Ispezione rapida e manutenzione dei servomotori Yaskawa SGM e SGMAH negli stabilimenti industriali

L’ispezione rapida dei servomotori Yaskawa SGM e SGMAH dovrebbe comprendere il controllo dei cuscinetti, dell’albero, delle guarnizioni, degli avvolgimenti, dei cavi di potenza, dei cavi dell’encoder e del sistema di retroazione. Ciò consente di rilevare l’usura progressiva prima che provochi una perdita di precisione di posizionamento, un allarme del servoazionamento o l’arresto di un asse della macchina. Nei motori dotati di encoder assoluto è inoltre necessario controllare la batteria che mantiene in memoria i dati di posizione.

I servomotori Yaskawa Sigma e Sigma II operano in sistemi di azionamento rapidi e precisi, pertanto anche un lieve gioco dei cuscinetti, il deterioramento dell’isolamento o le interferenze del segnale dell’encoder possono influire sul funzionamento dell’intera macchina. La regolare manutenzione dei servomotori Yaskawa contribuisce a ridurre il rischio di costosi fermi macchina, danni alla meccanica dell’asse e perdita di qualità del prodotto realizzato.

L’ambito di base dell’ispezione dovrebbe comprendere:

• la valutazione della rumorosità, delle vibrazioni e della temperatura di esercizio,
• il controllo dei cuscinetti e dell’eccentricità dell’albero,
• la verifica delle guarnizioni e delle tracce di infiltrazione del liquido refrigerante,
• la misurazione della resistenza di isolamento degli avvolgimenti,
• la verifica dei cavi di alimentazione e di segnale,
• la diagnostica dell’encoder incrementale o assoluto,
• l’analisi degli allarmi e dei parametri del servoazionamento collegato,
• il test del servomotore in condizioni controllate.

Non aspettare che una lieve usura arresti l’intera macchina. Affida il servomotore Yaskawa a un’ispezione rapida e individua il guasto prima che provochi un’avaria dell’asse, del servoazionamento o un costoso fermo della produzione.

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Quali sono le differenze tra i servomotori Yaskawa SGM e SGMAH?

Yaskawa SGM – la prima generazione della serie Sigma

I servomotori Yaskawa SGM appartengono alla prima generazione degli azionamenti Sigma. Sono stati progettati per movimenti di posizionamento rapidi e precisi, soprattutto nelle macchine con una richiesta di coppia bassa o media.

Si tratta di motori sincroni brushless a magneti permanenti, caratterizzati da una bassa inerzia del rotore e da una rapida risposta alle variazioni del valore di riferimento. Nella maggior parte dei casi funzionano con i servoazionamenti Yaskawa SGDA o SGDB dedicati.

A seconda della versione, i motori SGM sono predisposti per un’alimentazione monofase da 100 V AC oppure monofase e trifase da 200 V AC. La loro gamma tipica di potenza nominale è compresa tra 30 W e 750 W, mentre la velocità nominale raggiunge generalmente 3.000 giri/min.

La retroazione nella serie Sigma I viene solitamente realizzata tramite:

• un encoder incrementale con una risoluzione di 2.048 impulsi per giro,
• un encoder assoluto con una risoluzione di 1.024 impulsi per giro.

Questi parametri erano sufficienti per i sistemi di automazione meno recenti. Tuttavia, con l’usura meccanica, il deterioramento dei cavi o l’invecchiamento dei componenti dell’encoder possono comparire problemi di precisione di posizionamento e stabilità dell’asse.

Yaskawa SGMAH – evoluzione della serie Sigma II

Yaskawa SGMAH rappresenta la generazione successiva di servomotori appartenenti alla famiglia Sigma II. La struttura è stata sviluppata per migliorare la dinamica, le caratteristiche termiche, la coppia di picco e la precisione della retroazione.

I motori SGMAH funzionano principalmente con i servoazionamenti SGDH e con gli azionamenti universali XtraDrive. A seconda della variante, sono disponibili in versioni predisposte per un’alimentazione da 100 V AC, 200 V AC o 400 V AC.

