Manutenzione predittiva con drives intelligenti

Vista aerea di Nordhavn a Copenaghen, con un segnale di monitoraggio predittivo in cima a diversi edifici

I drives sono più che semplici dispositivi di potenza

Grazie alla capacità di agire come sensori e hub di sensori, di elaborare, memorizzare e analizzare i dati e alle capacità di connettività, i drives sono elementi essenziali nei moderni impianti di automazione e nei sistemi di gestione di edifici (BMS). La funzionalità integrata di monitoraggio predittivo consente nuove modalità di esecuzione della manutenzione, come la manutenzione predittiva.

Evoluzione dei sistemi di automazione industriale

Nel passaggio all'attuale millennio, abbiamo assistito a un profondo cambiamento nella tecnologia, che ha portato a un modo completamente nuovo di lavorare, in modo digitale. Questa è la quarta rivoluzione industriale.
La prima rivoluzione industriale, avvenuta nel corso del XVIII e XIX secolo, è stata una rivoluzione meccanica, innescata dall'invenzione della macchina a vapore.
Alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo, la seconda rivoluzione industriale si è sviluppata con l'adozione della produzione di massa, dell'elettrificazione e dei cambiamenti nelle comunicazioni. È stata l'era della rivoluzione elettrica. Più tardi, nel XX secolo, la terza rivoluzione industriale ha portato progressi nei semiconduttori, nell'informatica, nell'automazione e in Internet. Questa fase è nota anche come Rivoluzione Digitale.

La quarta rivoluzione industriale è nata dalla connessione in rete di computer, persone e dispositivi alimentati da dati e machine learning.
Sebbene il termine "Industria 4.0" sia abbastanza vago, una possibile definizione descrive il collegamento in rete intelligente di persone, dispositivi e sistemi sfruttando tutte le possibilità della digitalizzazione lungo l'intera catena del valore.

Industry 4.0

Tendenze dell'Industria 4.0 nei sistemi di automazione

L'impatto dell'Industria 4.0 sui sistemi motore e sui sistemi di gestione di edifici è una migrazione dalla "piramide dell'automazione" ai "sistemi in rete". Ciò significa che i vari elementi del sistema, come motori, azionamenti, sensori e controlli, sono interconnessi e collegati a un cloud - dove i dati vengono archiviati, elaborati, analizzati e dove vengono prese le decisioni.

In una rete di automazione, la quantità di dati è importante. Poiché i dati sono prodotti principalmente da sensori, il loro numero nei moderni sistemi di automazione è in aumento. Motori e macchine – come ventilatori, pompe e trasportatori – non sono i partecipanti più ovvi in una rete di dati. I sensori sono quindi necessari per raccogliere dati da queste macchine. I sensori sono connessi alla rete di dati utilizzando vari sistemi. Durante l'introduzione di un sistema avanzato di monitoraggio delle condizioni, il costo aggiuntivo dei sensori e della connettività è spesso considerato un ostacolo.

I moderni inverter a velocità variabile aprono nuove opportunità nella rete di automazione Industria 4.0 e nei sistemi di gestione di edifici. Tradizionalmente, i drives venivano considerati processori di potenza per il controllo della velocità del motore, del ventilatore, del trasportatore e/o della pompa. Oggi, anche gli inverter fanno parte della catena dell'informazionesfruttando il vantaggio della potenza di elaborazione, della capacità di memorizzazione e dell'interfaccia di comunicazione integrate nel convertitore di frequenza.

Guarda il video per vedere una dimostrazione dei tre passaggi di implementazione CBM: 1. Stabilire una baseline, 2. Definire le soglie, 3. Eseguire il monitoraggio.

Per saperne di più, consulta il white paper e il video CBM

Oggi i drives sono molto più che semplici processori di potenza. Grazie alla capacità di agire come sensori e hub di sensori, elaborare, memorizzare e analizzare i dati, insieme alle capacità di connettività, sono diventati elementi vitali nei moderni sistemi di automazione .

I convertitori di frequenza sono spesso già presenti nelle installazioni automatizzate e rappresentano quindi un'ottima occasione per passare all'Industria 4.0.

Questo consente nuovi modi di eseguire la manutenzione, come la manutenzione predittiva. La funzionalità è già disponibile in alcuni inverter, e i primi utilizzatori hanno già iniziato a utilizzare il convertitore di frequenza come sensore.

