Che cos’è ABB MACHsense-R?
ABB MACHsense-R è un servizio di monitoraggio delle condizioni di motori e generatori fornito dai centri assistenza locali di ABB (Local Service Center). Si tratta di un servizio di monitoraggio da remoto basato su sensori che inviano segnali a un'unità di analisi installata a bordo o accanto al motore o generatore. I dati vengono raccolti continuamente e trasmessi via wireless a un server ABB. Il servizio punta a individuare eventuali difetti prima di quanto fosse possibile finora, in modo che i dati rilevati possano essere integrati nei programmi di manutenzione preventiva. Il cliente può accedere al server via Internet per visualizzare lo stato complessivo del motore o generatore, grafici ecc.
Quali dati produce ABB MACHsense-R?
I dati misurati vengono analizzati per consentire una valutazione approfondita delle condizioni del motore o generatore per quanto riguarda:
1. Difetti della barra rotore (per motori a induzione a gabbia di scoiattolo)
2. Problemi di installazione (condizioni meccaniche di sbilanciamento, disallineamento, allentamento, piede zoppo ecc.)
3. Problemi dei cuscinetti: anti-attrito e piste
4. Parametri operativi
5. Presenza di accumulo di sporcizia sull ventilatore (se la è presenta il sensore di temperatura dell'avvolgimento)
In base ai rilevamenti è possibile approntare una strategia di manutenzione preventiva delle apparecchiature per aumentare l’affidabilità e ridurre i costi.
Quali parametri vengono misurati?
Il sistema raccoglie dati di vibrazioni (quattro canali) e dati di temperatura (cinque canali). Le vibrazioni vengono misurate mediante accelerometri montati in punti scelti con estrema cura (alloggiamenti dei cuscinetti, corpo ecc.) per garantire che vengano rilevati i segnali necessari. La temperatura viene misurata mediante termoresistenze o sensori di temperatura (RTD); nella maggior parte dei casi vengono montati tre sensori sull’avvolgimento e due nei cuscinetti. L’unità di analisi dei dati può ricevere segnali dai sensori presenti sul motore ed inviarli ad un portale ABB (per ora non esiste comunicazione con PLC)
È necessario aprire il motore o generatore per installare i sensori RTD sull’avvolgimento?
Nel caso dei motori e generatori ABB, la maggior parte dei clienti ordina i prodotti con gli RTD già installati. I segnali necessari possono quindi essere rilevati direttamente dai sensori e inviata all’unità di analisi MACHsense-R.
Se il motore o generatore, di ABB o di un’altra casa, non è provvisto di RTD, i sensori possono essere installati nei cuscinetti e negli avvolgimenti, ad esempio. Non è possibile installare i sensori nel nucleo.
Che cosa succede se non è possibile installare sensori di temperatura?
Anche senza RTD, ABB MACHsense-R è comunque in grado di valutare le condizioni del motore o generatore in base alle vibrazioni. Tuttavia, senza sensori RTD non sarà possibile rilevare l'accumulo di sporcizia sul ventilatore.
Come vengono montati i sensori di vibrazioni?
Vengono applicati blocchetti di acciaio nel punto di fissaggio utilizzando adesivi ad alta tenuta. I blocchi vengono quindi forati e maschiati per montare gli accelerometri.
Come funziona l’unità di analisi dei dati?
La Data Analysis Unit è un elemento fondamentale del servizio di assistenza. Sul processore embedded con sistema operativo Linux gira tutta la suite di diagnostica ABB per il monitoraggio del motore o generatore e per l’elaborazione dei dati di vibrazioni e temperature a bordo scheda. Per ogni difetto vengono parametri chiave (Key Condition Parameters-KCP) che vengono trasmessi al server.
Che cosa significa elaborazione a bordo scheda? Che cosa sono i KCP?
Il software dell’unità utilizza una serie di algoritmi sviluppati dai Corporate Research Center di ABB. Questi algoritmi elaborano i segnali grezzi per estrarre informazioni utili.
