IT201900012354A1 - Apparato e metodo per il monitoraggio di una unita’ di trazione di un impianto di sollevamento. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“APPARATO E METODO PER IL MONITORAGGIO DI UNA UNITA’ DI

TRAZIONE DI UN IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO”

La presente invenzione ha per oggetto un apparato ed un metodo per il monitoraggio finalizzato alla manutenzione predittiva dell’unità di trazione di un impianto di sollevamento, in particolare per quanto riguarda il freno di emergenza.

Malgrado le varie normative concernenti la sicurezza degli impianti di sollevamento come ascensori, montacarichi o piattaforme elevatrici, prima fra tutte la norma EN.81:201420 & 50, non esiste alcun apparato in grado di monitorare in remoto lo stato di funzionamento della unità di trazione dell’impianto. I pochi parametri relativi al funzionamento dell’unità di trazione sono disponibili solo all’inverter che governa le unità di trazione regolate in frequenza e sono relativi solo al numero di giri del motore nelle varie fasi di accelerazione, corsa a velocità nominale e rampa di decelerazione, oltre all’assorbimento di corrente in ognuna di queste fasi operative. Per quanto riguarda il freno di emergenza, governato dal quadro di manovra dell’impianto, sono raccolte solo informazioni relative alla condizione di freno aperto o freno chiuso, mentre non esistono dispositivi che ne consentano il monitoraggio costante e possano prevenire guasti.

Nell’ambito di ascensori, il motore dell’unità di trazione può essere asincrono regolato in frequenza o sincrono, di tipo brushless, solitamente a magneti permanenti.

Nel caso del motore asincrono, è previsto l’uso di un riduttore per ottenere un opportuno rapporto di riduzione fra il motore e la puleggia di trazione. Il riduttore potrebbe comprendere per esempio una vite senza fine solidale all’albero del rotore del motore elettrico e agente su di una corona dentata solidale all’albero sul quale è installata la puleggia di trazione dell’ascensore. Il freno di stazionamento di questo tipo di unità di trazione è costituito da un elettromagnete dotato di due circuiti indipendenti, così come imposto dalla norma EN.81:201420 & 50.

L’elettromagnete di comando del freno è un dispositivo elettrotecnico costituito da un nucleo in materiale ferromagnetico su cui è avvolto un solenoide. Il nucleo può essere per esempio in ferro dolce. Il solenoide può essere un avvolgimento o bobina di molte spire di filo di rame che determina il campo magnetico il quale sarà proporzionale sia al numero di spire nell’avvolgimento che alla corrente circolante nell’avvolgimento. L’elettromagnete è associato ad una parte mobile, in materiale ferromagnetico, chiamata generalmente ancora, mediante un pistone collegato all’ancora. L’ancora agisce sui bracci freno che a loro volta sono normalmente compressi sul tamburo grazie alla forza impressa da molle e dotati di guarnizioni di attrito. L’elettromagnete determina l’allontanamento dei bracci freno dalla superficie del tamburo che è solidale con l’albero del rotore del motore elettrico. Ne consegue che il freno di stazionamento debba essere aperto, con i bracci freno distanziati dalla superficie del tamburo, quando l’unità di trazione dell’ascensore è in movimento, mentre sarebbe normalmente chiuso, con i bracci freno compressi sul tamburo grazie alle loro molle, senza l’effetto dell’elettromagnete. Pertanto, tanto più il freno resta aperto, tanto più aumenta la temperatura delle bobine. Sulle unità di trazione dotate di motori sincroni, nelle quali l’albero del rotore del motore elettrico è solidale con la puleggia di trazione, è installato un freno elettromeccanico a disco vincolato all’albero del rotore e comandato da un elettromagnete che agisce sul disco in modo da forzarlo a restare aperto. Tale freno a disco svolge la doppia funzione di freno di stazionamento e freno di emergenza.

Attualmente non è disponibile un impianto che consenta di monitorare costantemente il funzionamento del freno di stazionamento e che possa prevenirne i guasti verificando le temperature delle bobine.