Guarda il video Scarica il white paper CBM

Monitoraggio dell'acqua e delle acque reflue

Nelle applicazioni idriche e di trattamento delle acque reflue, l'implementazione di un sistema di monitoraggio delle condizioni, integrato nei drives, ottimizza le prestazioni complessive.
E con l'edge computing, non è necessario connettersi al cloud.

Scopri di più sul CBM nel settore acqua

Intelligenza integrata

Cos'è un inverter intelligente?

Nella rete dell'Industria 4.0, l'inverter svolge un ruolo importante ed è caratterizzato da alcune funzioni caratteristiche:

Connettività sicura: il convertitore di frequenza può essere collegato ad altri elementi in modo sicuro. Altri elementi della rete possono includere inverter, PLC, sensori e un cloud.
Il convertitore di frequenza agisce da sensore: i drives utilizzano l'analisi della corrente motore e della tensione motore per rilevare le prestazioni del motore e dell'applicazione.
Il convertitore di frequenza agisce da hub per i sensori: il convertitore di frequenza acquisisce dati da sensori esterni relativi al processo controllato dal convertitore stesso.
Il convertitore di frequenza agisce da controllore: il drive può sostituire il PLC quando le limitazioni dell'applicazione lo consentono.
Porta il concept del tuo dispositivo: connettività wireless con dispositivi intelligenti (smartphone, tablet).

Intelligent VLT AQUA Drive FC 202 from Danfoss

Le informazioni provenienti dall'inverter possono essere identificate come segue:

Segnali istantanei: segnali misurati direttamente dal drive utilizzando sensori integrati. Dati come la corrente motore, la tensione, la temperatura del drive e le loro derivate, ovvero la potenza come moltiplicazione della corrente e della tensione, o la coppia motore. Inoltre, il drive può essere utilizzato come hub per collegare sensori esterni che forniscono segnali istantanei.
Segnali elaborati: segnali derivati dai segnali istantanei. Ad esempio, la distribuzione statistica (valori massimi, minimi, media e deviazione standard), l'analisi del dominio di frequenza o gli indicatori del profilo di missione.
Segnali analitici: segnali che forniscono indicazioni sulle condizioni del drive, del motore e dell'applicazione. I segnali vengono utilizzati per attivare la manutenzione o per migliorare la progettazione del sistema.

Le tecniche di analisi della corrente motore permettono al drive di monitorare le condizioni del motore e dell'applicazione. La tecnica consente potenzialmente di eliminare i sensori fisici o di estrarre le prime segnalazioni di guasto che non sarebbe stato possibile rilevare. Ad esempio, l'utilizzo di questa tecnica consente di rilevare in anticipo i guasti di cavitazione e di avvolgimento o l'eccentricità del carico meccanico.

Il concetto del drive come hub per i sensori prevede il collegamento di sensori esterni al convertitore, evitando così la necessità di un gateway per collegare il sensore fisico alla rete di dati.
I sensori di vibrazione, di pressione e di temperatura sono esempi di sensori che possono essere collegati al convertitore di frequenza.
Il vantaggio di questo concetto non è solo legato al costo, ma anche alla possibilità di correlare i dati del sensore con diversi tipi di dati presenti nel convertitore di frequenza. Un esempio ovvio è la correlazione tra il livello di vibrazione di un sensore esterno e la velocità del motore, poiché la vibrazione dipende dalla velocità.

Manutenzione predittiva e altre strategie di manutenzione

Di seguito sono elencati diversi tipi di strategie di manutenzione:

Manutenzione correttiva: dopo un guasto, il prodotto viene sostituito.
Manutenzione preventiva: il prodotto viene sostituito prima che si verifichi un guasto, anche se il prodotto non riceve alcuna comunicazione.
Manutenzione predittiva: il prodotto emette un avviso quando la sua durata effettiva varia rispetto alla durata prevista e vengono indicate le possibili cause principali.
Manutenzione predittiva: il prodotto fornisce un avviso prima che raggiunga le ore di funzionamento previste per avviare l'intervento di manutenzione.

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Perché è necessaria la manutenzione predittiva?

