Konserwacja napędów i silników elektrycznych

Przeglądy skutkują co prawda wstrzymaniem produkcji, jednak przygotowanie się do ich przeprowadzenia pozwala znacznie zminimalizować związane z nimi koszty. Dlaczego prewencja jest tak ważna? Przede wszystkim właśnie ze względu na możliwość przygotowania się do wstrzymania działania części lub całego zakładu. Dzięki temu służby utrzymania ruchu mogą tak rozłożyć pracę, by firma jak najmniej straciła pod względem logistyki łańcucha dostaw czy w zakresie przebiegu procesów.

Awaria czy kontrolowane zatrzymanie?

Kontrolowane wstrzymanie prac maszyn, a przede wszystkim napędów, ma też bardzo duże znaczenie dla ochrony zainstalowanych w fabryce urządzeń. Normalna praca mechanicznych systemów przemysłowych zakłada bowiem najczęściej współpracę wielu podsystemów, które podają i odbierają przetwarzane obiekty. Planowane zatrzymanie ich pracy pozwala w odpowiedniej kolejności wygasić pracę maszyn, podczas gdy w przypadku losowej usterki może dojść do trudnych do przewidzenia komplikacji. Przede wszystkim może ulec zniszczeniu partia produkowanego towaru, który może się potłuc, zaklinować lub przegrzać. Podobne problemy mogą wystąpić w odniesieniu do innych podzespołów maszyn. Jeśli linia produkcyjna nie jest odpowiednio oczujnikowana, istnieje ryzyko, że usterka nie zostanie automatycznie wykryta i zainstalowane maszyny będą pracowały tak, jak gdyby nic się nie stało. W zależności od warunków może dojść do zerwania pasa transmisyjnego, zbytniego obciążenia części maszyn lub nawet ich przegrzania.

Redukcja usterek

Nawet jeśli wydaje się, że regularne przeglądanie komponentów maszyn i wymiana niektórych z nich, również wtedy, gdy jeszcze nie uległy zbytniemu zużyciu, to tylko dodatkowe koszty, szybka kalkulacja pozwoli zauważyć, że są one niższe niż koszty faktycznej awarii.
Wynika to nie tylko ze wspomnianych wcześniej problemów, związanych z nieprzewidzianym przerwaniem produkcji, ale też ze sposobu, w jaki poszczególne elementy maszyn ulegają zużyciu. W przypadku nowego, sprawnego napędu poszczególne jego podzespoły mają pewien określony, przewidywany czas życia, który da się oszacować dla sprawnie działającej maszyny. Jednak gdy któryś z elementów ulegnie uszkodzeniu wcześniej, wprowadza on maszynę w stan, w którym pracuje ona nieoptymalnie, np. nadmiernie obciążając inne komponenty. W efekcie te elementy, dla których przewidywano znacznie dłuższy czas niezawodnej pracy, często będące jednocześnie najdroższymi podzespołami urządzenia, zaczynają się znacznie szybciej zużywać, co nawet w krótkiej perspektywie może prowadzić do ich przedwczesnego zniszczenia. W takiej sytuacji koszt naprawy całego napędu staje się znacznie wyższy niż koszt kilku zaplanowanych wcześniej przeglądów i wymian serwisowych.
Producenci urządzeń automatyki przemysłowej zdają sobie sprawę z tych zależności i starają się pomóc służbom utrzymania ruchu odpowiednio planować przeglądy serwisowe. Z tego względu przygotowują szereg zaleceń odnośnie trybu, częstości i sposobu przeprowadzania prac konserwacyjnych. Spośród tych zaleceń można wybrać grupę typowych przykładów, które obrazują, jakiego sposobu serwisowania wymagają poszczególne elementy napędów.

Co i jak konserwować?

