Docente/i: Ezio Bassi   Francesco Benzi   Lucia Frosini  

Denominazione del corso: Sistemi, componenti e diagnostica per l'automazione industriale
Codice del corso: 505009
Corso di laurea: Ingegneria Elettrica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: n.d.
L'insegnamento costituisce attività di base per: Ingegneria Elettrica
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Elettrica
L'insegnamento è affine per: Ingegneria Elettrica
Crediti formativi: CFU 9
Sito web del corso: SITO DELLA PARTE DI DIAGNOSTICA: http://www.unipv.it/dmae/

Obiettivi formativi specifici

OBIETTIVI FORMATIVI DELLA PARTE DI SISTEMI E COMPONENTI PER L'AUTOMAZIONE: questa parte del corso si propone di offrire allo studente una visione integrata dei moderni apparati di automazione industriale e civile, basati in larga misura sull'impiego dei componenti elettrici. A questo scopo intende completare la conoscenza dei componenti, acquisita in precedenti moduli, illustrando caratteristiche e funzionalità di alcuni azionamenti e dispositivi impiegati principalmente nel settore (azionamenti ed attuatori elettrici per l'automazione e robotica, sensori). Il corso vuole inoltre fornire le conoscenze necessarie per lo studio dell'integrazione dei componenti stessi nel processo automatico, con particolare riguardo alle architetture e ai sistemi e ai protocolli di comunicazione in ambito industriale e civile (domotica). OBIETTIVI FORMATIVI DELLA PARTE DI DIAGNOSTICA: Questa parte del corso si propone di introdurre gli allievi allo studio dei sistemi diagnostici per l’identificazione di guasti esistenti o incipienti nelle macchine e negli azionamenti elettrici. Vengono analizzati gli strumenti diagnostici necessari per evidenziare una condizione di malfunzionamento, identificare l’elemento danneggiato e determinare la causa del guasto (meccanica, termica, elettrica, ambientale).

Programma del corso

SISTEMI E COMPONENTI PER L'AUTOMAZIONE
1. Azionamenti elettrici, sensori e algoritmi per l'automazione: Motori lineari: caratteristiche costruttive e di funzionamento. Azionamenti con motori a passo e con motori a riluttanza commutata. Inverter: tempo di ritardo e sua compensazione; relazione tra modulazione sinusoidale e con vettori spazio. Cenni sugli azionamenti per la robotica. Cenni sui sensori per le applicazioni di movimentazione: encoder, resolver, guide lineari; sensori intelligenti. 2. Sistemi digitali per il controllo di azionamenti elettrici: Utilizzo di sistemi a microprocessore negli azionamenti e nella robotica industriale; cenni sul controllo adattativo, osservatori e ricostruttori di variabili elettriche (velocità , flusso e coppia, costante di tempo di rotore); algoritmi per la movimentazione e la robotica; moduli di acquisizione dati e interfacce per il controllo in ambito industriale; moduli per il controllo di assi motori. 3. Architetture dei sistemi per l'automazione: Architettura di fabbrica. Intelligenza centralizzata e distribuita. Dispositivi per l'automazione: PLC e PC industriali, Controllo Numerico. Software per l'automazione industriale (Standard PLC). 4. Sistemi e protocolli di comunicazione: Elementi della comunicazione in ambito industriale: schemi generali di interconnessione e definizione di bus di campo. Standard internazionali. Criteri di classificazione dei diversi ambiti industriali e relative esigenze di comunicazione: industria di processo, continua e discreta. Criteri di scelta dei protocolli: velocità, precisione, determinismo. I principali bus di campo industriali. 5. Elementi di domotica: Domotica e automazione dell'edificio. Architetture di rete per l'automazione civile e domestica. Protocolli di comunicazione dedicati alla domotica. Problemi di sicurezza e normativi. Esempi di installazioni domotiche.

