED指示灯的红、黄、绿，而是这一方案能够持续降低设备的维护保养费用，保证产品具有稳定的高质量，生产设备具有较高可用性。

设备的维护保养和维修成为决定成本费用的重要因素

根据Rockwell自动化技术公司的一项调查研究，设备维护保养和安装调试费用占生产企业所有费用的15%~40%。在这些费用中，若采用了战略性的故障诊断分析系统和环境监控系统，有一半左右的费用是可以避免的。根据这项调查，70%的被调查对象都认为设备修理费用是间接费用中的大户：设备总承包费用中10%~28%是由计划外的设备停机而造成的。据某经济报刊的报道，这些设备购置后的后续费用可达4%~5%，而且还会引起设备的停机损失、质量下降或者不能按时供货，甚至影响企业的声誉和形象。