Per le versioni a bassa tensione, la gamma di potenza è generalmente compresa tra 30 W e 750 W. Nelle versioni da 400 V AC sono diffuse, tra le altre, varianti da 300 W e 650 W. Come nella serie SGM, la velocità nominale è generalmente pari a 3.000 giri/min.

Una modifica significativa rispetto alla generazione precedente è la maggiore risoluzione del sistema di retroazione. I servomotori SGMAH possono essere dotati di:

• un encoder incrementale a 13 bit con una risoluzione di 8.192 impulsi per giro,
• un encoder incrementale o assoluto a 16 bit con una risoluzione di 65.536 impulsi per giro.

La maggiore risoluzione migliora la fluidità del movimento, la precisione della regolazione e la capacità del sistema di rilevare piccole variazioni di posizione. Allo stesso tempo, aumenta l’importanza di una corretta diagnostica dei cavi di segnale, dei connettori e dell’encoder stesso.

Perché le differenze tra le serie sono importanti durante l’ispezione?

L’ispezione Yaskawa Sigma e l’ispezione Yaskawa Sigma II si basano su principi meccanici simili, ma richiedono di considerare le differenze nei sistemi di retroazione, nell’alimentazione e nei servoazionamenti collegati.

Nei modelli SGM meno recenti, la disponibilità limitata dei ricambi originali, l’usura dei cavi utilizzati per molti anni e gli interventi precedenti non documentati possono costituire un problema. Nei motori SGMAH è invece particolarmente importante la corretta gestione dell’encoder ad alta risoluzione. Uno smontaggio errato, lo spostamento dell’elemento di misura o l’utilizzo di una procedura di montaggio inadeguata possono impedire il corretto avviamento del motore.

Per questo motivo, la sostituzione dei cuscinetti non dovrebbe limitarsi allo smontaggio meccanico del dispositivo e all’installazione di nuovi componenti. Dopo la riparazione è necessario verificare la geometria del sistema, la correttezza del segnale dell’encoder e il comportamento del servomotore durante una prova dinamica.

Quali sintomi indicano l’usura del servomotore?

I primi sintomi di problemi al servomotore possono essere difficili da notare, poiché l’azionamento continua a eseguire i movimenti e il servoazionamento non segnala sempre immediatamente un allarme. Il reparto manutenzione dovrebbe intervenire soprattutto quando compaiono:

• funzionamento più rumoroso o rumore metallico – possibile usura dei cuscinetti,
• vibrazioni dell’albero o dell’intero asse – gioco dei cuscinetti, disallineamento o danni ai componenti meccanici,
• aumento della temperatura dell’alloggiamento – sovraccarico, maggiore resistenza al movimento, raffreddamento insufficiente o problema agli avvolgimenti,
• posizionamento instabile – problema dell’encoder, del cavo di segnale o della meccanica dell’asse,
• allarmi intermittenti dell’encoder – interferenze del segnale, connettore danneggiato, cavo interrotto o guasto del sistema di retroazione,
• perdita della posizione assoluta – batteria scarica, interruzione del circuito di mantenimento o problema dell’encoder assoluto,
• aumento della corrente durante il movimento – maggiore resistenza meccanica, sovraccarico o progressivo danneggiamento degli avvolgimenti,
• tracce di olio o liquido refrigerante – guarnizione dell’albero danneggiata e rischio di contaminazione dell’interno del motore,
• errori di inseguimento ricorrenti – retroazione inefficiente, gioco meccanico o funzionamento non corretto dell’azionamento.

Continuare a utilizzare un servomotore con questi sintomi può causare non soltanto il danneggiamento del motore stesso. Un asse instabile può provocare errori di lavorazione, scarti qualitativi, collisioni meccaniche, sovraccarico del servoazionamento e arresto dell’intera linea.