La manutenzione correttiva e quella preventiva sono basate sui guasti (eventi) o sul tempo. Pertanto, la manutenzione viene effettuata in caso di guasti (correttiva) o dopo ore di funzionamento prestabilite (preventiva). Questi tipi di manutenzione non utilizzano feedback provenienti dall'applicazione corrente.

Con l'introduzione dell'Industria 4.0 e la disponibilità dei dati dei sensori, oggi sono possibili tecniche di manutenzione predittiva. Tali strategie di manutenzione utilizzano i dati reali dei sensori per determinare le condizioni delle macchine in servizio (manutenzione predittiva) o per prevedere i guasti futuri (manutenzione preventiva).

Questa curva P-f rappresenta la tipica degradazione delle apparecchiature.

Panoramica e vantaggi della manutenzione predittiva

La manutenzione predittiva è la tecnica di manutenzione più semplice e intuitiva basata sui dati dell'applicazione reale. I dati acquisiti vengono utilizzati per monitorare lo stato dell'attrezzatura in servizio. A tale scopo, i parametri chiave vengono selezionati come indicatori per identificare i guasti in fase di sviluppo. Le condizioni di una macchina generalmente si deteriorano nel tempo. Ciò è illustrato dalla curva P-f che mostra un tipico modello di guasto. Un guasto funzionale si verifica quando l'apparecchiatura non esegue la funzione prevista. La manutenzione predittiva ha lo scopo di individuare i potenziali guasti prima che si verifichino.

Vantaggi della pianficiazione degli interventi di manutenzione

Riduzione dei tempi di fermo
Eliminazione di interruzioni impreviste della produzione
Ottimizzazione della manutenzione
Riduzione delle scorte di ricambi

Il CBM in 3 step

Condition-based monitoring per convertitori di frequenza a velocità variabile

Una parte integrante della manutenzione predittiva prevede il monitoraggio delle condizioni di macchine e impianti.
Nelle applicazioni a velocità variabile, le condizioni dell'applicazione spesso dipendono dalla velocità. Ad esempio, i livelli di vibrazione tendono ad aumentare a velocità più elevate, sebbene questa relazione non sia lineare. Infatti, a determinate velocità possono verificarsi risonanze che scompaiono quando la velocità viene aumentata.

L'utilizzo di un sistema autonomo per monitorare le condizioni di un'applicazione a velocità variabile è complicato dalla necessità di conoscere la velocità e la correlazione tra il valore monitorato e la velocità.

L'utilizzo di inverter per il monitoraggio predittivo ("inverter come sensore" o inverter come hub per i sensori") è una soluzione vantaggiosa, in quanto le informazioni sulla velocità dell'applicazione sono già presenti nel drive.

Inoltre, le informazioni sulla coppia e sull'accelerazione del carico/motore sono prontamente disponibili nel convertitore di frequenza.

Il Condition-based Monitoring in tre step:

1. Stabilisci una baseline per la tua applicazione

Per un sistema di monitoraggio delle condizioni efficiente, il primo passo importante consiste nel determinare e definire le normali condizioni di funzionamento. Stabilire un riferimento significa stabilire la condizione operativa normale per l'applicazione, denominata linea di base. Esistono diversi modi per determinare i valori di riferimento.

Riferimento manuale: quando i valori di riferimento vengono definiti utilizzando l'esperienza precedente, i valori noti vengono programmati nel convertitore di frequenza.

Funzionamento di base: il riferimento può essere determinato durante la messa in funzione. Con questo metodo, viene eseguita una scansione della velocità attraverso l'intervallo di velocità interessato, determinando la condizione in ciascun punto di velocità. Tuttavia, in vari scenari durante la messa in funzioneè possibile che l'applicazione non funzioni a pieno regime o che sia necessario un periodo di rodaggio. In queste situazioni, il funzionamento di base deve essere eseguito dopo il periodo di rodaggio per acquisire uno stato operativo che sia il più vicino possibile al funzionamento normale.

Riferimento online: si tratta di un metodo avanzato che acquisisce i dati di riferimento durante il funzionamento normale. Ciò è utile quando non è possibile eseguire un funzionamento di base, perché l'applicazione non consente l'esplorazione dell'intero intervallo di velocità.

