Comment fonctionne la maintenance prédictive des moteurs ? Capteurs de vibrations autonomes Viezo Sonora

La maintenance prédictive des moteurs consiste à surveiller régulièrement leur état technique réel et à détecter les changements précédant une panne. Les capteurs Viezo Sonora mesurent les vibrations et la température de la machine, transmettent les données à la passerelle puis au cloud, tandis que le système analyse les tendances et les composantes caractéristiques du signal. Lorsqu’une anomalie persistante apparaît et indique une usure des roulements, un déséquilibre, un désalignement ou un jeu mécanique, le service de maintenance reçoit les informations nécessaires pour planifier une inspection et une réparation.

Cela ne signifie pas qu’il est possible de prévoir la date exacte de défaillance de chaque composant. L’objectif est de détecter le plus tôt possible la dégradation de l’état de la machine, de suivre la vitesse d’évolution de l’anomalie et d’effectuer les travaux de maintenance avant un arrêt incontrôlé de la production.

Les moteurs et les systèmes qu’ils entraînent représentent une part importante de la consommation mondiale d’électricité. Dans les sites industriels, ils sont notamment utilisés dans les pompes, ventilateurs, compresseurs, convoyeurs, mélangeurs, machines-outils et lignes de production. La panne d’un seul moteur peut donc arrêter non seulement une machine, mais également l’ensemble du processus technologique associé.

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Comment fonctionne la maintenance prédictive des moteurs électriques ?

Quelle est la différence entre la maintenance prédictive et la maintenance préventive ?

Dans le cadre d’une maintenance réactive, la réparation n’est effectuée qu’après l’apparition d’une panne. Cette approche peut être justifiée pour des équipements peu coûteux et non critiques, dont l’arrêt n’a pas d’impact significatif sur la production. Pour les moteurs essentiels, le risque est toutefois beaucoup plus important.

La maintenance préventive repose sur un calendrier. Les roulements, joints ou autres composants sont contrôlés ou remplacés après un nombre d’heures défini, indépendamment de leur état réel. Cela réduit le nombre de pannes, mais peut conduire au remplacement prématuré de pièces encore fonctionnelles ou à la non-détection d’un défaut se développant entre deux inspections.

La maintenance prédictive utilise les données provenant de la machine. La décision d’effectuer une inspection, une réparation ou un remplacement est prise sur la base de l’évolution de paramètres tels que :

• l’accélération vibratoire ;
• la valeur RMS ;
• les fréquences caractéristiques ;
• les harmoniques de la fréquence de rotation ;
• la température du carter ;
• le courant consommé par le moteur ;
• la vitesse d’évolution des valeurs dans le temps ;

Stratégie de maintenance	Moment d’intervention	Principale limite
Réactive	Après l’apparition d’une panne	Arrêt imprévu et risque de dommages secondaires
Préventive	Selon un calendrier	Absence d’informations complètes sur l’état réel des composants
Prédictive	Après détection d’une dégradation de l’état	Nécessite des mesures fiables et une interprétation correcte des données

Pourquoi les vibrations permettent-elles d’évaluer l’état du moteur ?

Toute machine tournante en fonctionnement génère des vibrations. Leur présence ne signifie pas automatiquement qu’une panne est en cours. Ce sont les variations du niveau, de la répartition des fréquences et des relations entre les différentes composantes du signal qui sont importantes.

Un rotor déséquilibré produit une signature vibratoire différente de celle d’une détérioration de la piste d’un roulement. Un défaut d’alignement des arbres peut augmenter les composantes liées à la fréquence de rotation, tandis que les jeux mécaniques entraînent souvent l’apparition de nombreuses harmoniques. Les défauts des éléments roulants peuvent se manifester dans des plages de fréquences plus élevées.

Un diagnostic correct ne doit pas reposer uniquement sur une seule valeur. Il convient de prendre en compte :

• la vitesse de rotation du moteur ;
• la charge actuelle ;
• le mode de fixation de l’équipement ;
• le type de roulements ;
• l’influence de la pompe, du ventilateur, du réducteur ou d’une autre machine ;
• la direction de mesure ;
• les changements observés sur une période prolongée.