Ogni KCP è una misura di un difetto tipico, un parametro che descrive chiaramente il difetto stesso invece di presentare semplicemente le grandezze dei segnali. Per capire le condizioni della barra del rotore, ad esempio, l’algoritmo valuta la posizione specifica dello spettro, la spaziatura delle bande laterali alla frequenza di scorrimento ecc. e convertire tutto in valori numerici. Questi dati vengono normalizzati rispetto al carico dalla funzione Autoscan: il valore normalizzato è il KCP che descrive la condizione della barra del rotore.
I KCP per altri difetti vengono generati in modo analogo e comprendono:
Danneggiamento della barra del rotore: indice della barra del rotore
Eccentricità: valori di eccentricità statica e dinamica
Condizioni operative: grafico di rapporto fra scorrimento e carico, frequenza di linea, velocità
Cuscinetto: BeAM (Bearing Asset Monitor) e BeaCon (Bearing Condition), cresta ecc.
Installazione: Analisi dei componenti principali (per misurare sbilanciamento, disallineamento, allentamento)
Accumulo di sporcizia sul raffreddatore: grafico di rapporto fra temperatura e carico
Perché ABB MACHsense-R è diverso da altri servizi di monitoraggio delle condizioni?
ABB MACHsense-R è uno strumento unico per l’analisi di motori e generatori. I sistemi tradizionali per il monitoraggio delle condizioni da remoto oppure online trasmettono solo dati grezzi che vengono immessi in un sistema SCADA. Vengono quindi calcolati i trend della grandezza complessiva, ad esempio la velocità di vibrazione, che vengono poi confrontati con un benchmark, solitamente la norma ISO 10816. Quando il valore calcolato supera il valore di riferimento, si attiva un allarme o un avviso.
Con ABB MACHsense-R vengono monitorati i KCP invece dei valori generici. Quando scatta un allarme, l’operatore riceve informazioni precise sul guasto che ha causato l’allarme. In altre parole, quando viene generato un allarme, non serve alcuna analisi dettagliata per individuare il guasto.
Un altro punto di forza del servizio è il portale online.
Come funziona il portale web di ABB MACHsense-R?
I KCP generati all’interno della Data Analysis Unit vengono trasmessi a un server ABB in modalità wireless tramite connessione GPRS o 3G. Il portale web di ABB MACHsense-R si occupa di tutte le attività di gestione dei dati. Il cliente è autorizzato ad accedere al portale per visualizzare dati, grafici, parametri operativi, riepiloghi delle condizioni di salute degli impianti ecc. Il cliente può inoltre scaricare report direttamente dal portale.
Un beneficio importante di questo modello in cloud è la possibilità per il cliente di accedere da qualunque luogo nel mondo. Le aziende con diverse sedi possono monitorare in modo veloce ed economico i principali indici prestazionali (KPI) per motori e generatori di importanza critica, indipendentemente dalla loro collocazione geografica.
Un’altra funzionalità fondamentale del portale è la gestione degli allarmi.
Come vengono gestiti gli allarmi sul portale?
Se un KCP supera la soglia di allarme, significa che ‘qualcosa non funziona’ e serve un intervento. Poiché ABB MACHsense-R effettua il monitoraggio su base continua, ogni minima deviazione dei KCP dai valori normali viene immediatamente rilevata. Per prevenire questi falsi allarmi, è previsto un tempo di attesa (delay) per verificare che un certo numero di KCP in sequenza superi i valori di soglia. Quando scatta un allarme, la Data Analysis Unit invia tutti i dati grezzi al server. Il portale invia immediatamente SMS o messaggi e-mail ai contatti registrati del cliente e, per default, al più vicino Local Service Center (LSC) di ABB. Questi messaggi contengono informazioni dettagliate sul motore o generatore e sulla tipologia dei KCP che hanno innescato l’allarme. Questo approccio consente di effettuare verifiche rapide e, se necessario, interventi correttivi per prevenire guasti o cedimenti imprevisti delle apparecchiature.
L’allarme viene notificato anche al Regional Technical Center di ABB, che produrrà una relazione dettagliata sulle condizioni del motore o generatore, inviandola al LSC. Il cliente verrà quindi contattato dal LSC con la relazione che contiene un’analisi dettagliata della situazione e una proposta di intervento.
