INTRODUZIONE
Con l’articolo sull’industria 4.0 si è parlato che l’analisi dei dati può prevenire fermi macchina improvvisi e quindi prevedere riparazioni o sostituzioni in momenti più consoni alla produzione.
Gran parte della teoria dell’industria 4.0 si basa su un’analisi di dati, provenienti da vari sensori distribuiti nell’impianto o nella macchina, da questa analisi ne esce una predizione su possibili guasti o fermi macchina. Senza uno studio o senza avere delle basi di diagnostica e manutenzione anche il miglior programmatore/software non riuscirà a prevedere il deterioramento di un dato componente. In questo articolo, cercherò di introdurre il concetto di diagnostica e manutenzione, cercando di mantenere una linea generale in modo da riuscire a coprire il maggior numero di casi.
DIAGNOSTICA
[1] La diagnostica: è una procedura di traduzione, delle informazioni derivanti dalla misura dei parametri e dalla raccolta di dati relativi alla macchina, in informazioni sui guasti effettivi o incipienti della macchina stessa. La diagnostica è un protezione al guasto, cioè si attiva a guasto avvenuto, per questo in ottica 4.0 è necessario trasformare la protezione in prevenzione, ma per eseguire questo passaggio è necessario capire i principi di diagnosi e di manutenzione.
[1] Qui iniziamo a parlare di manutenzione preventiva, la quale presenta alcuni difetti:
– per ovvi motivi economici gli interventi di manutenzione non possono esser frequenti
– durante le fasi di revisione si cerca di effettuare tutti controlli riparazioni e sostituzioni possibili, anche quelli non necessariamente necessari. Facendo lievitare i costi ed i tempi durante queste fasi di manutenzione.
Per risolvere questi difetti di natura economica e mantenere allo stesso tempo una macchina efficiente dobbiamo iniziare a parlare di diagnosi predittiva. Questo termine significa avere lo stato effettivo di ogni componente in modo da prevedere o determinare con un alto grado di affidabilità, quando il componente potrà rompersi, dando la possibilità di pianificare interventi mirati e quyindi ridurre i costi di manutenzione.
DIAGNOSTICA DELLE MACCHINE ROTANTI
[2] Iniziamo con l’analizzare i motori e loro cause di guasto, questo perché i motori sono presenti in tutta l’automazione industriale e quindi una delle principali cause di malfunzionamento degli impianti. In più conoscendo le principali cause di rottura sarà possibile avere diagnosi più accurate.
Dove posso avvenire i guasti in un motore
questo argomento non è di facile sviluppo, in quanto in letteratura non si trova molto, e quel poco che si trova è datato. Qui riporto un paio di studi, citati dalla docente Lucia Frosini dell’università degli studi di Pavia, nelle sue diapositive, potete trovare il link in fondo all’articolo. Gli studi a cui fa riferimento sono, uno della EPRI (Electric Power Research Institute), lo studio è fatto su un campione di 5000 motori (in corrente continua e corrente alternata) impiegati in diversi ambienti e applicazioni con potenze maggiori di 150kW, la maggior parte di essi sono motori asincroni alimentati a tensione maggiore di 1000V. Questa indagine è stata svolta nel 1985. L’altro studio è del 1995, ed è stato svolto nel settore petrolifero in Norvegia e riguarda motori posti in ambienti esterni e con potenze maggiori di 10kW e tensioni minori di 1000V. I risultati delle due indagini sono parzialmente differenti, a causa delle taglie dei motori e ambiente di impiego. Le cause alla base dei guasti non sono di facile aggregazione, ma si può dedurre che le cause principali sono l’utilizzo improprio, componenti difettosi e manutenzione inadeguata. Nei due grafici che seguono si possono vedere i componenti principali che sono soggetti a guasti.
CONCLUSIONE INDAGINE EPRI
CONCLUSIONI INDAGINE NORVEGIA
Faccio una precisazione, nella seconda indagine non è spiegata la voce (che io ho nominato) cause esterne, nell’indagine “External device”, per cui non possiamo ipotizzare nulla a riguardo. Quello che però salta all’occhio è che in entrambi gli studi la maggioranza dei casi di guasto sono dovuti ai cuscinetti ed agli avvolgimenti di statore.
