I sensori magnetici installati sui cilindri idraulici svolgono un ruolo importante nel controllo degli stampi a iniezione. Permettono infatti di rilevare la posizione del pistone e di trasmettere il relativo segnale al sistema di controllo della macchina.
Quando un sensore inizia a guastarsi ripetutamente, però, non è sempre corretto sostituire semplicemente il sensore.
Un caso tecnico Vega mostra come, di fronte a guasti ripetuti dei sensori magnetici, sia necessario verificare contemporaneamente temperatura, alimentazione elettrica, circuito di comando, protezioni contro i disturbi e corretto funzionamento del sensore.
Il caso è particolarmente interessante perché il Cliente aveva già modificato l’installazione per ridurre il trasferimento di calore verso i sensori, ma i guasti continuavano a verificarsi.
Quando un sensore continua a guastarsi, non bisogna sostituirlo automaticamente
In un’applicazione di stampaggio a iniezione, il Cliente utilizzava una macchina sottoposta a un regime di lavoro molto intenso:
- funzionamento circa 24 ore al giorno;
- 7 giorni alla settimana;
- circa 2 giorni al mese dedicati alla manutenzione;
- circa 32.000 cicli al mese;
- quattro cilindri complessivi installati su due basi dello stampo;
- 12 sensori bruciati nell’arco di 12 mesi.
Un numero di guasti di questo tipo suggerisce che il problema debba essere analizzato a livello di sistema, e non semplicemente come una serie di sensori difettosi.
Il primo elemento da verificare: la temperatura
La temperatura era una delle prime possibili cause considerate dal Vega Team.
Il Cliente aveva installato i sensori in un ambiente caratterizzato da temperature elevate e aveva modificato il sistema di fissaggio per allontanare il sensore dal cilindro e ridurre il trasferimento di calore.
In una precedente comunicazione tecnica, il Vega Team aveva infatti sottolineato la necessità di conoscere la temperatura reale di funzionamento sul cilindro, perché i sensori installati nel corpo possono essere sottoposti a temperature elevate.
Questo è un punto fondamentale.
Non è sufficiente conoscere la temperatura impostata sulla macchina o quella dello stampo.
Bisogna sapere quale temperatura raggiunge effettivamente il sensore nella sua posizione di installazione.
Misurare la temperatura direttamente vicino al sensore
Nel caso analizzato, il Cliente aveva effettuato una misurazione inserendo una termocoppia nel pozzetto del cilindro nel quale era alloggiato il sensore.
La temperatura misurata era di circa 164 °F, pari a circa 73 °C.
Il test era stato eseguito per un’ora e il valore non aveva superato i 164 °F nemmeno durante l’iniezione.
Questo dato era importante perché permetteva di verificare la reale condizione termica invece di basarsi solamente sulle temperature teoriche della macchina.
Perché questa verifica è importante?
Un sensore può essere installato vicino a una zona molto calda senza necessariamente raggiungere la stessa temperatura della superficie dello stampo.
Al contrario, la temperatura effettiva del sensore può essere influenzata da:
- posizione del sensore;
- conduzione termica attraverso il cilindro;
- temperatura dello stampo;
- temperatura dell’olio;
- frequenza dei cicli;
- durata del funzionamento;
- condizioni di installazione.
Per questo la misura diretta è molto più significativa di una semplice stima.
Il secondo elemento: la tensione elettrica
Durante il funzionamento, il Cliente aveva osservato occasionalmente una tensione di circa 16–18 VDC, invece dei 24 V previsti.
La domanda era quindi se questa variazione potesse essere causata dal sensore, dal magnete, dal cilindro, dall’olio o dal campo magnetico.
La risposta tecnica del Vega Team è particolarmente importante:
la variazione della tensione sul circuito di contatto non doveva essere attribuita direttamente al campo magnetico o all’olio.
Il sensore, infatti, fornisce il segnale al PLC e non pilota direttamente il carico eventualmente collegato.
Per questo motivo il Vega Team suggerì di verificare se la diminuzione di tensione fosse presente solamente sul circuito del contatto del sensore oppure anche in altri punti del circuito della macchina.
Una tensione più bassa non significa necessariamente un problema magnetico
Questo passaggio permette di distinguere due problemi che possono sembrare collegati ma che non necessariamente lo sono.
