Condition Monitoring

TUTTO IN UN MODULO Come contenere drasticamente i costi di manutenzione e massimizzare la produttività? B&R suggerisce di utilizzare strategie predittive basate sul monitoraggio permanente delle condizioni dell’impianto. Una funzione, questa, totalmente integrata nei suoi sistemi di controllo tradizionali.

Gli sforzi di sviluppo degli ingegneri meccanici stanno dando i loro frutti: basti pensare all’aumento di potenza e di complessità funzionale delle macchine. A parità di quantità e complessità dei prodotti sono necessarie meno macchine, il che riduce i costi operativi e rende la produzione delle macchine più competitiva. D'altro canto, la maggiore efficienza rende i produttori più dipendenti dalle singole macchine: la capacità di produrre più unità all'ora significa che ogni ora di inattività è più costosa. E chi ha lavorato a bordo macchina sa che i tempi di inattività non possono mai essere completamente evitati…

Ripensare la strategia di manutenzione
Le strategie di manutenzione tradizionali hanno una cosa in comune: ogni punto percentuale ulteriore di disponibilità della macchina ha un prezzo molto elevato.
Questo è vero in particolar modo per una manutenzione reattiva, che si limita a riparare i danni, dove i componenti di sistema si usano fino al limite e vengono sostituiti solo quando falliscono. L'unico modo per massimizzare la disponibilità della macchina in questo scenario è di mantenere a magazzino un numero adeguato di pezzi di ricambio e di disporre sempre di personale qualificato e delle attrezzature necessarie.
La strategia tradizionalmente più diffusa, tuttavia, è la manutenzione preventiva a intervalli fissi, decisi sulla base dell'esperienza. Sebbene questo approccio abbia il vantaggio di rendere i tempi di inattività per la manutenzione più pianificabili, non è certo una soluzione ottimale e comporta una notevole esposizione finanziaria. Oltre all’acquisto e stoccaggio del materiale, tale strategia implica la sostituzione di parti ancora in buono stato. A peggiorare le cose, non c’è comunque garanzia che una parte non si guasti prima del prossimo intervento di routine e, in questo caso, i tempi di inattività della macchina non sono pianificati, come nella strategia reattiva.
La riduzione al minimo dei tempi di inattività - per quanto possibile - e la creazione di un piano strategico per gli interventi di manutenzione che non possono essere evitati; questi sono gli obiettivi di ogni responsabile che, al momento di valutare l’acquisto di nuove macchine, non guarda solo al prezzo, ma anche alle spese complessive durante tutto il ciclo di vita.

Interpretare i dati è più facile (… che indovinare)
L'unico modo per incidere in modo significativo sul “costo totale di possesso” (TCO) è massimizzare i tempi di attività della macchina, riducendo al minimo i costi di manutenzione.
Per ottimizzare il rapporto disponibilità macchina/costo di manutenzione è quello di sostituire gli intervalli di manutenzione fissati con interventi di manutenzione predittiva dipendenti dalle condizioni della macchina.
Si tratta in pratica di programmare la manutenzione quando i parametri monitorati variano, indicando un guasto imminente. Il vantaggio di questo metodo è che i componenti possono continuare a lavorare fino alla fine effettiva della loro vita utile… in genere ben oltre l'intervallo di manutenzione conservativa stimato.
Per fare questo non è tuttavia necessario sacrificare la pianificazione, poiché l’intervento richiesto può essere effettuato durante le regolari pause previste opportunamente in produzione. Il magazzino dei pezzi di ricambio è ridotto al minimo, dato che solo i componenti incriminati devono essere sostituiti. Questo è anche un modo per evitare guasti derivanti da una manutenzione non curata.
Chiaramente, perché tutto questo sia possibile, i parametri strategici della macchina devono essere monitorati costantemente, e questi dati devono essere valutati correttamente per determinare quali parti necessitano di manutenzione.
«La valutazione di quali parti vadano manutenute può essere basata su segnali semplici e valori di misura come la temperatura o la pressione, raccolte utilizzando moduli di I/O come gli X20 o gli X67» spiega Bernhard Eder, business manager di B&R. «Inoltre si può pensare di utilizzare anche moduli specializzati, come quelli offerti da B&R per il controllo valvole, con rilevamento integrato del tempo di commutazione, oppure moduli con funzioni di oscilloscopio».
Molte altre opzioni per il rilevamento e l’elaborazione dei segnali di condition monitoring sono integrate nei sistemi di automazione B&R. Questi includono, ad esempio, gli azionamenti ACOPOS con monitoraggio del motore integrato, così come gli Automation PC, tutti dotati di un circuito integrato per l'auto-diagnostica. L'ultima aggiunta a questa selezione è un nuovo modulo della serie X20 per l'analisi delle vibrazioni.
«La tecnologia del sensore utilizzato per ottenere i segnali è fondamentale, ma i sensori da soli non bastano» spiega Werner Paulin, tecnico con anni di esperienza applicativa internazionale e attualmente direttore vendite per la Cina in B&R. «La chiave per programmare gli intervalli di manutenzione per la sostituzione dei componenti al momento giusto (non troppo presto e non dopo che si rompono) è la corretta interpretazione dei segnali registrati. Questo è l'unico modo per prevedere i problemi con precisione e prendere decisioni con la produzione in corsa».

