诊断增加设备正常运行时间

水和废水处理应用包括广泛的工艺、技术和物理/化学方法。其中，过滤和分离技术是处理工艺的核心，在很多情况下，它们可能是关键的工艺瓶颈。工程公司、工程采购和建筑承包商以及最终用户对工厂的运行、流程设计、效率和性能有很高的期望。通常，大多数过滤装置都包装在钢架滑块上(见图1)。这些滑块的正确设计是至关重要的。它们必须包含用于准确诊断和系统故障排除的正确组件。毕竟，这些系统通常全天候运行。

控制技术的进步——特别是在带有输入/输出(I/O)设备的电气终端和气动先导阀终端——允许通过监控和数据采集、集成Web服务器或通过以太网连接远程访问集成点诊断信息。

过滤设备制造商的负担

原始设备制造商(oem)通常努力为其过滤滑块提供最佳的服务包和技术支持。对于膜过滤滑块来说尤其如此。实地服务是昂贵的——想想差旅费和人员配备——而且到偏远地区旅行需要大量时间。此外，由于难以提供适当的服务包，一些原始设备制造商拒绝参与投标和公开招标。

今天，当OEM被授予一个包含过滤橇的项目时，例如膜过滤、超滤、反渗透或化学加药，OEM通常会提供有吸引力的保修和强有力的服务合同。服务合同和保证以多种方式和不同形式建立，如开通全天候技术支持热线，指导和监督调试、启动和人员培训，定期上门清洁和排除故障，定期预防性维护。所选择的策略取决于工厂的容量、位置、人员、预算和可达性，但通常包括作为首要标准的远程诊断能力，这自然是保持连续生产、减少停机时间、平稳运行和最佳性能的关键因素。

过滤设备客户的期望

客户对他们的过程系统有很高的期望。因此，提供高效、详细和快速的远程诊断系统对于快速和成功的响应至关重要。这些系统必须覆盖尽可能多的滑块组件，以便所有可能的警报、警报、操作顺序和关键流程(如反冲洗、完整性测试或就地清洁功能)都能被识别、测试和观察。

执行详细的远程诊断程序可以在大约80%的时间内排除和纠正问题和问题。特别重要的是要记住，大多数滑道位于偏远地区，可用于监督其运行的人员有限。拥有一个最佳的远程诊断系统，无需派遣专业技术人员就能解决大多数问题，这是时间和成本上的当务之急。

原始设备制造商必须设计出能够将操作人员注意力降至最低的自动滑轨，并配备能够进行远程监控和远程服务的组件和系统。此外，这些系统必须具有优越的平均故障间隔时间指标，因为持续运行将对组件造成巨大的压力。本文提供了通过最先进的控制系统提高正常运行时间的策略。

访问电气诊断信息

控制工程的从业者擅长应用分散的自动化平台，在整个现代过程自动化系统中实现各种各样的功能。他们已经学会了如何在这些系统的帮助下快速经济地连接和调试大量的现场设备。除了集成气动阀门功能外，这些系统通常还支持集成功能，例如:

• 比例压力控制
• 比例压力测量
• 模拟和数字I/O设备，包括温度传感
• 功能安全，具有隔离的气动和电气区域能力。

数百个不同的设备连接到单个远程终端是很常见的(参见图2)。

这些系统得到了广泛的应用。应用这种技术的好处——在安装和节省劳动力方面——已经得到了充分的证明，并已被工业界所接受。随着这些系统处理的功能的复杂性不断增加，安装、调试、故障排除和修复这些系统的复杂性也在增加。这项工作可能是昂贵和耗时的。利用这些系统的车载诊断功能，可以大大减少故障排除和维修工作，同时提高正常运行时间和生产力。

现代自动化平台为用户提供了各种各样的状态和诊断数据(见图3)。在许多情况下，用户甚至不知道自动化平台已经完成了故障排除，通过设置正常运行的参数可以减少恼人的错误。例如，为数字输入设置信号扩展时间可以防止网络延迟问题错过可能比网络扫描时间更短的关键输入事件(见表1)。

表1:典型诊断

只有当用户能够看到并根据这些数据采取行动时，这些丰富的诊断数据才会对他们有帮助。根据所使用的协议(EtherNet/IP、DeviceNet等)，诊断数据可以以多种方式呈现给不同技能水平的用户(见表2)。

表2:诊断表现方法比较

根据数据类型和交付方法的广泛矩阵，oem可以根据最适合应用程序和客户环境的数据类型定制导轨。对操作容量造成低风险的简单机器可以从简单的状态位监视中受益，并在预防性维护事件期间偶尔查看诊断内存。执行关键任务的更复杂的机器通常受益于多方面的诊断方法。例如:

• 由自动化平台推送的状态位触发的人机界面(HMI)消息可以让水系统人员意识到问题。
• 维护技术人员可以调出故障设备的Web服务器，并找到有关错误的详细的纯文本描述。
• 与用户程序的深度集成可以通过HMI屏幕或远程消息发送到工厂内的更高级别系统，向维护主管或控制工程师发出问题警报。此外，自动化平台内的周期计数器标志可以触发预防性维护事件，以避免关键组件磨损引起的停机。
• 控制工程师可以远程访问自动化平台，以帮助诊断更麻烦的问题并查看历史数据。
• OEM/设备制造商可以使用自动化平台的远程连接功能来帮助排除问题、监控流程的运行状况，或查找世界各地安装的类似设备的趋势。

使用流量计作为诊断工具

压缩空气为水处理设备上的工艺阀门的开启和关闭提供动力。它也可以用来擦洗过滤膜。压缩空气是一种可测量的资源，其成本与所消耗的每个单元相关，表明自动化组件的健康状况。如果过滤滑块在系统的任何地方发生漏气，可能会导致性能效率低下，消耗更多的压缩空气，并增加长期的能源成本。此外，压缩空气可以指向故障的自动化组件。运营商和整车厂减少停机时间的一种方法是监测系统消耗的空气量。监测压缩空气量是滑橇制造商和最终用户最重要的诊断工具之一。

当过滤设备在装运前经过工厂验收测试时，设置基线是很重要的。在主空气连接处安装流量计将提供体积消耗或消耗率信息(见图4)。有了这个已知变量，就可以比较设备使用寿命内不同周期或时间段的消耗。这些信息可以通过HMI访问，可以触发警报，也可以通过以太网远程访问。

空气消耗量的增加可能表明以下问题:

• 四分之一转驱动器活塞或叶片密封失效
• 气动先导阀或其管汇发生泄漏
• 气动配件或接头有缺陷
• 油管裂纹
• 在软管或管子中打结
• 堵塞膜。

如果事先检测到这些问题，可以通过简单的主动服务呼叫或维护程序来纠正。如果任由组件降级，设备将在某个时刻发生故障，需要进行更具挑战性的服务调用，并可能中断服务。

主动服务降低了总拥有成本

预定的主动服务呼叫对于用户和过滤设备OEM来说更加经济高效。设备停机、紧急现场服务和保修销售电话通常对任何人来说都不是理想的场景。

使用来自电气终端或流量传感器的诊断数据，可以主动通知设备制造商:

• 气动阀周期计数
• I/O周期计数
• 持续的低系统压力趋势
• 增加空气流量消耗。

这些数据可以通过以太网从控制器推送或拉出，也可以显示在本地HMI上(见图5)。基于这些信息，可以将主动服务呼叫或备件包快速分派给运营商。

提前计划

当从一开始就使用并包括在控制概念中，过滤设备制造商可以增加市场效益，以帮助保持竞争力:

• 先进的自动化诊断，以减少停机时间和快速排除故障
• 远程监控预防性维护
• 能源效率监测以降低能源成本。

本文中提到的许多诊断功能都包含在当今领先的电气和阀门端子中。最大的挑战是在早期设计阶段将这些功能集成到控制概念中，以最大限度地利用它们。

OEM和水系统工程师之间的密切沟通可以确定运行环境以及远程监控和远程服务的类型，这将有助于提高正常运行时间并减少服务调用的数量。

克雷格·科雷亚他是费斯托过程自动化部门的负责人。在过去的17年里，他在公司担任过各种技术、管理和业务发展职位，包括在德国埃斯林根的Festo总部担任全球行业部门经理2年。他拥有马萨诸塞大学机械工程学士学位和普罗维登斯学院工商管理硕士学位。克雷格是一名活跃的成员，目前在委员会与国际制药工程学会和测量，控制和自动化协会．

内特Ventress他是费斯托水务行业的领导者、过程自动化和行业细分专家。他在流体动力和自动化领域拥有超过15年的经验。在获得流体动力技术学位后，他花了近十年的时间致力于半导体行业的自动化解决方案。自2010年以来，Ventress一直专注于过程自动化，是Festo美国水过滤和矿物加工市场的行业领导者。

Luis Escobar-Ferrand，体育硕士，博士，费斯托水务部门经理。他在水/废水行业的项目管理、过程工程、战略和业务发展方面拥有超过15年的扎实工程经验，包括世界各地的许多饮用水、废水、工业用水、海水淡化和水回用项目。他专注于膜技术在不同水应用中的应用和自动化。他拥有智利瓦尔帕莱索天主教大学(Pontificia Universidad Catolica de Valparaiso)生物化学工程学士和硕士学位;纽约理工学院环境技术硕士学位;哥伦比亚大学化学工程硕士和博士学位。

Sean O’grady是Festo阀门终端和电子产品的网络和控制产品经理。他在自动化领域拥有超过18年的各种经验。他曾在领先的工业自动化公司担任各种工程和管理职位。奥格雷迪是FIRST Robotics的一名积极志愿者，作为与美国未来技术劳动力骨干联系的一种方式。作为Festo公司阀门终端和电子产品的产品经理，他目前正致力于先进功能集成产品的市场开发，这些产品允许以简化的方式在控制和现场设备之间直接通信高级应用细节。

本文发表于应用自动化补充的控制工程而且设备工程．

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