Se un Yaskawa SGM o SGMAH funziona più rumorosamente, si surriscalda o perde precisione, è consigliabile affidare il dispositivo alla diagnostica prima che si verifichi un guasto permanente. Un intervento tempestivo consente spesso di limitare la riparazione ai cuscinetti, alle guarnizioni, ai cavi o alla manutenzione del sistema di retroazione.

Come eseguire un’ispezione rapida e la manutenzione di un servomotore Yaskawa?

Cosa occorre controllare prima di iniziare la diagnostica?

Prima di smontare il servomotore è necessario raccogliere le informazioni che consentano di ricostruire le condizioni in cui si verifica il problema. La semplice informazione che il motore “non funziona” generalmente non è sufficiente per individuare rapidamente la causa del guasto.

È consigliabile annotare:

• la sigla completa del servomotore e del servoazionamento,
• il codice di allarme visualizzato da SGDA, SGDB, SGDH o XtraDrive,
• il momento in cui si verifica l’errore,
• il carico dell’asse al momento del guasto,
• la temperatura del motore e le condizioni ambientali,
• le informazioni relative alle riparazioni precedenti,
• le modifiche dei parametri dell’azionamento o della meccanica della macchina,
• la frequenza con cui si verifica il problema.

Se possibile, è necessario eseguire il backup dei parametri del servoazionamento e della cronologia degli allarmi. Ciò facilita la distinzione tra un guasto del motore e un problema dell’azionamento, del PLC, del cavo, della meccanica dell’asse o dell’alimentazione e semplifica la successiva parametrizzazione.

Tutti gli interventi sull’azionamento devono essere eseguiti dopo l’arresto sicuro della macchina, la disconnessione delle fonti di energia e l’applicazione delle procedure vigenti nello stabilimento. È necessario prestare particolare attenzione quando si interviene sui circuiti DC del servoazionamento, nei quali la tensione può permanere anche dopo la disconnessione dell’alimentazione.

Come valutare lo stato dei cuscinetti e dei componenti meccanici?

I cuscinetti sono tra i principali componenti soggetti a usura nei servomotori Yaskawa SGM e SGMAH. La loro durata indicativa può essere di circa 20.000 – 30.000 ore di funzionamento, ma la durata effettiva dipende, tra l’altro, da:

• carico radiale e assiale dell’albero,
• velocità di rotazione,
• temperatura di esercizio,
• qualità del montaggio del giunto, del riduttore o della vite di azionamento,
• disallineamento del sistema,
• vibrazioni della macchina,
• contaminazione e umidità dell’ambiente.

Durante l’ispezione è necessario valutare il livello di rumorosità dei cuscinetti, il gioco, la fluidità di rotazione dell’albero, l’eccentricità radiale e lo stato delle superfici di montaggio. Il centro di assistenza può inoltre utilizzare l’analisi delle vibrazioni e confrontare i risultati con misurazioni di riferimento.

Un cuscinetto che funziona in modo anomalo può influire sulla lettura dell’encoder, aumentare la corrente del motore e provocare surriscaldamento. Nei casi estremi, i componenti rotanti possono entrare in contatto con lo statore, causando danni all’albero o la distruzione del sistema di retroazione.

La sostituzione dei cuscinetti deve essere eseguita adottando la corretta tecnologia di smontaggio e montaggio. Non è consentito trasferire la forza di montaggio attraverso gli elementi volventi né colpire l’albero, poiché ciò può provocare microdanneggiamenti e ridurre la durata dei nuovi componenti.

Perché è necessario controllare le guarnizioni dell’albero?

Lo stato delle guarnizioni è particolarmente importante nelle macchine utensili CNC, nelle macchine che utilizzano liquidi refrigeranti, negli impianti alimentari e nei dispositivi che operano in ambienti molto polverosi. Una guarnizione danneggiata consente a liquidi o polvere di penetrare all’interno del servomotore.