DIAGNOSTICA PER L'AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
1. Concetti introduttivi Finalità di un sistema diagnostico: individuazione (detection), localizzazione (isolation) e identificazione (identification) del guasto. Relazioni tra diagnostica e concetti di protezione, manutenzione, monitoraggio delle condizioni. Manutenzione reattiva, preventiva, predittiva, pro-attiva. Affidabilità, disponibilità, densità di probabilità di guasto, tasso di guasto, criteri di classificazione dei guasti. 2. Tipi di guasti nelle macchine e negli azionamenti elettrici e metodi per la diagnostica Tipi di guasti: statore (avvolgimenti e nucleo), cuscinetti, rotore, irregolarità statiche e dinamiche del traferro, altri. Misure di tipo elettrico: tensioni, correnti, potenze, flusso magnetico (al traferro e disperso), tensioni d’albero, correnti nei cuscinetti, scariche parziali. Misure di tipo meccanico: vibrazioni, rumore acustico, forze, coppie, velocità. Misure di tipo chimico, di temperatura e altre. Analisi dei segnali nel dominio del tempo e delle frequenze. 3. Vibrazioni nelle macchine elettriche Misura delle vibrazioni come strumento diagnostico. Vibrazioni longitudinali, flessionali (rotore di Jeffcott), torsionali. Vibrazioni naturali e forzate. Forze elettromagnetiche: tensore di Maxwell, forza di Lorentz. Eccentricità statica e dinamica. Vibrazioni delle testate. Esempi applicativi. 4. Guasti nei cuscinetti Cuscinetti a rotolamento e a strisciamento. Possibili danni e cause dei guasti nei cuscinetti. Metodi per la diagnostica dei guasti nei cuscinetti: analisi di vibrazioni e corrente di statore. Esempi applicativi. 5. Guasti negli avvolgimenti di statore Caratteristiche costruttive, possibili guasti e metodi diagnostici per gli avvolgimenti di statore in bassa tensione, alimentati da rete o da inverter: analisi di corrente di statore e flusso disperso. Caratteristiche costruttive degli avvolgimenti di statore in media tensione. Guasti dell’isolamento verso massa. Metodi diagnostici per gli avvolgimenti in alta tensione: resistenza di isolamento, indice di polarizzazione, tan-delta o fattore di potenza dell’isolamento, AC e DC hipot test. Misura delle scariche parziali (PD): polarità positiva e negativa delle PD, confronto dell’efficacia del metodo delle PD con gli altri metodi diagnostici, individuazione delle PD con la misura degli impulsi elettrici, interpretazione dei risultati, PD come causa diretta e come sintomo, effetto del carico e della temperatura sulle PD. 6. Guasti di rotore Corto circuiti di rotore nei generatori e metodi per la loro diagnostica: rilievo del flusso interno, rilievo riflettometrico, misura dell’impedenza dinamica. Tensioni e correnti d’albero e metodi per il loro monitoraggio: nei turboalternatori e nei motori alimentati da inverter. Rottura di barre di rotore nei motori asincroni e loro individuazione con l’analisi di corrente di statore, vibrazioni e flusso disperso. Fenomeno delle correnti tra barre. 7. Altri tipi di guasti Test EL-CID per guasti del nucleo di statore. Analisi dei gas disciolti per i trasformatori isolati in olio.

Prerequisiti

PREREQUISITI DELLA PARTE DI SISTEMI E COMPONENTI: Conoscenze di azionamenti elettrici, azionamenti elettrici industriali, elementi di impianti elettrici. PREREQUISITI DELLA PARTE DI DIAGNOSTICA: Conoscenze degli aspetti costruttivi e funzionali delle macchine e degli azionamenti elettrici.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 68
Esercitazioni (ore/anno in aula): 0
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

MATERIALE DIDATTICO CONSIGLIATO PER LA PARTE DI SISTEMI E COMPONENTI: Quaderno tecnico GISI. Bus di campo tra normativa e tecnologia. GISI Milano, 2000. P. Vas. Parameter Estimation, Condition Monitoring, and Diagnosis of Electrical Machines. Oxford University Press, 1993. Daniele Fabrizi. Enciclopedia-Vocabolario dell'Automazione Industriale (2002). Edizioni CEI. MATERIALE DIDATTICO CONSIGLIATO PER LA PARTE DI DIAGNOSTICA: Dispense preparate a cura del docente e fornite agli studenti tramite mailing list. Per approfondimenti, possono essere consultati i seguenti testi: Peter Tavner, Li Ran, Jim Penman and Howard Sedding: Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines, 2nd Edition, IET, 2008. Stone G., Boulter E.A., Culbert I., Dhirani H.: Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, and Repair, Wiley-IEEE Press, 2004. Geoff Klempner, Isidor Kerszenbaum: Handbook of Large Turbo-Generators. Operation and Maintenance, Wiley-IEEE Press, 2008.

Modalità di verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL’APPRENDIMENTO DELLA PARTE DI SISTEMI E COMPONENTI: i due docenti svilupperanno in parallelo gli argomenti 1, 2 e 5 e, rispettivamente, 3, 4 e 5 dai quali l'insegnamento è costituito. L’esame sarà quindi diviso in due parti e la valutazione terrà conto dell'esito di eventuali prove di verifica svolte durante le lezioni e di relazioni preparate su temi specifici, nonché del risultato di conversazioni su argomenti d'esame svolti nel corso delle lezioni. MODALITÀ DI VERIFICA DELL’APPRENDIMENTO DELLA PARTE DI DIAGNOSTICA: L’esame consiste in una prova orale sui contenuti del corso.