Attualmente, gli unici sistemi di monitoraggio presenti sui freni a disco elettromagnetici sono microinterruttori meccanici o ottici che consentono di verificarne lo stato “chiuso” o “aperto”, ma non sono disponibili dispositivi per il monitoraggio dello stato di funzionamento del freno e in grado di prevenirne eventuali guasti.

Attualmente, tutti motori elettrici impiegati per le unità di trazione per ascensore, siano essi asincroni o sincroni, non dispongono di sistemi di monitoraggio del loro stato di funzionamento, ma di sole protezioni contro il sovraccarico termico.

Inoltre, allo stato attuale della tecnica, non esistono sistemi in grado di rilevare anomalie alle varie componenti dell’unità di trazione, come motore elettrico, cuscinetti, puleggia di trazione, etc., sia essa un argano o un motore brushless, e tantomeno esistono sistemi in grado di segnalare le anomalie e svolgere funzioni di manutenzione predittiva.

Un metodo di monitoraggio in accordo alla presente descrizione e/o in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni di metodo allegate consente di effettuare un’analisi continuativa ed in tempo reale dello stato di funzionamento di un’unità di trazione elettrica, includente il suo freno di stazionamento e il suo freno di emergenza, che è installata su un impianto di sollevamento come per esempio un impianto ascensore, una piattaforma elevatrice o un montacarichi destinato al trasporto di persone o di cose. Tale analisi continuativa consente di effettuare una manutenzione predittiva dell’impianto di sollevamento, prevedendo e pertanto evitando eventuali guasti, in modo da ridurre il tempo di manutenzione e pertanto i costi della manutenzione stessa.

Il metodo consente la comoda messa a disposizione di informazioni oggettive ed in tempo reale relative a condizioni critiche di componenti rilevanti per il funzionamento dell’impianto di sollevamento, sia elettriche sia meccaniche, senza che l’operatore di manutenzione debba recarsi sull’impianto per svolgere un’incerta attività di ricerca guasti, procurarsi le parti di ricambio necessarie e tornare sull’impianto per svolgere un’ulteriore intervento.

Il metodo consente la comoda messa a disposizione di informazioni oggettive ed in tempo reale relative allo stato di funzionamento del freno e/o del freno di emergenza dell’unità di trazione dell’impianto di sollevamento, potendo prevenirne i guasti e garantendo il necessario e costante stato di piena sicurezza del impianto di sollevamento.

Il metodo consente la comoda messa a disposizione di informazioni oggettive ed in tempo reale delle cause che determinano anomalie di funzionamento e guasti. Ad esempio, se la temperatura dell’elettromagnete del freno di stazionamento o del freno di emergenza dovesse essere sempre elevata a causa dell’elevato traffico nell’impianto ascensore, il tecnico manutentore potrebbe installare un dispositivo di sovraeccitazione della bobina con la tensione di spunto più̀ alta necessaria per aprire il freno, per un tempo limitato, mantenendo successivamente la sola tensione minima necessaria per il mantenimento dell’apertura del freno tramite resistenza shuntata o similare, evitando così guasti che compromettono la sicurezza complessiva dell’impianto ascensore.

Il metodo consente il monitoraggio dello spettro delle vibrazioni prodotte dai componenti dell’unità di trazione, permettendo di prevenire guasti improvvisi e di svolgere interventi di manutenzione predittiva e programmata, quindi con il minimo impatto per il traffico dell’impianto di sollevamento, anche prevenire incidenti gravissimi causati da rotture a fatica degli alberi o di altre parti componenti dell’unità di trazione sottoposte a lavoro meccanico gravoso.

Il metodo consente di rendere più economica l’attività di manutenzione dell’ impianto di sollevamento, a vantaggio delle aziende che provvedono al servizio, ma anche a vantaggio dell’utenza, che ottiene anche il rilevante beneficio di non essere coinvolta in guasti improvvisi per esempio con l’eventuale intrappolamento di persone o merci nella cabina di carico dell’impianto e di disporre con continuità del servizio del impianto di sollevamento.

Un apparato in accordo alla presente descrizione e/o in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni di apparato allegate è configurato e/o studiato specificamente per effettuare un metodo in accordo alla presente descrizione e/o un metodo in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni di metodo allegate.