Le conseguenze possono comprendere:

• riduzione della resistenza di isolamento,
• corrosione dei componenti meccanici,
• danneggiamento degli avvolgimenti dello statore,
• contaminazione del disco, dell’ottica e dell’elettronica dell’encoder,
• interferenze del segnale di retroazione,
• formazione di un cortocircuito e danneggiamento del servoazionamento.

Le tracce di liquido refrigerante sull’albero o sull’alloggiamento non devono essere considerate esclusivamente un problema estetico. Indicano che è necessario controllare la tenuta del motore e il metodo di protezione dell’asse da ulteriori infiltrazioni.

Come controllare l’isolamento degli avvolgimenti e i cavi?

La diagnostica elettrica dovrebbe comprendere il controllo degli avvolgimenti dello statore e dei cavi che collegano il servomotore all’azionamento. La misurazione della resistenza di isolamento consente di valutare se si sono verificati infiltrazioni di umidità, contaminazione o deterioramento dei materiali isolanti.

Durante le prove è necessario ricordare che l’encoder e l’elettronica di segnale non devono essere esposti alla tensione di prova destinata al controllo degli avvolgimenti. Prima della misurazione, i circuiti devono essere correttamente scollegati in conformità alla documentazione del dispositivo e alla procedura di assistenza applicabile.

Il controllo elettrico può comprendere:

• la misurazione della resistenza di isolamento degli avvolgimenti rispetto all’alloggiamento,
• il confronto della resistenza delle singole fasi,
• il controllo della continuità del conduttore di protezione,
• l’ispezione visiva dei contatti e dei connettori,
• la verifica dei cavi per individuare rotture, abrasioni e corrosione,
• la verifica della schermatura del cavo dell’encoder,
• il controllo dei collegamenti nel quadro elettrico.

I cavi installati nelle catene portacavi sono sottoposti a flessioni ripetute. Il danneggiamento di un conduttore può avere carattere intermittente: il motore funziona correttamente in una posizione dell’asse, mentre in un’altra segnala un errore dell’encoder o perde coppia. Per questo motivo, il semplice controllo della continuità del cavo in posizione statica non consente sempre di rilevare il guasto.

Come diagnosticare l’encoder nei motori Yaskawa SGM e SGMAH?

L’encoder trasmette al servoazionamento le informazioni sulla posizione e sulla velocità del rotore. Il suo segnale costituisce la base del funzionamento dell’anello di regolazione, pertanto un guasto del sistema di retroazione può provocare movimenti improvvisi, instabilità, errori di posizionamento o l’impossibilità di avviare l’asse.

Durante la diagnostica è necessario controllare:

• lo stato del connettore dell’encoder,
• la continuità e la schermatura del cavo,
• la qualità e la stabilità dei segnali,
• il fissaggio meccanico dell’elemento di misura,
• le tracce di olio, liquido refrigerante o polvere,
• la compatibilità dell’encoder con il servoazionamento,
• gli allarmi registrati dall’azionamento.

Nei motori SGMAH dotati di encoder ad alta risoluzione è particolarmente importante mantenere la corretta relazione tra la posizione del rotore e il segnale di retroazione. Una modifica non autorizzata della regolazione dell’encoder può provocare una commutazione errata e impedire l’avviamento sicuro del motore.

Sostituzione della batteria dell’encoder assoluto

Nei modelli che utilizzano un encoder assoluto, la batteria mantiene le informazioni di posizione quando l’alimentazione principale della macchina è disattivata. Una batteria scarica può provocare la perdita delle coordinate e rendere necessario un nuovo referenziamento dell’asse.

La sostituzione della batteria deve essere eseguita in conformità alle istruzioni del produttore e alla procedura prevista per il sistema specifico. In molte configurazioni il circuito di controllo deve rimanere alimentato durante la sostituzione, per evitare la perdita dei dati di posizione. L’operazione deve essere eseguita da una persona autorizzata, nel rispetto delle norme di sicurezza e senza intervenire sui circuiti di potenza.