Poco fa ho menzionato le possibili cause dei guasti, utilizzo improprio, componenti difettosi e manutenzione inadeguata. Le prime due cause non le analizzerò perché esulano dall’argomento di questo articolo, in quanto si possono ricondurre ad errori di progettazione. Quella che analizzerò è la manutenzione inadeguata. Il significato di questa causa ha come principale significato un’errata analisi del problema, che comporta una azione di riparazione o manutenzione errata. Anche nell’industria 4.0 ci possono essere queste deficienze, perché l’analisi è sempre eseguita dall’uomo e possibili errori possono esserci, ma con dati storici e analisi minuziose questi errori si possono ridurre, e per ottenere questo dobbiamo menzionare l’intelligenza artificiale, che verrà introdotta nei prossimi articoli. Il concetto di fondo, per iniziare ad analizzare gli eventuali guasti, è che quando un motore od un componente si sta per rompere, ci sono dei segnali premonitori che se raccolti e analizzati possono prevenire fermi macchina inaspettati. Allora la domanda è cosa dobbiamo analizzare per capire se un componente si sta rompendo? In una macchina elettrica ci sono vari aspetti da analizzare, elettrici, magnetici, meccanici, fluidodinamici e termici, e tutti interagiscono tra loro e quindi si possono distinguere vari indicatori di guasto.
Indicatori elettromagnetici:
- correnti
- tensioni
- scariche parziali
- flussi magnetici
indicatori meccanici:
- rumore
- velocità angolare
- forza
- coppia
indicatori termici e chimici:
- temperatura
- analisi degli oli e dei gas
poi possiamo misurare il rendimento oppure l’analisi visiva, ma tra tutte le possibili analisi la più utilizzata, è la misura delle vibrazioni.
Le vibrazioni sono indicative delle forze generate dal moto del rotore, in una macchina elettrica rotante, specialmente a causa di un suo sbilanciamento. L’analisi delle vibrazioni è finalizzata ad individuare non solo problemi meccanici, ma anche problemi elettrici in quanto un’anomalia elettrica produce un’asimmetria nella distribuzione del flusso magnetico al traferro e determina una variazione del flusso disperso, che produce una diversa distribuzione delle forze elettromagnetiche e si ripercuote sull’andamento delle vibrazioni. Per questo può essere utile il rilevamento anche sulla cassa motore. Da questo primo approccio appare chiaro che alla presenza di guasti le vibrazioni della macchina cambiano. Purtroppo però non sono facili da individuare perché sono mascherate da altre vibrazioni esterne alla macchina stessa. In ogni caso le tecniche di analisi dei segnali di vibrazione sono state sviluppate per evidenziare in maniera selettiva quali parti posso essere soggette a guasti o mal funzionamenti, ed in base alle frequenze si riesce a determinare quale potrebbe essere il guasto. Nel determinare se una determinata frequenza è dovuta ad un guasto, dobbiamo iniziare a discernere le varie frequenze, soprattutto le vibrazioni naturali, che mascherano quelle vibrazioni che evidenziano un malfunzionamento. Ogni macchina produce delle vibrazione sue, dovute alle sue caratteristiche meccaniche, per questo è necessario eliminare tutte queste frequenze per riuscire a determinare una vibrazione che identifica un guasto.
CONCLUSIONI
Qui si conclude la prima parte di questo lungo capitolo, ho deciso di suddividerlo in più parti in modo da rendere più semplice la lettura. Nella seconda parte si approfondirà l’analisi delle vibrazioni per determinare i guasti e poi si introdurranno le cause principali di guasti nelle macchina rotanti.
BIBLIOGRAFIA – SITOGRAFIA
- [1] Introduzione alla diagnostica di macchine e azionamenti elettrici di Lucia Frosini, docente Università di Pavia
- [2] Analisi delle vibrazioni 1 di Lucia Frosini, docente Università di Pavia
REVISIONI
- 11 OTTOBRE 2019 Pubblicazione
- 25 DICEMBRE 2019 Aggiornamento link articoli