Un metodo in accordo alla presente descrizione prevede la raccolta, la trasmissione e l’elaborazione dei dati relativi all’unità di trazione dell’impianto di sollevamento, compreso il sistema frenante, e consente di eseguire indagini di analisi vibrazionale e termica delle componenti elettriche ed elettromeccaniche dell’unità di trazione, oltre a determinare anomalie di tipo meccanico ed elettrico dimostrando in modo oggettivo ed inequivocabile il componente usurato o, nel caso delle componenti elettriche ed elettromeccaniche delle unità di trazione, i problemi legati all’alimentazione da rete elettrica, per esempio armoniche oltre i limiti ammessi, o una scorretta alimentazione dell’inverter allacciato alla macchina.

Le caratteristiche di un metodo ed un apparato in accordo alla presente descrizione saranno chiarite dalla descrizione dettagliata seguente relativa a rispettive possibili realizzazioni esemplificative di tale metodo ed apparato.

La descrizione dettagliata seguente si riferisce alle tavole di disegno allegate, in cui:

- la figura 1 illustra uno schema a blocchi di una possibile realizzazione esemplificativa di un apparato in accordo alla presente descrizione; - la figura 2 è un diagramma di flusso di una possibile realizzazione esemplificativa di un metodo in accordo alla presente descrizione.

Le tavole di disegno allegate si riferiscono ad una possibile realizzazione esemplificativa di un apparato in accordo alla presente descrizione. Nel seguito, con “apparato” sarà intesa tale possibile realizzazione dell’apparato.

Le tavole di disegno allegate si riferiscono ad una possibile realizzazione esemplificativa di un metodo in accordo alla presente descrizione. Nel seguito, con “metodo” sarà intesa tale possibile realizzazione del metodo L’apparato 1 è configurato per effettuare il metodo.

L’apparato 1 è per il monitoraggio di un impianto di sollevamento LP. L’impianto di sollevamento LP potrebbe essere un ascensore, o una piattaforma di sollevamento, o un montacarichi.

L’apparato 1 comprende un sistema di monitoraggio locale 2. Il sistema di monitoraggio locale 2 è configurato per effettuare localmente una fase di monitoraggio automatico dell’andamento temporale di uno o più parametri di funzionamento di una unità di trazione U dell’impianto LP. I parametri di funzionamento sono correlati al funzionamento o all’operatività di una qualunque parte dell’unità di trazione U.

La unità di trazione U comprende un motore elettrico o una macchina elettrica.

Il sistema locale 2 è configurato per effettuare una fase di ottenimento automatico di dati di monitoraggio indicativi di detto andamento temporale. I dati di monitoraggio sono rappresentati in figura 1 mediante la freccia MD.

Il metodo comprende tale fase di monitoraggio. Nella figura 2 la fase di monitoraggio è rappresentata mediante il blocco mp.

Il sistema locale 2 comprende un gruppo sensore 21 ed un hardware 22, per effettuare tale fase di monitoraggio.

Il gruppo sensore 21 è configurato per acquisire segnali di rilevamento indicativi di detto andamento temporale. Il sistema locale 2 è configurato affinché l’hardware 22 possa ricevere da detto gruppo sensore 21 segnali intermedi indicativi di detti segnali di rilevamento. Nella figura 1 i segnali di rilevamento sono rappresentati con la freccia DS. Nella figura 1 i segnali intermedi sono rappresentati con la freccia IS.

Il metodo comprende tale fase di ottenimento. Nella figura 2, la fase di ottenimento è rappresentata mediante il blocco op.

L’hardware 22 del sistema locale 2 è configurato, mediante un software, per effettuare tale fase di ottenimento op.

L’apparato 1 comprende un sistema di elaborazione remoto 3. Il sistema remoto 3 è configurato per effettuare una fase di elaborazione automatica di detti dati di monitoraggio MD. A tal fine il sistema di elaborazione remoto 3 comprende un hardware caricato con un software.

Il metodo comprende tale fase di elaborazione. Tale fase di elaborazione in figura 2 è rappresentata mediante il blocco ep.