Non bisogna attendere che la batteria si scarichi completamente. L’avviso generato dal servoazionamento deve essere considerato un segnale per pianificare la sostituzione durante il successivo fermo tecnico.

Come dovrebbe svolgersi il test dinamico del servomotore?

L’ispezione visiva e le misurazioni statiche non consentono sempre di rilevare un problema che si manifesta soltanto a una determinata velocità o sotto un determinato carico. Per questo motivo, un’ispezione professionale dei servomotori dovrebbe concludersi con un test dinamico.

Durante il test è possibile controllare:

• la fluidità dell’avviamento,
• la stabilità di funzionamento a diverse velocità,
• il valore della corrente assorbita,
• la temperatura dell’alloggiamento,
• il livello di vibrazioni e rumorosità,
• la risposta alle variazioni del valore di riferimento,
• la correttezza del segnale di retroazione,
• la ripetibilità del posizionamento,
• il comportamento del motore durante la frenata e le inversioni di marcia.

Il test deve essere eseguito con un servoazionamento compatibile e con parametri corrispondenti al modello esaminato. Ciò consente di verificare non soltanto lo stato meccanico del motore, ma anche la collaborazione tra encoder, avvolgimenti ed elettronica dell’azionamento.

Con quale frequenza deve essere eseguita la manutenzione dei servomotori?

Non esiste un unico intervallo universale adatto a tutte le macchine. La frequenza delle ispezioni deve essere adattata al carico, al numero di cicli, alla temperatura, alle condizioni ambientali e all’importanza dell’asse nel processo produttivo.

In pratica, sono consigliati intervalli più brevi tra i controlli quando il servomotore:

• funziona 24 ore su 24,
• esegue frequenti inversioni e rapide accelerazioni,
• è sottoposto a carichi radiali o assiali,
• si trova in prossimità di liquido refrigerante, olio o polvere,
• funziona a temperatura elevata,
• aziona un asse critico della macchina,
• non dispone di un dispositivo di ricambio.

È buona pratica combinare la manutenzione programmata dei servomotori con il monitoraggio delle tendenze. È consigliabile registrare temperatura, vibrazioni, corrente di esercizio e allarmi. La variazione dei valori nel tempo è spesso più utile di una singola misurazione effettuata senza dati comparativi.

Quando l’ispezione non è sufficiente ed è necessaria una riparazione?

La manutenzione di base non elimina il guasto se il dispositivo ha già subito danni meccanici o elettrici. La riparazione del servomotore può essere necessaria quando vengono rilevati:

• gioco eccessivo o danneggiamento dei cuscinetti,
• usura della superficie dell’albero,
• perdita di tenuta e infiltrazione di liquidi all’interno,
• riduzione della resistenza di isolamento,
• cortocircuito o interruzione dell’avvolgimento,
• encoder danneggiato,
• connettori o cavi danneggiati,
• freno non funzionante, se presente nella specifica versione,
• eccentricità non corretta dell’albero,
• corrosione o danneggiamento dei componenti dell’alloggiamento.

Rimandare la riparazione può aumentarne il costo. Ad esempio, continuare a utilizzare il motore con cuscinetti usurati può danneggiare l’albero, l’alloggiamento o l’encoder. L’avviamento di un motore con una resistenza di isolamento ridotta aumenta invece il rischio di danneggiare il modulo di potenza del servoazionamento.

Quali interventi possono essere eseguiti durante la rigenerazione?

L’ambito della rigenerazione dipende dalla struttura del modello specifico e dai risultati della diagnostica. Può comprendere:

• la sostituzione dei cuscinetti ad alta velocità,
• la sostituzione delle guarnizioni,
• la pulizia dell’interno del motore,
• la riparazione o la sostituzione di cavi e connettori,
• la riparazione del sistema di retroazione,
• il controllo e la regolazione dell’encoder,
• la riparazione del freno,
• il ripristino delle superfici meccaniche,
• la riparazione o il rifacimento degli avvolgimenti,
• la protezione anticorrosione,
• i test elettrici e dinamici dopo l’intervento.