Prewencyjna konserwacja napędów składa się z corocznych oględzin, inspekcji, badań i wymiany podzespołów, zgodnie z określonymi przez producenta zaleceniami. Przygotowane przez producentów plany napraw bazują na wieloletnim doświadczeniu firm, które w oparciu o dane statystyczne mogą ustalić średnią częstość występowania poszczególnych usterek i zaplanować, jak ich uniknąć. Przyjęcie procedur zgodnych z zaleceniami pozwala zminimalizować ryzyko wystąpienia awarii do poziomu akceptowalnego w większości aplikacji przemysłowych.
Należy mieć świadomość, jakie są główne przyczyny występowania usterek i zużywania się sprzętu. W przypadku napędów jest to przede wszystkim starzenie się komponentów, które są najmniej odporne na działanie czasu, takich jak kondensatory elektrolityczne. Bardzo ważne są także warunki, w których działa napęd. Częste zmiany temperatury otoczenia, duża wilgotność, nadmierne i często zmienne obciążenie – to również czynniki wpływające na skrócenie czasu życia napędu elektrycznego.
Przegląd konserwacyjny napędu elektrycznego obejmuje następujący zestaw czynności:
•odkurzenie i wyczyszczenie żeberek radiatorów,
•wyczyszczenie lub wymianę filtrów powietrza, zarówno wlotowych, jak i wylotowych,
•sprawdzenie poprawności pracy wentylatorów i wyczyszczenie ich w razie potrzeby oraz usunięcie obiektów blokujących przepływ powietrza,
•sprawdzenie połączeń elektrycznych i – w razie potrzeby – ponowne ich dokręcenie; jeśli to możliwe, warto przeprowadzić skan termowizyjny złączy mocy, który ułatwia wykrycie wadliwych połączeń,
•sprawdzenie napięć silnika,
•sprawdzenie przebiegu faz zasilania,
•sprawdzenie stanu kondensatorów,
•zanotowanie ustawień napędu,
•sprawdzenie poprawności zamknięcia obudowy.
Dalej omówiono kwestie, które służby utrzymania ruchu powinny wziąć pod uwagę, poddając napęd okresowej inspekcji.

Czystość wnętrza napędu

Mimo że układy elektroniczne są zwykle mało wrażliwe na działanie kurzu, zabrudzenia pokrywające płytki drukowane mogą utrudniać chłodzenie, a w niektórych przykładach nawet powodować zwarcia między ścieżkami. W efekcie przyspieszają starzenie się sprzętu oraz mogą doprowadzić do niepożądanych zachowań układów sterujących, co w konsekwencji może skutkować uszkodzeniem napędu.
Należy również zwrócić uwagę na to, czy któreś z połączeń nie uległy korozji, co może prowadzić albo do nadmiernego nagrzewania się skorodowanych elementów albo do niestabilnej pracy napędu. W dłuższej perspektywie może być również przyczyną uszkodzeń podzespołów.
Trzeba ponadto upewnić się, że żadne niepożądane przedmioty, szczególnie metalowe, nie dostały się do wnętrza obudowy. Co prawda prawdopodobieństwo wystąpienia takiego zdarzenia jest bardzo niewielkie, jednak jeśli w jakiś sposób takie przedmioty dostaną się do obudowy, będą stanowiły poważne zagrożenie dla poprawności działania napędu.
Analizując czystość napędu warto też zastanowić się, w jakich warunkach on pracuje i czy przykładowo w jego otoczeniu nie są prowadzone jakieś prace konstrukcyjne lub inne działania, które mogłyby powodować silne pylenie. Jeśli tak, to należy postarać się o przykrycie napędu na czas prac, o ile nie jest on akurat używany. Może to znacznie wydłużyć bezawaryjne działanie urządzenia. Jednocześnie, po zakończeniu robót, warto dodatkowo dokonać inspekcji wnętrza napędu i oczyścić go np. za pomocą sprężonego, suchego powietrza. Zastosowanie odkurzacza nie jest zalecane, gdyż wymaga dużej ostrożności. Optymalną metodą pracy jest zdmuchiwanie kurzu powietrzem lub pędzelkiem i jednoczesne zasysanie unoszącego się kurzu z pewnej odległości.
O ile napęd pracuje w normalnych warunkach, większość producentów zaleca, by dokonywać inspekcji jego wnętrza około raz na rok i – w razie potrzeby – czyścić je. Jeśli po pierwszym roku okaże się, że warstwa zgromadzonego brudu jest duża, należy skrócić okresy między przeglądami.

Filtry powietrza

Nie każdy napęd ma zainstalowane filtry powietrza, ale duża część z nich zostaje w nie wyposażona. Filtry są najczęściej lokalizowane na wlocie powietrza, ale czasem można je też znaleźć na wylocie. Szybkość zapychania się filtrów jest różna w zależności od sposobu montażu i umieszczenia napędu, toteż początkowo zaleca się częste monitorowanie stanu filtrów, w celu określenia, które z nich wymagają częstszej konserwacji. Dopiero po pewnym czasie można precyzyjnie zaplanować regularne przeglądy.