Il sistema remoto 3 è configurato per effettuare, in funzione dei risultati di detta fase di elaborazione, una fase di generazione automatica di dati di manutenzione. Tali dati di manutenzione sono indicativi di una o più azioni di manutenzione per la manutenzione della unità di trazione U. I dati di manutenzione sono rappresentati in figura mediante la freccia SD. I dati di manutenzione sono funzione dei dati di monitoraggio MD.

Il metodo comprende tale fase di generazione. La fase di generazione in figura 2 è rappresentata mediante il blocco gp.

L’apparato 1 comprende un sistema di comunicazione 4. Il sistema di comunicazione 4 è configurato per effettuare una fase di trasferimento automatico dei dati di monitoraggio MD da detto sistema locale 2 a detto sistema remoto 3, in modo che il sistema remoto 3 possa effettuare tale fase di elaborazione ep e pertanto anche tale fase di generazione gp.

Il metodo comprende tale fase di trasferimento. In figura 2, tale fase di trasferimento è rappresentata mediante il blocco cp.

La unità di trazione U comprende un freno B per frenare una puleggia di trazione TP. Il freno B può essere un freno di stazionamento o un freno di emergenza, oppure un freno sia di stazionamento che di emergenza.

Il sistema locale 2 affinché detta fase di monitoraggio mp comprenda il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una temperatura di almeno un componente di detto freno B. In tal modo i dati di monitoraggio MD comprendono dati di temperatura di detto freno B.

A tal fine il gruppo sensore 21 potrebbe comprendere almeno un termistore per rilevare detta temperatura del freno B. A tal fine il gruppo sensore 21 potrebbe comprendere anche un sensore di temperatura ambientale. Il freno B potrebbe essere un freno elettromeccanico comprendente una bobina avvolta intorno a materiale ferromagnetico. In tal caso il termistore sarebbe configurato per rilevare la temperatura di almeno una parte della bobina e tale temperatura del freno B sarebbe da considerare la temperatura di tale almeno una parte della bobina.

Il sistema locale 2 è configurato affinché la fase di monitoraggio mp comprenda il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una vibrazione di almeno un componente di detta unità U. In tal modo modo i dati di monitoraggio MD comprendono dati vibrazionali di almeno un componente di detta unità U. Tale almeno un componente può comprendere per esempio un cuscinetto e/o un albero e/o un motore e/o il freno B e/o la puleggia TP.

A tal fine il gruppo sensore 21 potrebbe comprendere un accelerometro o un altro sensore in grado di rilevare la vibrazione.

La fase di elaborazione ep potrebbe comprendere il confronto detti dati vibrazionali con almeno una libreria contenente spettri vibrazionali tipici per detto almeno un componente dell’unità di trazione U.

Nel caso in cui tale componente del quale è monitorata la vibrazione fosse un cuscinetto dell’albero del motore dell’unità di trazione, il monitoraggio della vibrazione nella direzione trasversale o ortogonale all’asse dell’albero intorno a cui il cuscinetto è montato permette di rilevare un eventuale gioco del cuscinetto. In tal caso, il monitoraggio della vibrazione della direzione dell’asse dell’albero permette di rilevare un eventuale malfunzionamento o guasto del cuscinetto.

Il monitoraggio vibrazionale fa in modo che la successiva elaborazione del sistema remoto sia una analisi di uno spettro vibrazionale. In tal modo l sistema remoto 3 può definire, mediante la fase di elaborazione, un quadro funzionale preciso della unità di trazione U evidenziando tutte le usure in atto: da quelle giustificate per le ore di funzionamento maturato a quelle che sono già anomalie presenti (sia di tipo meccanico sia di tipo elettrico), in quanto le vibrazioni di differente frequenza dimostrano in modo oggettivo ed inequivocabile il componente usurato.

Le possibili situazioni che potrebbero portare a guasti, e che possono essere tenute in conto mediante la elaborazione dei dati vibrazionali da parte del sistema remoto 3, includono supporti laschi, cuscinetti usurati, disallineamenti fra componenti della macchina elettrica, oppure dei problemi elettrici legati all’alimentazione da rete elettrica (armoniche oltre i limiti ammessi) oppure una scorretta alimentazione di un inverter della unità di trazione U.