Da una parte abbiamo:
campo magnetico → sensore → segnale
Dall’altra:
alimentazione → circuito elettrico → PLC / carico
Se viene misurata una tensione anomala, è quindi necessario stabilire in quale punto del circuito si verifica la variazione.
Sostituire il sensore senza effettuare questa verifica potrebbe non risolvere il problema.
Il terzo elemento: i disturbi elettrici
Nell’applicazione erano già presenti sistemi di protezione contro le sovratensioni sui solenoidi delle valvole. Il Cliente aveva infatti descritto protezioni con diodi e dispositivi TVS installati sulle bobine.
Tuttavia, il Vega Team aveva già incontrato in passato un problema analogo in un’altra applicazione.
In quel caso, l’analisi con un oscilloscopio aveva evidenziato che la causa dei guasti era una tensione inversa generata durante la disattivazione delle elettrovalvole.
Le elettrovalvole possono generare picchi di tensione
Quando una bobina o un altro dispositivo elettromagnetico viene disattivato, può verificarsi un fenomeno di ritorno di energia elettrica.
Secondo la documentazione tecnica contenuta nel caso, questi dispositivi possono generare brevi tensioni inverse che possono arrivare anche a valori di:
−60 / −100 V
per periodi dell’ordine dei millisecondi.
Questi fenomeni possono essere difficili da individuare con un normale multimetro.
È proprio per questo che il Vega Team, nel caso precedente, aveva utilizzato un oscilloscopio.
Perché un normale multimetro può non essere sufficiente
Un multimetro è molto utile per verificare una tensione continua stabile.
Ma un impulso elettrico molto breve può non essere visualizzato correttamente.
Un picco di pochi millisecondi potrebbe quindi non apparire durante una normale misurazione della tensione.
L’oscilloscopio permette invece di osservare l’andamento della tensione nel tempo e di individuare eventuali picchi o inversioni di polarità.
Questo non significa che l’oscilloscopio debba essere necessariamente il primo strumento utilizzato in ogni caso.
Prima è opportuno effettuare le verifiche più semplici:
- alimentazione;
- cablaggio;
- tensione sul sensore;
- continuità del circuito;
- temperatura;
- funzionamento del sensore.
Se queste verifiche non spiegano il problema, diventa sensato approfondire il circuito con strumenti più avanzati.
Le protezioni contro le sovratensioni
Nel caso documentato, il Vega Team indicò come possibile soluzione l’utilizzo di diodi di soppressione dell’arco, installati in parallelo sull’alimentazione dei sensori e sui contatti dei relè.
Il principio è quello di limitare i picchi generati durante la disattivazione dei dispositivi induttivi.
È quindi importante non considerare il sensore magnetico come un componente completamente isolato dal resto dell’impianto elettrico.
Il suo funzionamento dipende anche dall’ambiente elettrico nel quale è installato.
Il magnete non era considerato la causa della variazione di tensione
Il Cliente aveva ipotizzato che la tensione più bassa potesse essere collegata al campo magnetico, al magnete interno del cilindro o all’olio.
Il Vega Team escluse questa relazione come spiegazione della diminuzione di tensione osservata sul circuito.
Questo è un principio utile anche per altre diagnosi:
un problema di segnale non deve essere automaticamente interpretato come un problema del magnete.
Prima bisogna distinguere:
- problema del sensore;
- problema del magnete;
- problema dell’alimentazione;
- problema del cablaggio;
- problema del PLC;
- disturbi generati da altri componenti della macchina.
Come verificare direttamente il sensore
La documentazione Vega relativa al MRC2 Controller descrive uno strumento specifico per controllare il funzionamento dei sensori magnetici.
Il manuale indica che il dispositivo permette di:
- controllare sensori magnetici con contatti Reed;
- verificare sensori elettronici;
- controllare sensori PNP e NPN;
- riconoscere automaticamente la polarità;
- verificare la posizione dell’anello magnetico nei cilindri.
Il manuale contiene inoltre gli schemi di collegamento per differenti tipologie di sensore, compresi Reed switch e sensori elettronici.
Il tester può essere utilizzato senza spostare il pistone
Una caratteristica particolarmente utile del tester è la possibilità di verificare il sensore portando il tester nella zona magnetica del cilindro.
Il manuale MRC2 indica infatti di utilizzare l’area contrassegnata come “MAGNETIC SURFACE” per verificare il sensore e di far scorrere il dispositivo lungo il cilindro per individuare il punto di intervento.