Złącza

W przypadku napędów przemysłowych bardzo częstą przyczyną awarii są problemy na złączach. Dlatego konieczne jest poddawanie złączy odpowiedniej inspekcji. W pierwszej kolejności należy sprawdzić złącza mocy, bo to one mogą powodować najpoważniejsze, a zarazem najtrudniejsze do wykrycia straty. Słaby kontakt między przewodem a gniazdem może spowodować przegrzewanie się elementu albo występowanie łuków elektrycznych, które stapiają i uszkadzają złącza. Mogą też być źródłem zakłóceń elektromagnetycznych, które negatywnie wpływają na pracę układu sterującego napędem.
W drugiej kolejności należy zwrócić uwagę na uziemienia. Gdy są poluzowane lub skorodowane, również mogą przyczynić się do emisji zakłóceń elektromagnetycznych, które normalnie byłyby tłumione przez poprawnie uziemione ekrany. Słabe uziemienie ma ponadto negatywny wpływ na bezpieczeństwo pracy maszyny.
W przypadku przewodów przenoszących sygnały sterujące, luzy na złączach mogą powodować nieprawidłowe działanie urządzenia i resetowanie go. Tego typu błędy można łatwo wykryć podczas pracy, ale często stanowią przyczynę nagłego, nieprzewidzianego wstrzymania pracy maszyn. Identyczną rolę odgrywa uziemienie przewodów sterujących.
Inspekcję złączy należy rozpocząć od wyłączenia napędu i odczekania, aż wbudowane kondensatory rozładują się do bezpiecznego poziomu. Następnie wszystkie dostępne złącza powinny być sprawdzone pod kątem ewentualności występowania korozji oraz pewności połączenia.
Większość producentów zaleca sprawdzenie połączeń przed pierwszym użyciem napędu, a następnie wykonywanie tej czynności co rok. W przypadku, gdy urządzenie jest narażone na silne wibracje, częstotliwość inspekcji można odpowiednio zwiększyć.

Wentylatory

Kolejnym elementem, który warto sprawdzić, są wentylatory chłodzące napędy. Poprawnie działające wentylatory obniżają temperaturę urządzenia, wydłużając jego żywotność. Ponieważ są to elementy mechaniczne, stale się obracające, powinny podlegać częstej kontroli, nie rzadziej niż raz na rok.
Wraz z wentylatorami należy sprawdzić radiatory i wloty powietrza i upewnić się, że nic nie blokuje przepływu. W niektórych napędach wentylatory włączają się tylko wówczas, gdy temperatura urządzenia przekroczy pewną wartość graniczną, warto więc sprawdzić, czy jest ona poprawnie monitorowana. W tym celu należy wyłączyć napęd i poczekać aż ostygnie, a następnie włączyć go i obserwować, czy wentylatory włączają się w odpowiednim momencie, tj. dopiero po pewnym czasie od uruchomienia napędu.
Dobrym sposobem testowania wentylatorów jest też nasłuchiwanie, czy nie emitują one niepożądanych dźwięków. To one są bowiem pierwszymi oznakami niepoprawnego działania i pozwalają przewidzieć, że wentylator niebawem ulegnie awarii. Pomocne są także czujniki temperatury, których odczyty mogą wskazać przegrzewanie się, a więc niewystarczający przepływ powietrza.