Il sistema remoto 3, mediante la fase di elaborazione ep che è configurato per effettuare, è configurato per tenere conto di tali situazioni nella generazione dei dati di manutenzione SD.

La elaborazione dei dati di temperatura da parte del sistema remoto 3 tiene invece conto di una eventuale eccessiva temperatura di un qualunque elemento del freno B, in modo da predire ed evitare eventuali guasti e/o malfunzionamenti del freno B.

In tal modo la manutenzione definita dai dati di manutenzione SD predice i possibili malfunzionamenti e/o guasti così da evitare tali malfunzionamenti e/o guasti.

Il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una vibrazione di almeno un componente di detta unità U potrebbe essere periodico. In tal modo con i dati di monitoraggio MD il sistema remoto 3 può calcolare, nella fase di elaborazione, praticamente una previsione temporale dell’evoluzione di tale almeno un componente, potendo stabilirne per esempio i tempi di fermata per la manutenzione prima che si verifichi una rottura o un guasto durante il normale funzionamento dell’impianto di sollevamento LP.

La unità di trazione U comprende un motore che trascina detta puleggia di trazione TP. Tale motore è elettrico, sincrono o asincrono.

Il sistema locale 2 è configurato affinché detta fase di monitoraggio mp comprenda il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una velocità di rotazione di detto motore M. In tal modo i dati di monitoraggio MD comprendono dati di velocità indicativi di detto andamento della velocità.

Il sistema remoto 3, al fine di generare detti dati di manutenzione SD, è configurato per correlare fra loro detti dati di temperatura e detti dati di velocità. La correlazione fra i dati di temperatura e i dati di velocità permette di rendere ancora più affidabile la ricostruzione dello stato di funzionamento della unità di trazione, in quanto differenti andamenti temporali della temperatura del freno in funzione della velocità del motore possono indicare differenti tipologie di eventi.

A tal fine il gruppo sensore 21 potrebbe comprendere un sensore di prossimità posizionato in modo tale da leggere la presenza di uno specifico riferimento posizionato sulla puleggia di trazione TP.

In generale il sistema locale 2 potrebbe essere configurato affinché la fase di monitoraggio mp comprende il monitoraggio dell’andamento temporale di una corrente e/o di una tensione del motore e/o del freno B.