C’est pourquoi la tendance est particulièrement importante dans la maintenance prédictive. Une augmentation ponctuelle des vibrations peut résulter d’un choc, d’une variation temporaire de la charge ou d’un processus réalisé à proximité. Le système doit reconnaître les changements durables et répétitifs qui se développent au fil des mesures successives.

Comment fonctionne la mesure des vibrations avec un capteur Viezo Sonora ?

Sonora est un système autonome de surveillance de l’état des machines tournantes. Le capteur est installé directement sur le carter de l’équipement contrôlé et enregistre régulièrement les données relatives aux vibrations et à la température.

Dans ce cas, le terme « autonome » désigne principalement l’alimentation du capteur par batterie, l’exécution automatique des mesures et la transmission sans fil des données. Il ne s’agit pas d’un système câblé nécessitant l’acheminement de l’alimentation et du réseau de communication vers chaque point de mesure.

Paramètre du capteur Sonora	Caractéristique déclarée
Alimentation	Batterie
Autonomie déclarée	Jusqu’à 5 ans
Fréquence des mesures	Une fois par heure en standard
Plage de l’accéléromètre	Jusqu’à 25 kHz
Mesure de la température	Oui
Communication avec la passerelle	Bluetooth
Indice de protection	IP66
Température de fonctionnement déclarée	De -30°C à +80°C
Montage	Adhésif et aimant

Les mesures régulières réalisées pendant toute la durée d’exploitation assurent une surveillance continue de l’état de l’équipement. Cela ne doit toutefois pas être confondu avec une transmission ininterrompue du signal vibratoire complet 24 heures sur 24. Dans la configuration standard, le capteur réalise les mesures de manière périodique.

Enregistrement des vibrations et de la température sur le carter de la machine

L’accéléromètre enregistre les vibrations transmises au carter du moteur ou au corps de l’équipement surveillé. À partir de l’accélération mesurée, il est possible de calculer les caractéristiques du signal utilisées pour évaluer l’état technique.

La surveillance simultanée de la température permet d’identifier les situations dans lesquelles l’augmentation des vibrations s’accompagne d’une hausse de la température du carter. Cela peut notamment se produire en cas de frottement excessif, de dégradation de la lubrification, de surcharge ou de problème de refroidissement.

Transmission des données vers le cloud par l’intermédiaire de la passerelle

Le capteur transmet les données à une passerelle de communication située à proximité. La communication entre le capteur et la passerelle s’effectue sans fil via Bluetooth. La passerelle peut ensuite transmettre les données au cloud.

Cette architecture limite la nécessité de tirer des câbles entre chaque moteur et l’armoire de commande. Cela est particulièrement important dans les usines en fonctionnement, où l’installation d’un nouveau câblage nécessiterait l’arrêt des machines ou une intervention sur l’automatisation existante.

Analyse des tendances, spectre FFT et génération d’alertes

Le signal collecté peut être analysé dans les domaines temporel et fréquentiel. Le signal temporel montre comment la valeur des vibrations a évolué pendant la mesure. La transformée FFT convertit ce signal en un spectre indiquant les fréquences auxquelles apparaissent les composantes vibratoires importantes.

Le système peut notamment analyser :

• l’évolution de la valeur RMS ;
• le développement des harmoniques ;
• l’énergie dans des bandes de fréquences définies ;
• l’évolution des fréquences dominantes ;
• la répétabilité des anomalies ;
• la vitesse de dégradation de l’état de l’équipement ;
• la relation entre la température et les vibrations.

Les résultats sont disponibles dans une interface en ligne. En cas de détection d’anomalies persistantes, le système peut générer une alerte envoyée par e-mail ou par SMS.

Quels défauts des moteurs peuvent être détectés à partir des vibrations ?

Le diagnostic vibratoire des machines tournantes est particulièrement utile pour détecter les défauts mécaniques. L’étendue des défauts pouvant être identifiés dépend de l’emplacement du capteur, de la qualité du signal, de la vitesse de rotation, de la conception de l’équipement et du niveau de développement du défaut.

