Come prevenire i guasti dei motori elettrici? Misurazione delle vibrazioni del motore con il sensore Viezo Sonora

I guasti dei motori elettrici possono essere ridotti soprattutto attraverso la misurazione regolare delle vibrazioni, l’analisi vibrazionale e la diagnostica predittiva eseguita durante il funzionamento reale della macchina sotto carico. Il sensore Viezo Sonora consente di monitorare le vibrazioni del motore su tre assi, trasmettere i dati al sistema analitico e rilevare i primi sintomi di usura dei cuscinetti, squilibrio, disallineamento, giochi meccanici o problemi del riduttore prima che si verifichi un arresto della produzione.

Negli stabilimenti industriali, un motore elettrico raramente lavora come elemento singolo. Di solito è parte di un sistema di azionamento più ampio, in cui collaborano inverter, servoazionamenti, riduttori, giunti, encoder, controllori PLC, pannelli HMI, alimentatori, moduli I/O, soft starter ed elementi di comunicazione industriale. Il guasto di un singolo motore può quindi fermare non solo l’azionamento, ma un’intera linea tecnologica, una postazione produttiva o una parte del processo.

Per questo sempre più reparti di manutenzione si allontanano dal modello di lavoro reattivo, in cui la riparazione inizia solo dopo il guasto. Al suo posto entra la diagnostica predittiva, cioè un approccio basato su dati di misura, trend, analisi dello stato tecnico e pianificazione anticipata delle attività di service.

Noti un aumento delle vibrazioni, rumori insoliti, surriscaldamento o funzionamento instabile del motore? Contatta RGB Elektronika e richiedi la diagnostica del sistema di azionamento prima che si verifichi un guasto produttivo.

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Perché la misurazione delle vibrazioni del motore è uno degli strumenti più importanti della diagnostica predittiva?

Che cosa significano le vibrazioni del motore elettrico nella pratica della manutenzione?

Ogni macchina rotante genera un profilo vibrazionale caratteristico. In condizioni operative normali, le vibrazioni del motore rientrano in un intervallo definito, determinato dalla costruzione del dispositivo, dalla velocità di rotazione, dal carico, dal metodo di montaggio, dallo stato dei cuscinetti, dall’allineamento dell’albero e dalle condizioni di lavoro dell’intero sistema di azionamento.

Il problema inizia quando il profilo vibrazionale comincia a discostarsi dal modello tipico. Tali deviazioni possono essere il primo segnale che nel motore o nella macchina collegata si sta sviluppando un processo di degrado. In questa fase l’operatore spesso non sente ancora rumori insoliti, la carcassa non deve necessariamente essere surriscaldata e la macchina può continuare a funzionare apparentemente in modo corretto.

La diagnostica vibrazionale consente di rilevare questi cambiamenti prima rispetto alla tradizionale osservazione del funzionamento della macchina. La misurazione delle vibrazioni dei motori elettrici può indicare la comparsa di un problema al cuscinetto, alla lubrificazione, alla ventola, al rotore, al giunto, al riduttore, al basamento della macchina o all’allineamento dell’albero.

Per la manutenzione, questa informazione ha un grande valore pratico. Invece di attendere l’arresto dell’azionamento, è possibile pianificare un controllo, preparare i ricambi, definire la data del service e ridurre il rischio di un guasto produttivo.

Come funziona il sensore Sonora nella diagnostica vibrazionale?

Il sensore Sonora è una soluzione destinata al monitoraggio dello stato delle macchine rotanti nell’ambito della diagnostica predittiva. In pratica significa che il dispositivo può essere montato su un motore elettrico o su un altro elemento del sistema di azionamento per raccogliere ciclicamente dati sulle vibrazioni durante il normale funzionamento della macchina.

Sonora misura le accelerazioni su tre assi: X, Y e Z. Ciò consente di osservare le vibrazioni in diverse direzioni, un aspetto importante nell’interpretazione dei guasti meccanici. Lo squilibrio di un elemento rotante può avere un carattere diverso dal disallineamento dell’albero, mentre giochi meccanici o danni ai cuscinetti possono manifestarsi ancora in modo differente.