Dopo aver stabilito il riferimento, il passo successivo è quello di generare soglie per avvisi e allarmi. I limiti indicano la condizione dell'applicazione durante la quale l'utente deve essere informato. Esistono vari modi per indicare la condizione dell'apparecchiatura e uno dei più diffusi nel settore è uno stato a semaforo con quattro colori, come descritto nella specifica VDMA 24582 Riferimento neutro del bus di campo per il monitoraggio delle condizioni nell'automazione industriale.

I colori indicano quanto segue:

Verde: indica che il sistema è in buone condizioni e funziona in modo efficiente.
Giallo: indica il livello di Avviso 1 e il superamento del primo livello. Un intervento di manutenzione può essere pianificato dal personale addetto alla manutenzione.
Arancione: Indica l'Avviso 2 o il livello critico e il superamento del secondo livello. Gli interventi di manutenzione devono essere effettuati immediatamente dal personale addetto alla manutenzione.
Rosso: indica un allarme, il macchinario si arresterà ed è necessaria una manutenzione correttiva.

2. Definisci delle soglie per avvisi e allarmi

Per definire i valori soglia vengono utilizzati i seguenti metodi:

Totale: questo è il metodo comune quando i valori della macchina sono già noti. La soglia ha un valore fisso indipendentemente dal valore di riferimento misurato. Ad esempio, quando l'operatore conosce il limite assoluto per l'attrezzatura, viene impostato un valore assoluto per la soglia di allarme. In caso di monitoraggio delle vibrazioni, per la soglia di allarme possono essere utilizzati i valori limite indicati nelle normative, quali ISO 10816/20816 come valore assoluto.
Offset: il metodo di impostazione dei valori soglia richiede la comprensione dell'applicazione e dei valori di riferimento. La soglia dipende dal valore di riferimento rispetto al quale viene scelto un offset definito dall'utente. Il rischio in questo caso è quello di impostare un valore molto basso o alto che porta a falsi positivi. Impostazioni errate possono causare un monitoraggio non reattivo, anche in caso di guasti.
Fattore: questo metodo è più semplice da usare rispetto alla compensazione, perché richiede una minore comprensione dell'applicazione. La soglia dipende dal valore di riferimento che viene moltiplicato per un fattore. Ad esempio, il valore di soglia può essere il 150% del riferimento. Il rischio in questo caso è quello di stabilire una soglia molto alta.

I valori effettivamente monitorati possono essere letti dal convertitore di frequenza tramite LCP, comunicazione bus di campo o IoT. Inoltre, le uscite digitali possono essere configurate per reagire a specifici avvisi e allarmi. Alcuni convertitori di frequenza dispongono di un server web integrato che può essere utilizzato anche per leggere lo stato della condizione.

3. Esegui il monitoraggio

Il monitoraggio viene eseguito con un confronto continuo con i valori. Durante il funzionamento normale, i valori effettivi vengono confrontati con il valore soglia. Quando i parametri monitorati superano un limite per un tempo predefinito, viene attivato un avviso o un allarme. Il timer è configurato per agire come filtro, in modo che i transitori brevi non attivino avvisi e allarmi.

Prodotti in evidenza

Prodotti Danfoss che utilizzano il monitoraggio predittivo

VLT® Refrigeration Drive FC 103

VLT® Refrigeration Drive FC 103 è l'inverter dedicato al controllo di compressori, pompe e ventilatori. Assicura notevoli risparmi energetici negli impianti di refrigerazione.

VLT® HVAC Drive FC 102

Il VLT® HVAC Drive FC102 è l'inverter resistente e intelligente che migliora le applicazioni su pompe e ventilatori nei sistemi di gestione di edifici, e funziona outdoor in quasi tutte le condizioni climatiche.

Inverter VLT® AQUA Drive FC 202

Il VLT® AQUA Drive FC 202 controlla tutti i tipi di pompe ed è dotato di un controllore in cascata.

VLT® AutomationDrive FC 301/FC 302

Il VLT^® AutomationDrive FC 301/FC 302 è progettato per il controllo a velocità variabile di tutti i motori asincroni e motori a magneti permanenti. È disponibile in una versione standard (FC 301) e in una versione avanzata altamente dinamica (FC 302) con funzionalità supplementari.