Il sistema di comunicazione potrebbe essere wireless.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato di monitoraggio (1) di un impianto di sollevamento (LP) comprendente: - un sistema di monitoraggio locale (2) configurato per effettuare localmente una fase di monitoraggio automatico (mp) dell’andamento temporale di uno o più parametri di funzionamento di una unità di trazione (U) di detto impianto, ed una fase di ottenimento (op) di dati di monitoraggio (MD) indicativi di detto andamento temporale; - un sistema di elaborazione remoto (3) configurato per effettuare una fase di elaborazione automatica (ep) di detti dati di monitoraggio (MD) e, in funzione dei risultati di detta fase di elaborazione, una fase di generazione (gp) di dati di manutenzione (SD), detti dati di manutenzione (SD) essendo indicativi di una o più azioni di manutenzione per la manutenzione della unità di trazione (U); - un sistema di comunicazione (4) configurato per effettuare una fase di trasferimento automatico (cp) di detti dati di monitoraggio (MD) da detto sistema locale (2) a detto sistema remoto (3).
2. 2. Apparato di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 1, in cui: - detta unità (U) comprende un freno (B) per frenare una puleggia di trazione (TP); - detto sistema locale (2) è configurato affinché detta fase di monitoraggio (mp) comprenda il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una temperatura di almeno un componente di detto freno (B), in modo che detti dati di monitoraggio (MD) comprendono dati di temperatura di detto freno (B).
3. 3. Apparato di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 2, in cui detto sistema locale (2) è configurato affinché detta fase di monitoraggio (mp) comprenda il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una vibrazione di almeno un componente di detta unità (U), in modo che detti dati di monitoraggio (MD) comprendono dati vibrazionali di tale almeno un componente di detta unità (U).
4. 4. Apparato di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 3, in cui il sistema remoto (3) è configurato per confrontare detti dati vibrazionali con almeno una libreria contenente spetti vibrazionali tipici per almeno un componente dell’unità di trazione (U).
5. 5. Apparato di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 3 o 4, in cui detto sistema locale (2) comprende un gruppo sensore (21) per rilevare nel tempo detti uno o più parametri ed un hardware modulare (22) collegato al gruppo sensore, detto hardware modulare (22) essendo configurato per essere integrato al fine di adattarsi ad una variazione nella configurazione del gruppo sensore (21); in cui il gruppo sensore (21) è configurato per acquisire segnali di rilevamento (DS) indicativi di detto andamento temporale, detto sistema locale (2) essendo configurato affinché detto hardware (22) possa ricevere da detto gruppo sensore (21) segnali intermedi (IS) indicativi di detti segnali di rilevamento (DS).
6. 6. Apparato di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 5, in cui detto gruppo sensore (21) comprende almeno un termistore per rilevare detta temperatura del freno (B) ed un sensore di temperatura ambientale.
7. 7. Apparato di monitoraggio in accordo alla rivendicazione 6, in cui: - detta unità di trazione (U) comprende un motore che trascina detta puleggia di trazione (TP); - detto sistema locale (2) è configurato affinché detta fase di monitoraggio (mp) comprenda il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una velocità di rotazione di detto motore (M), in modo che detti dati di monitoraggio (MD) comprendono dati di velocità indicativi di detto andamento della velocità; - detto sistema remoto (3), al fine di generare detti dati di manutenzione (SD), è configurato per correlare fra loro detti dati di temperatura e detti dati di velocità.
8. 8. Apparato di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 7, comprendente una pluralità di terminali mobili (5) ed in cui l’apparato (1) è configurato per effettuare una ulteriore fase di trasferimento (ucp) di detti dati di manutenzione (SD), mediante detto sistema di comunicazione (4), da detto sistema remoto (3) a ciascuno di detti terminali mobili (5).
9. 9. Metodo di monitoraggio (1) di un impianto di sollevamento (LP) comprendente: - una fase di monitoraggio automatico (mp) dell’andamento temporale di uno o più parametri di funzionamento di una unità di trazione (U) di detto impianto (LP), detta fase di monitoraggio essendo effettuata mediante un sistema di monitoraggio locale (2) operante localmente in detta unità di trazione (U); - una fase di ottenimento automatico (op) di dati di monitoraggio (MD) indicativi di detto andamento temporale; - una fase di trasferimento automatico (cp) di detti dati di monitoraggio (MD) da detto sistema locale (2) ad un sistema di elaborazione remoto (3). - una fase di elaborazione automatica (ep) di detti dati di monitoraggio (MD), detta fase di elaborazione essendo effettuata mediante detto sistema remoto (3); - una fase di generazione (gp) di dati di manutenzione (SD) indicativi di una o più azioni di manutenzione per la manutenzione della unità di trazione (U), detta fase di generazione (gp) essendo effettuata in funzione dei risultati di detta fase elaborazione (ep).
10. 10. Metodo di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 9, in cui: - detta unità (U) comprende un freno (B) per frenare una puleggia di trazione (TP) appartenente a detta unità (U); - detta fase di monitoraggio (mp) comprende il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una temperatura di almeno un componente di detto freno (B), in modo che detti dati di monitoraggio (MD) comprendono dati di temperatura di detto freno (B).
11. 11. Metodo di monitoraggio (1) in accordo alla rivendicazione 10, in cui detta fase di monitoraggio (mp) comprende il monitoraggio dell’andamento temporale di almeno una vibrazione di almeno un componente di detta unità (U), in modo che detti dati di monitoraggio (MD) comprendono dati vibrazionali di detto almeno un componente.
12. 12. Metodo in accordo alla rivendicazione 11, in cui detta fase di elaborazione (ep) comprende il confronto detti dati vibrazionali con almeno una libreria contenente spetti vibrazionali tipici per detto almeno un componente dell’unità di trazione (U).