I dati raccolti vengono trasmessi in modalità wireless tramite comunicazione Bluetooth a un gateway di rete industriale e poi all’ambiente cloud, dove avviene l’ulteriore analisi. Questo modello di lavoro è particolarmente utile negli stabilimenti in cui occorre monitorare molti motori, pompe, ventilatori, riduttori, mandrini o altre macchine rotanti distribuite in diversi punti del capannone.

Vale la pena sottolineare che il sensore di vibrazioni delle macchine non sostituisce la competenza del tecnico diagnostico. Il suo compito è fornire dati di misura che permettono di notare più rapidamente un’anomalia e valutarne il significato. Il massimo valore deriva dalla combinazione di misura, algoritmi analitici e interpretazione ingegneristica.

RMS e FFT, ovvero come dai dati vibrazionali nasce l’informazione sullo stato della macchina

Il segnale grezzo proveniente dal sensore di vibrazioni non è ancora una diagnosi pronta. Affinché la misurazione delle vibrazioni sia utile nella manutenzione, i dati devono essere elaborati e interpretati. Nella diagnostica vibrazionale assumono particolare importanza, tra gli altri, i valori RMS e l’analisi FFT.

RMS, cioè il valore efficace, consente di valutare il livello generale di vibrazione della macchina. Se i valori RMS aumentano nel tempo, ciò può indicare un peggioramento dello stato meccanico del dispositivo, un aumento dell’attrito, l’usura dei componenti o un cambiamento delle condizioni operative. L’RMS è utile per seguire il trend e individuare rapidamente un deterioramento delle condizioni della macchina.

FFT, cioè la Trasformata Rapida di Fourier, consente di passare dall’analisi del segnale nel tempo all’analisi nel dominio della frequenza. In pratica significa poter scomporre le vibrazioni complessive in specifiche componenti di frequenza. Grazie a questo, la diagnostica vibrazionale non si limita a constatare che il motore vibra più di prima. Permette anche di indicare quale tipo di problema può causare l’aumento delle vibrazioni.

È proprio l’analisi in frequenza che aiuta a distinguere i sintomi dello squilibrio dal disallineamento, dai giochi meccanici, dai problemi ai cuscinetti o dai danni agli elementi del riduttore. Per il service è molto importante, perché riduce il tempo necessario per cercare la causa e limita il rischio di sostituire inutilmente componenti ancora funzionanti.

Quali guasti possono essere rilevati grazie alla misurazione delle vibrazioni dei motori elettrici?

La misurazione e l’analisi delle vibrazioni consentono di rilevare precocemente molte anomalie che, nel modello di service tradizionale, vengono spesso notate solo quando la macchina inizia a fare rumore, si surriscalda o ferma la produzione.

Tra i problemi più frequenti rilevati tramite l’analisi vibrazionale delle macchine elettriche rientrano:

• usura o grippaggio dei cuscinetti del rotore, che può comparire nella banda delle alte frequenze ancora prima di un evidente aumento della temperatura della carcassa,
• squilibrio della ventola o degli elementi rotanti, visibile come aumento dell’ampiezza delle vibrazioni legata alla frequenza di rotazione dell’albero,
• disallineamento dell’albero, derivante da errori di montaggio, tensioni strutturali, lavoro del giunto o cambiamenti nel basamento della macchina,
• giochi meccanici, che possono essere conseguenza dell’usura delle sedi dei cuscinetti, dell’allentamento dei fissaggi o del degrado degli elementi strutturali,
• aumento dell’attrito interno dei cuscinetti, spesso collegato a lubrificazione scorretta, contaminazione, sovraccarico o condizioni operative non adeguate,
• danni al riduttore che lavora con il motore, inclusi scheggiature, crepe o usura dei denti,
• problemi derivanti dal montaggio, come allineamento non corretto, tensioni sull’albero, errori nell’accoppiamento dell’azionamento o trasferimento troppo rigido delle vibrazioni dalla struttura della macchina.

Il rilevamento precoce di questi fenomeni è importante non solo per il motore stesso. In un sistema di azionamento, un guasto meccanico può influire anche su inverter, servoazionamento, encoder, giunto, riduttore, alimentazione, circuiti di potenza ed elettronica di controllo. Il funzionamento con vibrazioni eccessive aumenta il rischio di danni secondari, che possono essere molto più costosi della causa primaria del problema.