VACON® NXP Liquid Cooled Common DC Bus - Inverter di facile integrazione e massima affidabilità

Integra i vantaggi del raffreddamento a liquido nei sistemi common DC bus in situazioni gravose. Sono disponibili le configurazioni Active Front End (NXA), Front End non rigenerativo (NXN), chopper di frenatura (NXB) e Inverter (NXI).

VACON® NXP DC/DC Converter - Supporto energetico vicino al consumo

Massimizza la produzione di energia nelle soluzioni ibride e contribuisce a migliorare le prestazioni avvicinando il supporto di energia al consumo.

VACON® NXP Common DC Bus - Utilizza e redistribuisci l'energia in modo efficiente

Inverter che consente a integratori di sistema, costruttori di macchine e OEM di progettare e costruire sistemi industriali efficienti. Disponibile nelle configurazioni Active Front End (NXA), Front End non rigenerativo (NXN), chopper di frenatura (NXB) e Inverter (NXI).

VACON® NXP DCGuard - Protezione e stabilità della rete DC

VACON® NXP DCGuard™ fornisce una protezione da cortocircuito affidabile dei sistemi di distribuzione DC per una selettività completa tra i sistemi di distribuzione; inoltre garantisce una rapida disconnessione in caso di guasto.

VACON® NXP Liquid Cooled - Inverter robusto, silenzioso e compatto

Ideale per applicazioni in cui la qualità dell'aria è fondamentale, lo spazio è limitato ed è necessario un trasferimento termico efficiente. Disponibile nelle configurazioni Active Front End (NXA), Front End non rigenerativo (NXN), chopper di frenatura (NXB) e Inverter (NXI).

Le prime innovazioni di Danfoss

Il CBM nasce da una lunga storia di innovazioni Danfoss. I drives Danfoss si distinguono dagli altri presenti sul mercato per le funzioni intelligenti integrate, che riducono la necessità di componenti esterni necessari.

Maggiori informazioni sui convertitori Danfoss

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Quattro motori elettrici con linee blu intorno che indicano i sensori di monitoraggio predittivo

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Uomo con giubbotto di sicurezza che guarda il suo computer portatile aperto mentre si trova in fabbrica

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2 persone con l'elmetto che guardano e indicano un computer portatile aperto

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Il monitoraggio da remoto o "remote monitoring" consente agli utenti di accedere ai dati in tempo reale, reagire tempestivamente per evitare interruzioni, ottimizzare le prestazioni e prendere le giuste decisioni.

Monitoraggio delle vibrazioni

Oltre al monitoraggio dell'avvolgimento dello statore e della curva di carico, la funzionalità CBM integrata nei drives Danfoss comprende il monitoraggio delle vibrazioni.

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L'intasamento all'interno delle pompe causano problemi in termini di maggiori consumi energetici oltre che possibili fermi macchina imprevisti.

Previeni la cavitazione nelle pompe con il CBM

Evita costosi guasti alle pompe con la manutenzione predittiva integrata nei drives Danfoss.

Monitoring dei filtri sinus: rilevamento preventivo, protezione duratura

Proteggi il motore e aumenta la produttività con il rilevamento preventivo del degrado dei condensatori nei filtri sinus, funzionalità integrata nei drives Danfoss.

Titolo

Manutenzione predittiva nei sistemi HVAC/R

Nelle applicazioni di condizionamento aria e refrigerazione, la funzionalità Condition-based monitoring (CBM), integrata nei drives Danfoss, migliora i tempi di attività e la competitività del sistema prevenendo i problemi prima che si verifichino.

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ITALIA: Il Gruppo Rivoira, garantisce una conservazione perfetta della frutta grazie a un sistema di refrigerazione assolutamente affidabile, senza fermi macchina imprevisti.

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Inoltre, la soluzione doveva adattarsi all'ambiziosa strategia di digitalizzazione dell'organizzazione.
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PAESI BASSI: HEINEKEN sa che per soddisfare la domanda, la sua linea di produzione deve essere sempre a pieno ritmo, con risorse che devono fornire prestazioni costantemente affidabili ed eccellenti.
Nel birrificio Den Bosch, l'ambiente di lavoro complesso, ha posto diverse sfide. La soluzione è stata un aggiornamento della linea di produzuione con inverter dotati del Condition-based monitoring.

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Ci vediamo a SPS Italia dal 26 al 28 maggio

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26 - 28 maggio, 2026, Fiere, Parma

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