Gli allarmi vengono generati anche quando si verifica un ‘guasto di sistema’, cioè quando i dati non vengono acquisiti a causa di un guasto del cavo, del connettore o del sensore.
Quali sono i vantaggi principali del portale di ABB MACHsense-R?
Il portale di ABB MACHsense-R offre i seguenti benefici:
1. I clienti possono accedere velocemente a tutte le informazioni via Internet in qualsiasi momento.
2. Il portale web di facile utilizzo fornisce tutte le informazioni disponibili sullo stato di saluti di motori e generatori.
3. Il portale mostra diverse visualizzazioni, fra cui:
· riepilogo delle condizioni (per gli impianti sui quali vengono monitorati più motori o generatori)
· Vibrazioni complessive (velocità, accelerazione e spostamento)
· Frequenza di linea e velocità
· Curva di rapporto fra scorrimento e carico
· KCP
4. Assistenza completa al momento della generazione dell’allarme.
Come vengono impostati gli allarmi per i KCP?
La soluzione MACHsense di ABB tratta ogni motore o generatore come singola unità. Pertanto, i valori di riferimento comuni (benchmark) riportati in norme come ISO 10816 non possono essere validi per tutti i prodotti. Per questo motivo ABB MACHsense-R ‘parte da zero’ per generare i livelli di allarme per ogni motore o generatore.
Inoltre è fondamentale conoscere il parametro di scorrimento per analizzare problemi tipici come il danneggiamento della barra del rotore ecc. I metodi tradizionali utilizzano lo scorrimento nominale, che introduce nell’analisi falsi positivi e falsi negativi. Per evitare questo tipo di problemi, quando viene installato l’hardware ABB MACHsense-P, un tecnico di ABB utilizza ABB MACHsense-P per effettuare misure sul motore o generatore nelle condizioni operative.
Durante l’installazione vengono effettuate misure con ABB MACHsense-P per determinare:
1. scorrimento operativo effettivo
2. carico operativo
3. velocità e frequenza di linea operative
4. rapporto fra carico e scorrimento
5. livello operativo di ogni KCP
I risultati sopra elencati vengono utilizzati per la configurazione della Data Analysis Unit e l’impostazione dei livelli degli allarmi KCP.
Per ogni misurazione viene calcolato lo scorrimento, confrontandolo con la curva di rapporto fra scorrimento e carico. Eventuali deviazioni vengono rilevate immediatamente. Qualsiasi variazione dello scorrimento indica una variazione del carico. Questo valore, insieme alle misure di temperatura, consente di stabilire se si è verificato un accumulo di sporcizia sul raffreddatore.
Cosa mi dite della sicurezza? Il portale web è sicuro?
Il portale è ospitato su un server di proprietà di ABB con accesso VPN (rete privata virtuale), adeguatamente protetto da virus, bug, spam e altre attività non autorizzate. Solo il personale autorizzato può accedere al portale, mentre ciascun cliente ha accesso esclusivamente alle apparecchiature del proprio impianto. Pertanto nessuno è in grado di visualizzare informazioni relative ad apparecchiature o impianti di altri clienti.
Quali metodi sono disponibili per trasmettere i dati al server?
La Data Analysis Unit prevede diverse opzioni per la trasmissione dei dati al portale web. Il metodo di trasmissione consigliato è GPRS o 3G mediante una scheda SIM installata nell’unità. I costi di trasmissione dei dati possono essere ridotti al minimo perché vengono trasmessi solo i KCP, pertanto il volume dei dati è molto piccolo. Questo metodo offre inoltre il vantaggio di evitare che i dati debbano passare attraverso eventuali firewall installati presso il cliente.
Nei casi (piuttosto rari) in cui non vi sia copertura di rete, l’hardware offre altre opzioni:
1. WiFi – trasmissione mediante WiFi a un computer connesso a Internet, che a sua volta trasferisce i dati al portale
2. Cavo Ethernet – trasferimento tramite connessione cablata Ethernet a un computer connesso a Internet.
In entrambi i casi è necessaria l’autorizzazione del team dei servizi informatici per ottenere il passaggio dei dati attraverso il firewall.