Se il motore lavora più rumorosamente del solito, compaiono vibrazioni, errori ciclici dell’azionamento, surriscaldamento, funzionamento irregolare o arresti ripetuti della macchina, vale la pena richiedere una diagnostica prima che si verifichi un guasto critico.

Come utilizzare la diagnostica predittiva per ridurre guasti, costi e fermi macchina?

Quando dovrebbe essere implementata in stabilimento la misurazione delle vibrazioni delle macchine?

Vale la pena implementare la misurazione delle vibrazioni delle macchine ovunque l’arresto di un motore, pompa, ventilatore, riduttore o mandrino provochi reali perdite produttive. Questo riguarda in particolare linee che lavorano in modalità continua, macchine critiche per il processo, postazioni con ridondanza limitata e sistemi in cui la riparazione richiede lunghi tempi di smontaggio.

La diagnostica predittiva degli azionamenti è particolarmente utile quando:

• il motore lavora in modalità continua o sotto carico elevato,
• il guasto di un solo azionamento ferma una parte più ampia della produzione,
• i ricambi hanno tempi di consegna lunghi,
• la macchina è già stata riparata o modernizzata in precedenza,
• si verificano problemi ricorrenti con cuscinetti, allineamento o riduttore,
• sulla linea lavorano inverter, servoazionamenti, encoder e sistemi di controllo sensibili al funzionamento meccanico instabile,
• lo stabilimento vuole passare da una manutenzione reattiva ad attività di service pianificate.

Il maggiore vantaggio della diagnostica predittiva è il tempo. L’informazione su un danno in fase di sviluppo può comparire con un anticipo che consente di pianificare la riparazione in una finestra di service comoda. Dal punto di vista della produzione, significa minore rischio di fermo improvviso, migliore disponibilità dei ricambi e maggiore controllo sul programma dei lavori.

Cosa fare quando l’analisi delle vibrazioni indica un problema al motore o all’azionamento?

L’aumento delle vibrazioni non dovrebbe essere trattato soltanto come un messaggio di allarme. È soprattutto un’indicazione diagnostica che deve avviare azioni tecniche concrete. Il primo passo consiste nel valutare se l’anomalia ha carattere temporaneo o ripetitivo. Successivamente occorre verificare quali frequenze dominano nel segnale e se corrispondono ai sintomi tipici dei danni meccanici.

In pratica, il processo può essere il seguente:

• Analisi del trend delle vibrazioni e confronto dei valori attuali con il profilo di lavoro precedente della macchina.
• Valutazione dei valori RMS, per determinare se il livello generale delle vibrazioni sta aumentando.
• Analisi FFT, per verificare quali componenti di frequenza sono responsabili del cambiamento.
• Verifica delle condizioni operative, come carico, velocità, temperatura, metodo di montaggio, stato della lubrificazione e ambiente della macchina.
• Controllo meccanico, comprendente cuscinetti, ventola, giunto, albero, basamento, riduttore e fissaggi.
• Valutazione del sistema di azionamento, cioè verifica della collaborazione del motore con inverter, servoazionamento, encoder, controllo PLC e protezioni.
• Decisione di service, se siano sufficienti regolazione, lubrificazione, allineamento e controllo oppure se siano necessari riparazione, rigenerazione o sostituzione del componente.

Questo metodo di lavoro riduce la casualità. Invece di sostituire componenti sulla base di ipotesi, il reparto di manutenzione può fondare la decisione sui dati di misura e sullo stato reale della macchina.

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Diagnostica, riparazione e rigenerazione dei motori elettrici nella pratica del service

I risultati della diagnostica vibrazionale sono particolarmente preziosi quando portano ad azioni di service concrete. Il solo allarme non risolve il problema. Solo la combinazione di misura, analisi ed esperienza pratica consente di decidere cosa fare con il motore o con l’intero sistema di azionamento.

A seconda del risultato delle misurazioni, le possibili azioni comprendono, tra le altre:

• controllo e sostituzione dei cuscinetti,
• rigenerazione degli elementi meccanici,
• miglioramento dell’allineamento dell’albero,
• verifica del giunto e del riduttore,
• pulizia e controllo della ventola,
• valutazione dello stato degli avvolgimenti e dell’isolamento,
• verifica delle condizioni di raffreddamento,
• diagnostica dell’inverter o del servoazionamento che lavora con il motore,
• controllo dell’encoder, dei cavi, dell’alimentazione e dei segnali di controllo,
• modernizzazione dell’azionamento, se i guasti derivano da età, sovraccarico o mancato adattamento del dispositivo alle condizioni operative attuali.