Dopo la rigenerazione, il servomotore deve essere verificato in termini di correnti di fase, temperatura, vibrazioni, qualità del segnale dell’encoder e stabilità di funzionamento con un servoazionamento compatibile.

Riparazione, sostituzione o ammodernamento del servoazionamento?

La decisione deve tenere conto dello stato tecnico del motore, della disponibilità dei ricambi, del tempo di fermo, della possibilità di ripristinare i parametri e del costo di adattamento di un nuovo dispositivo alla macchina esistente.

La riparazione o la rigenerazione è generalmente giustificata quando:

• la meccanica della macchina è adattata a un modello specifico,
• la sostituzione richiederebbe una modifica del fissaggio o del giunto,
• il programma PLC e i parametri del servoazionamento sono associati all’azionamento meno recente,
• il danno riguarda componenti sostituibili,
• è importante ripristinare rapidamente la produzione.

La sostituzione o l’ammodernamento può essere una soluzione migliore quando:

• il motore è gravemente danneggiato,
• i ricambi non sono disponibili,
• anche il servoazionamento deve essere sostituito,
• la macchina deve essere adattata a nuove esigenze produttive,
• è necessario migliorare i parametri di movimento o la comunicazione industriale.

L’ammodernamento non dovrebbe limitarsi alla scelta di un motore con una potenza simile. È necessario considerare la coppia nominale e di picco, la velocità, l’inerzia, le dimensioni della flangia, il diametro dell’albero, il freno, l’encoder, la tensione di alimentazione, la compatibilità del servoazionamento e il metodo di controllo tramite PLC o controllore di movimento.

In che modo la manutenzione rapida riduce i costi dei fermi macchina?

Il costo della riparazione del servomotore è soltanto uno degli elementi che influenzano la decisione del reparto manutenzione. Il costo della produzione persa, degli ordini non evasi, degli scarti qualitativi e del lavoro del personale in modalità di emergenza può avere un’importanza molto maggiore.

La manutenzione rapida dei servomotori consente di:

• rilevare l’usura prima dell’arresto della macchina,
• pianificare la riparazione durante un fermo tecnico,
• ridurre il rischio di danneggiamento del servoazionamento,
• preparare un dispositivo di ricambio,
• decidere in anticipo se effettuare una riparazione o un ammodernamento,
• ridurre il rischio di collisione meccanica dell’asse.

Per le macchine critiche è consigliabile disporre di un servomotore di ricambio funzionante o almeno di una fonte verificata per un dispositivo sostitutivo. Il semplice fatto che un motore usato si trovi in magazzino non significa che sia pronto per l’uso immediato. Prima di conservarlo come ricambio di emergenza è necessario eseguire la diagnostica e i test.

Dove richiedere un’ispezione rapida dei servomotori Yaskawa?

L’ispezione Yaskawa Sigma e la manutenzione Yaskawa Sigma II devono essere eseguite da un centro di assistenza in grado di verificare sia la parte meccanica sia quella elettrica e il sistema di retroazione. La semplice sostituzione dei cuscinetti senza il controllo dell’encoder e senza una prova dinamica non fornisce informazioni complete sullo stato del dispositivo.

RGB Elektronika esegue la diagnostica, la riparazione, l’assistenza e la rigenerazione dei dispositivi di automazione industriale, inclusi i servomotori Yaskawa SGM e SGMAH. Il servizio può comprendere la valutazione dei cuscinetti, degli avvolgimenti, dell’encoder, del freno, dei cavi, delle guarnizioni e degli altri componenti che influenzano il funzionamento dell’asse.

A seconda del risultato della diagnostica è possibile eseguire la riparazione o la rigenerazione, selezionare un dispositivo sostitutivo oppure preparare una soluzione di ammodernamento. L’azienda si occupa inoltre dell’acquisto di dispositivi di automazione danneggiati, una possibile soluzione per le unità non più destinate all’utilizzo.

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