Quali differenze ci sono fra l’analisi effettuata dal software ABB e i metodi tradizionali?
1. I metodi tradizionali utilizzano i dati di targa per calcolare lo scorrimento. La soluzione di ABB calcola lo scorrimento effettivo in base ai dati rilevati.
2. In caso di difetti della barra del rotore, si tiene conto del carico operativo per normalizzare i dati prima di definire la gravità.
3. Tecniche evolute di elaborazione dei segnali contribuiscono a individuare correttamente l’ampiezza e la frequenza della banda laterale.
4. I dati delle vibrazioni evidenziano eventuali problemi meccanici.
5. Gli esclusivi algoritmi di analisi dei cuscinetti aiutano a individuare con largo anticipo imminenti cedimenti.
6. La curva dello scorrimento rispetto al carico aiuta a individuare eventuali anomalie nel funzionamento del raffreddatore.
Come si individua l’accumulo di sporcizia sul ventilatore?
Le misure iniziali effettuate con ABB MACHsense-P consentono di determinare il rapporto fra scorrimento e carico (kW). Qualsiasi variazione del carico operativo può essere rilevata in base allo scorrimento calcolato. Quando il carico aumenta, si verificheranno corrispondenti incrementi della temperatura. Un aumento della temperatura in assenza di variazione del carico, tuttavia, potrebbe indicare un problema di raffreddamento.
Come vengono valutati i problemi dei cuscinetti con ABB MACHsense-R?
ABB MACHsense-R usa due algoritmi speciali - BeAM (Bearing Asset Monitor) e BeaCon (Bearing Condition) - per analizzare le condizioni dei cuscinetti. Gli algoritmi si basano sul metodo della demodulazione. Vengono impiegati anche speciali metodi di elaborazione per ridurre il rumore e individuare i segnali che provengono verosimilmente solo dal cuscinetto, filtrando gli altri. Diversi altri parametri - come Crest, Kurtosis, HF RMS, HF Pk-Pk - vengono calcolati per valutare le condizioni dei cuscinetti. Questi metodi garantiscono una corretta comprensione delle condizioni dei cuscinetti e la diagnosi precoce di imminenti cedimenti.
Il software contiene un database completo dei cuscinetti?
Sì. I dati dei cuscinetti SKF e FAG, in particolare quelli relativi alla frequenza di guasti dei diversi componenti del cuscinetto, sono contenuti nel software. L’utente deve semplicemente inserire il numero del cuscinetto e il software riconoscerà automaticamente i dati del cuscinetto.
ABB MACHsense-R è limitato a motori o generatori di tipologie o taglie specifiche?
ABB MACHsense-R offre funzionalità complete per motori e generatori di qualsiasi tipo e taglia. ABB produce un’ampia gamma di motori e generatori e i centri di ricerca aziendali svolgono ricerche approfondite per individuare le modalità di guasto di diversi tipi di motori e generatori elettrici. I risultati di questo lavoro sono integrati nella Data Analysis Unit di ABB MACHsense-R. Eventuali nuovi rilevamenti e gli algoritmi sviluppati successivamente possono essere facilmente aggiunti sotto forma di patch dal portale web. L’aggiornamento è quindi un processo continuo, un lavoro continuo per perfezionare e ottimizzare gli algoritmi. ABB MACHsense-R dispone già delle funzionalità per analizzare motori controllati da azionamenti a frequenza variabile (inverter) e speciali algoritmi consentono di valutare le condizioni dei generatori, incluso il rilevamento dei danni ai cunei delle cave magnetiche. Sono in fase di sviluppo altri sensori grazie ai quali ABB MACHsense-R potrà monitorare le condizioni delle spazzole di carbonio nei motori in c.c. e nei motori ad anelli.
ABB MACHsense-R può pertanto essere utilizzato per motori o generatori elettrici rotanti di qualsiasi tipo, dimensioni o marca.