Kondensatory elektrolityczne

Duże kondensatory elektrolityczne to niezbędne elementy większości napędów. Pozwalają stabilizować napięcie, gdy zapotrzebowanie na prąd znacznie rośnie. Zastąpienie ich innymi rodzajami kondensatorów byłoby bardzo kosztowne, w związku z czym wciąż powszechnie stosuje się właśnie komponenty z elektrolitem. Niestety, elektrolit z czasem wysycha i choć proces ten może trwać latami, to będzie on przyspieszony w przypadku, gdy napęd działa w podwyższonej temperaturze.
Pierwszym symptomem złego stanu kondensatorów elektrolitycznych zazwyczaj jest pojawienie się tętnień na liniach napięcia stałego. Niektóre, bardziej zaawansowane napędy mają wbudowane czujniki, które monitorują poziom tych tętnień i pozwalają odpowiednio wcześniej wykryć pojawiający się problem. W przeciwnym razie konieczne może być ręczne zmierzenie napięć stabilizowanych z użyciem kondensatorów elektrolitycznych. Warto ponadto sprawdzić, jak wyglądają kondensatory – czy nie napęczniały oraz czy nic z nich nie wycieka, co jest typowym objawem wysychania.
Częstym problemem związanym ze starzeniem się kondensatorów elektrolitycznych jest wzrost ich prądu upływu, który można zmierzyć dopiero przy wyższych napięciach. Jeśli taka sytuacja wystąpi i jeden z kondensatorów okaże się niesprawny, zdecydowanie zaleca się wymianę również wszystkich innych współpracujących z nim kondensatorów. Wynika to z faktu, że jeden uszkodzony element wpływa na pracę pozostałych, sprawiając, że szybciej się zużywają. Nawet jeśli jeszcze nie wyglądają na uszkodzone, warto zawczasu je wymienić, szczególnie że zazwyczaj nie są to elementy bardzo kosztowne.
Zaleca się wykonywanie badania kondensatorów co rok, chyba że napęd ma funkcję automatycznego monitorowania ich stanu – wówczas oględziny kondensatorów elektrolitycznych można pominąć.

Baterie i akumulatory

Regularnie należy sprawdzać także baterie i akumulatory, przy czym ich wymiana powinna następować albo zgodnie z harmonogramem podanym przez producenta, albo w przypadku wypłynięcia z nich elektrolitu. W takiej sytuacji konieczne jest użycie odpowiednich narzędzi, gdyż większość elektrolitów może powodować korozję metali oraz silne poparzenia skóry. Oczywiście należy też pamiętać, by zużyte baterie odpowiednio zutylizować.

Układy scalone i nośniki flash

W przypadku wystąpienia awarii układów scalonych napęd prawdopodobnie w ogóle przestanie poprawnie działać. Jednocześnie elementy te są dosyć żywotne i dopiero wysoka temperatura może je uszkodzić, a silne, długotrwałe wibracje poskutkować powstaniem zimnych lutów na płytkach drukowanych. Z tego względu, w trakcie inspekcji, układy scalone należy oglądać praktycznie tylko pod kątem przebarwień, a konkretnie śladów spalenia lub nadpalenia. Dopiero wtedy powinny być one wymieniane, choć większość producentów zaleci wymianę całych płyt głównych lub modułów napędu.

Elementy silnika

Jeśli inspekcja obejmuje również elementy samego silnika, a nie tylko napędu nim sterującego, należy zwrócić uwagę przede wszystkim na jego mechanikę. Ważne jest, by rotor poruszał się w stojanie, nie ocierając się o nic, a obrót nie powodował nietypowych dźwięków. Należy także sprawdzić, czy silnik jest wystarczająco czysty, np. czy elementy ruchome nie kleją się do siebie z powodu tłustych lub kleistych zabrudzeń. O ile instrukcja producenta to zaleca, należy także nasmarować wskazane komponenty, przy czym wielu wytwórców silników projektuje urządzenia niewymagające smarowania.
Co ważne, w przypadku zabrudzonych elementów stykowych przewodzących prąd, nie zaleca się ścierania ich powierzchni pilnikami. Jeśli oczyszczenie styków mniej agresywnymi metodami nie pomaga, należy po prostu wymienić dane podzespoły na nowe, najlepiej wymieniając od razu cały komplet złączy. Wielu producentów nie zaleca również stosowania specjalnych środków chemicznych oczyszczających elementy elektroniczne, gdyż ich pozostałości mogą negatywnie wpływać na działanie napędu.
W przypadku elementów stykowych, które są obudowane, a przez to ich stan trudno bezpośrednio ocenić, zaleca się dokonywanie wymian zgodnie z harmonogramem, na podstawie liczby wykonanych przełączeń lub wtedy, gdy wygląd obudowy wskazuje na ich zużycie.
W silnikach warto też sprawdzić cewki. Ich stan ocenia się analizując wygląd cewek, które mogą być nadtopione, nadpalone lub pęknięte. W przypadku wymiany trzeba koniecznie dokładnie usunąć pozostałości poprzednich uzwojeń, wraz z izolacją.

Jak układać plan konserwacji?

Wskazówki oraz zalecenia producenta dotyczące tworzenia harmonogramu konserwacji napędów na przykładzie firmy ABB  w numerze PAR 4/2014. Zapraszamy do lektury!