Questo permette di effettuare una verifica del sensore senza dover necessariamente movimentare il pistone durante la diagnosi.
È particolarmente utile quando il cilindro è già installato nello stampo.
Come interpretare il risultato del tester
Il tester MRC2 utilizza indicatori luminosi per mostrare l’attivazione del sensore.
Il manuale spiega che, collegando il sensore e premendo TEST ON, il LED rosso si illumina brevemente e successivamente il dispositivo entra nella condizione di test. Quando il sensore viene attivato, si accende il LED relativo alla polarità rilevata.
Questo rende possibile una prima distinzione:
il sensore commuta oppure non commuta?
Se il sensore funziona correttamente con il tester ma il PLC non riceve il segnale corretto, la ricerca del problema deve proseguire verso:
- alimentazione;
- cablaggio;
- connettori;
- ingresso PLC;
- circuito di comando.
Se invece il sensore non commuta neppure durante il test, è necessario verificare il sensore e la presenza del campo magnetico nella zona di rilevamento.
Il tester non sostituisce la diagnosi elettrica completa
È importante non confondere due verifiche differenti.
Il tester serve a verificare il funzionamento del sensore.
Non è invece lo strumento ideale per diagnosticare ogni possibile disturbo presente nel circuito della macchina.
Se il sensore funziona correttamente al banco o con il tester, ma il segnale diventa anomalo quando viene collegato alla macchina, bisogna spostare l’indagine verso il circuito elettrico.
È proprio la distinzione che emerge dal caso analizzato.
Una procedura diagnostica più efficace
In presenza di sensori che si guastano ripetutamente, una procedura razionale può essere:
1. Controllare la temperatura reale
Misurare la temperatura nella zona effettivamente occupata dal sensore.
Nel caso analizzato, il Cliente aveva utilizzato una termocoppia inserita nel pozzetto del sensore.
2. Controllare l’alimentazione
Verificare che la tensione fornita al sensore corrisponda a quella prevista.
Nel caso documentato erano stati osservati occasionalmente valori di 16–18 VDC rispetto ai 24 V previsti.
3. Verificare il sensore con il tester
Utilizzare un tester dedicato per stabilire se il sensore commuta correttamente.
Il manuale MRC2 descrive proprio questa funzione.
4. Controllare il cablaggio
Verificare cavi, connettori e contatti.
5. Controllare il segnale al PLC
Se il sensore funziona ma il PLC non riceve il segnale corretto, il problema potrebbe essere a valle del sensore.
6. Verificare eventuali disturbi
Se sono presenti elettrovalvole, relè, contattori o altri carichi induttivi, è opportuno verificare eventuali picchi di tensione.
7. Utilizzare un oscilloscopio se necessario
Se le anomalie non vengono spiegate dalle verifiche precedenti, un oscilloscopio può permettere di individuare impulsi di tensione molto brevi.
Perché è importante osservare anche i cavi
Nel caso analizzato, le fotografie mostravano anche fenomeni di scolorimento e bruciatura dei conduttori del sensore.
Questo tipo di evidenza è importante.
Quando un sensore si guasta ripetutamente e contemporaneamente sono presenti segni di surriscaldamento o danneggiamento sui cavi, è opportuno non limitarsi a sostituire il componente elettronico.
Bisogna capire se il problema riguarda:
- temperatura;
- sovratensione;
- sovracorrente;
- cablaggio;
- installazione;
- ambiente elettrico.
Un elevato numero di cicli aumenta l’importanza dell’analisi
32.000 cicli al mese significano un utilizzo molto intenso.
In condizioni di questo tipo, anche un fenomeno elettrico molto breve può ripetersi migliaia di volte.
La frequenza di funzionamento deve quindi essere considerata nella valutazione dell’affidabilità.
Un problema che si manifesta raramente in una macchina a basso numero di cicli può diventare molto più evidente in una macchina che lavora continuamente.
Sensore, cilindro e sistema elettrico devono essere considerati insieme
Un sensore magnetico non dovrebbe essere valutato come un componente isolato.
Il sistema completo comprende:
cilindro → magnete → sensore → cablaggio → alimentazione → PLC
Un’anomalia in uno qualsiasi di questi elementi può manifestarsi come un problema di segnale.
La documentazione Vega attuale sottolinea proprio l’importanza del corretto monitoraggio dei sensori di posizione nei sistemi di stampaggio a iniezione. I sensori servono a confermare che il cilindro abbia raggiunto la posizione prevista prima di permettere il proseguimento della sequenza.