Una caratteristica opzionale diventa standard
Qual è il motivo per cui il monitoraggio delle condizioni di macchina - su cui in realtà si discute da decenni - ha impiegato tanto tempo a prendere piede nella produzione di macchinari tradizionali?
Le complesse operazioni matematiche coinvolte rendevano necessari potenti e costosi sistemi di elaborazione dedicati, che dovevano essere programmati da esperti in scienze dei materiali e meccanica delle vibrazioni.
Per questo motivo, il monitoraggio delle condizioni è rimasto a lungo relegato a quei sistemi il cui cedimento avrebbe comportato costi enormi.
Il deciso aumento della scala di integrazione dei componenti microelettronici ha di fatto eliminato la necessità di costose soluzioni esterne. Il modulo di ingresso analogico X20AI2636 di B&R, per esempio, viene fornito di serie con funzioni essenziali come un comparatore con isteresi. Il modulo di monitoraggio delle condizioni X20CM4810 converte i segnali letti dai sensori di accelerazione in più di 70 valori specifici. Questo permette anche di monitorare schemi di oscillazione complessi su un singolo canale.
I fattori da monitorare possono essere configurati facilmente in Automation Studio, senza richiedere la conoscenza di complesse funzioni matematiche. In esecuzione, i valori significativi vengono inviati alla CPU di sistema attraverso una connessione POWERLINK e possono quindi essere utilizzati direttamente nel software applicativo. Per la prima volta, i costruttori di macchine sono in grado di offrire il monitoraggio delle condizioni non come opzione premium, ma come una caratteristica completamente integrata e standard.

Tutto organizzato è meglio
L’operatività generale beneficia dell’integrazione del condition monitoring con i sistemi di gestione interna della società. Ad esempio, quando la macchina rileva la necessità di manutenzione, si può attivare automaticamente un promemoria per il reparto di manutenzione o acquisti per le parti di ricambio. Questo garantisce il tempismo degli ordini e la riduzione del magazzino, pur assicurando la presenza dei ricambi necessari quando servono.
Ma la manutenzione non è l'unico ambito che beneficia dei dati sullo stato del sistema, che possono anche essere inseriti nel software di automazione per offrire funzionalità aggiuntive. Questo permette di regolare la velocità, riducendola in modo da estendere il più possibile il tempo tra una riparazione e l’altra, o aumentandola - nel limite evidenziato dalle misurazioni stesse - per compensare eventuali ritardi. Questo tipo di funzionamento adattativo può ulteriormente contribuire all’incremento della disponibilità e della durata - che alla fine si traduce nell’utilizzo più efficiente delle risorse e in costi unitari più bassi.
«Con strategie manutentive tradizionali si paga un prezzo davvero alto per raggiungere quei pochi punti percentuali in più di disponibilità» conclude Bernhard Eder. «Ma non dev’essere così per forza: quel prezzo può essere drasticamente ridotto utilizzando strategie predittive basate su un monitoraggio permanente delle condizioni dell’impianto». 

DAI MODULI OSCILLOSCOPIO ALL’AZIONAMENTO DOTATO DI SENSORE…
… dal chip di monitoraggio interno a ogni PC industriale ai moduli di analisi delle vibrazioni con intelligenza integrata, B&R offre tutte le possibilità per avere il polso sullo stato della macchina senza richiedere unità esterne dedicate.
Le funzioni di Condition Monitoring sono già parte integrante di ogni sistema di automazione B&R e, di conseguenza, sono già disponibili in ogni macchina.
La manutenzione predittiva, basata sul monitoraggio costante delle condizioni della macchina, consente di evitare tempi di inattività non pianificati e riduce i costi di stoccaggio di pezzi di ricambio. Utilizzando le misurazioni fatte come dato di ingresso per i cicli di controllo (in anello aperto o chiuso) la vita utile di una macchina può aumentare in modo significativo e i costi possono essere sostanzialmente ridotti.