RGB Elektronika supporta gli stabilimenti industriali nella diagnostica, riparazione, assistenza, rigenerazione e modernizzazione dei dispositivi di automazione ed elettronica industriale. Se la misurazione delle vibrazioni indica un problema al motore, all’azionamento, all’inverter, al servoazionamento, all’encoder o al sistema di controllo, vale la pena consultare il caso con un service capace di guardare la macchina come un sistema completo, non come un singolo componente.

È importante perché i sintomi meccanici ed elettrici spesso si sovrappongono. Vibrazioni eccessive possono causare errori dell’encoder, sovraccarichi dell’azionamento, funzionamento instabile dell’inverter o problemi di comunicazione dei segnali. D’altra parte, parametri di azionamento errati, sovraccarico, controllo non corretto o danni all’elettronica di potenza possono peggiorare il funzionamento meccanico del motore.

Sospetti che il motore stia iniziando a lavorare in modo instabile? Richiedi la diagnostica prima del guasto. Un’analisi precoce può ridurre il costo della riparazione, abbreviare il fermo macchina e aiutare a pianificare il service in un momento sicuro.

Perché la manutenzione predittiva supporta l’intera automazione industriale?

La diagnostica predittiva dei motori elettrici non è uno strumento isolato. In uno stabilimento industriale moderno, lo stato meccanico dell’azionamento influisce sul funzionamento di molti altri elementi dell’automazione. Se il motore inizia a generare vibrazioni eccessive, i carichi possono trasferirsi su riduttore, giunto, encoder, elementi di fissaggio, cavi, quadro di controllo, inverter o servoazionamento.

Per questo motivo la misurazione delle vibrazioni del motore dovrebbe essere trattata come parte di un sistema più ampio di controllo dello stato tecnico delle macchine. In combinazione con l’analisi degli errori degli azionamenti, il controllo della temperatura, la valutazione dei parametri di lavoro degli inverter, l’analisi delle correnti, la diagnostica PLC e l’osservazione dei dati di processo, è possibile costruire un quadro molto più completo delle condizioni del dispositivo.

Per il reparto di manutenzione questo significa decisioni migliori. Invece di reagire solo quando il pannello HMI mostra un allarme, l’inverter segnala un errore di sovraccarico e la linea si ferma, è possibile riconoscere prima i trend preoccupanti e preparare interventi correttivi.

I vantaggi aziendali sono importanti quanto quelli tecnici. La diagnostica predittiva aiuta a ridurre il costo della produzione persa, abbreviare i tempi di diagnostica sul posto, diminuire il numero di interventi urgenti, migliorare la disponibilità dei ricambi e prolungare la vita utile delle macchine.

Come prevenire i guasti dei motori elettrici?

La prevenzione più efficace dei guasti dei motori elettrici consiste nella combinazione di monitoraggio regolare, misurazione delle vibrazioni, analisi dei dati e diagnostica di service pratica. Il sensore di vibrazioni Sonora può supportare questo processo, perché permette di raccogliere dati sulle vibrazioni del motore in condizioni operative reali e di rilevare cambiamenti preoccupanti ancora prima del verificarsi di un guasto critico.

Grazie all’analisi RMS e FFT, è possibile non solo constatare che la macchina vibra più intensamente, ma anche determinare quale tipo di danno possa essere in fase di sviluppo. Questo permette di rilevare prima usura dei cuscinetti, squilibrio, disallineamento, giochi meccanici, problemi al riduttore e altre irregolarità nei sistemi di azionamento.

Per uno stabilimento produttivo significa passare dalla gestione delle emergenze a una manutenzione pianificata. Invece di fermare la linea dopo un guasto improvviso, è possibile pianificare diagnostica, riparazione, rigenerazione o modernizzazione in un momento controllato.

Se vuoi ridurre il rischio di guasti dei motori elettrici, verificare lo stato degli azionamenti o pianificare la diagnostica delle macchine nello stabilimento, contatta RGB Elektronika. Ti aiuteremo a scegliere il giusto ambito diagnostico, valutare i sintomi e indicare ulteriori azioni di service.

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