Il magnete deve essere considerato parte del sistema di rilevamento
Il rilevamento magnetico avviene grazie all’interazione tra il magnete interno al pistone e il sensore montato esternamente.
Per questo motivo, una diagnosi completa deve distinguere tra:
- sensore;
- magnete;
- posizione del sensore;
- campo magnetico;
- struttura del cilindro.
La progettazione del sistema magnetico deve infatti considerare non soltanto la potenza del magnete, ma anche la stabilità del campo, la temperatura e la ripetibilità del segnale. Vega evidenzia questo principio anche nella propria documentazione tecnica dedicata alla scelta dei magneti nei cilindri idraulici.
La posizione del sensore è importante
Nel caso analizzato, il Cliente aveva già creato una staffa per spostare il sensore lontano dal corpo del cilindro e ridurre il trasferimento di calore.
Questa modifica mostra come l’installazione del sensore possa influire direttamente sulle condizioni operative.
Quando si modifica la posizione di un sensore magnetico, tuttavia, bisogna verificare anche che il sensore rimanga correttamente all’interno della zona nella quale il campo magnetico è sufficientemente intenso per garantire una commutazione affidabile.
La posizione termicamente migliore non è necessariamente quella magneticamente migliore.
La lezione tecnica del caso
Il caso analizzato mostra che una serie di guasti ai sensori non dovrebbe essere affrontata semplicemente con:
“Sostituiamo il sensore.”
Una diagnosi più efficace segue invece una sequenza:
Temperatura → alimentazione → sensore → cablaggio → PLC → disturbi elettrici → magnete/campo magnetico
Questo permette di distinguere un sensore realmente guasto da un sensore che sta semplicemente segnalando un problema presente in un’altra parte del sistema.
Conclusione
Quando un sensore magnetico di un cilindro idraulico si guasta ripetutamente, è importante cercare la causa del guasto e non limitarsi alla sostituzione del componente.
Nel caso documentato, il Cliente aveva già ridotto il trasferimento di calore verso i sensori, ma continuava a registrare numerosi guasti. In un anno erano stati sostituiti 12 sensori, in un’applicazione con circa 32.000 cicli mensili.
La verifica della temperatura reale, il controllo dell’alimentazione e del cablaggio e il test diretto del sensore costituiscono i primi passaggi logici.
Il MRC2 permette inoltre di verificare diversi tipi di sensori magnetici e di controllarne l’intervento direttamente in relazione al campo magnetico del cilindro.
Se queste verifiche non spiegano l’anomalia, è necessario analizzare il circuito elettrico della macchina. In particolare, i dispositivi induttivi come elettrovalvole, relè e contattori possono generare brevi sovratensioni durante la disattivazione; in casi specifici, il Vega Team ha utilizzato un oscilloscopio per individuare questi fenomeni.
La conclusione più importante è quindi:
Un sensore magnetico che si guasta ripetutamente non deve essere considerato automaticamente la causa del problema: può essere il punto in cui un’anomalia del sistema diventa visibile.
URL utili e verificati
Ho verificato questi collegamenti sui domini ufficiali icvega.com e vegacylinders.com.
- Sensori magnetici per cilindri idraulici — Pagina ufficiale Vega con la gamma di sensori magnetici per i diversi modelli di cilindri idraulici.
- Sensori di fine corsa per cilindri idraulici — Panoramica ufficiale Vega dei sensori magnetici, induttivi e meccanici disponibili per cilindri idraulici.
- Monitoring Hydraulic Cylinder Position Sensors on Injection Molds — Articolo tecnico ufficiale Vega sul monitoraggio dei sensori di posizione dei cilindri negli stampi a iniezione.
- Why Hydraulic Cylinder Manufacturers Don’t Always Choose the Strongest Magnet — Approfondimento tecnico ufficiale Vega sul rapporto tra magnete, sensore e affidabilità del rilevamento.
- Shop Vega Cylinders — Shop ufficiale Vega per cilindri, sensori e accessori.
- MSRH Magnetic Sensor for V250CE Hydraulic Cylinders — Pagina ufficiale del sensore MSRH per cilindri V250CE, con relativa scheda tecnica.
Il manuale MRC2 allegato contiene inoltre gli schemi di collegamento e le istruzioni per il controllo di sensori Reed, elettronici PNP/NPN e per la verifica del campo magnetico del cilindro.