Usure et détérioration des roulements

Les détériorations des pistes, des éléments roulants ou de la cage peuvent générer des impulsions caractéristiques et des composantes à haute fréquence. À mesure que le défaut progresse, le niveau vibratoire, le nombre d’harmoniques et l’énergie dans certaines bandes du spectre peuvent augmenter.

Le problème ne résulte pas nécessairement de l’usure naturelle. Les roulements peuvent être endommagés en raison :

• d’une lubrification incorrecte ;
• de contaminations ;
• d’une tension excessive des courroies ;
• d’un défaut d’alignement ;
• d’un montage incorrect ;
• d’une surcharge ;
• du passage de courants de roulement ;
• des vibrations transmises par la machine entraînée.

La détection précoce des changements permet de contrôler la lubrification, les jeux et l’alignement avant le grippage du roulement et l’endommagement de l’arbre, des flasques ou du bobinage.

Déséquilibre du rotor ou du ventilateur

Le déséquilibre correspond à une répartition irrégulière de la masse par rapport à l’axe de rotation. Il peut concerner le rotor du moteur, le ventilateur, la poulie, l’accouplement ou un outil monté sur l’arbre.

Un signal typique est l’augmentation des vibrations liées à la fréquence de rotation. Elle peut être provoquée par l’encrassement du ventilateur, une perte de matière, une pale endommagée, le déplacement d’un composant ou un équilibrage incorrect après une réparation.

Désalignement des arbres et détérioration de l’accouplement

Un désalignement se produit lorsque l’arbre du moteur et celui de la machine entraînée ne sont pas positionnés sur le même axe correct. Il peut être parallèle, angulaire ou combiner les deux types d’écart.

Les conséquences peuvent inclure :

• une augmentation des vibrations axiales et radiales ;
• une usure accélérée des roulements ;
• un échauffement de l’accouplement ;
• une détérioration des joints ;
• une augmentation de la charge sur les arbres ;
• une hausse du courant consommé par le moteur.

Le simple remplacement des roulements sans correction du désalignement peut entraîner une réapparition rapide du défaut.

Jeux mécaniques, résonance et erreurs de montage

Des boulons de fondation desserrés, un support endommagé, un appui incorrect ou du jeu au niveau d’une liaison peuvent provoquer une réponse non linéaire de la machine et une augmentation de nombreuses harmoniques.

Une augmentation des vibrations peut également résulter d’un phénomène de résonance, c’est-à-dire d’un fonctionnement à proximité de la fréquence propre de la structure. Dans ce cas, le remplacement du moteur ne résoudra pas le problème si la source se trouve dans le support, le châssis ou le réseau de tuyauterie.

La surveillance des vibrations peut également révéler des anomalies apparaissant immédiatement après le montage, telles que :

• un alignement incorrect de l’accouplement ;
• une fixation desserrée ;
• des contraintes de tuyauterie transmises à la pompe ;
• un roulement mal monté ;
• une courroie excessivement tendue ;
• un composant déséquilibré monté sur l’arbre.

Que signifient les valeurs RMS, la FFT et les harmoniques vibratoires ?

La valeur RMS est la valeur efficace du signal et permet de décrire de manière simplifiée son niveau énergétique global. Une augmentation de la valeur RMS peut indiquer une dégradation de l’état de la machine, mais ne permet pas à elle seule d’identifier le type de défaut.

La FFT, ou transformée de Fourier rapide, convertit le signal temporel en spectre de fréquences. Il est ainsi possible de vérifier si l’augmentation des vibrations se produit à la fréquence de rotation, à ses multiples ou dans des bandes supérieures associées, par exemple, aux roulements.

Les harmoniques sont des composantes apparaissant à des multiples de la fréquence fondamentale. Leur disposition et leur amplitude peuvent aider à détecter des jeux mécaniques, un désalignement ou d’autres perturbations périodiques.

L’interprétation doit également tenir compte de l’évolution de la vitesse du moteur. Dans le cas d’un entraînement avec variateur de fréquence, la fréquence de rotation peut varier avec la vitesse de consigne, ce qui peut également déplacer certaines composantes du spectre.

Où installer un capteur de vibrations sur un moteur ?

Le capteur doit être installé sur une partie rigide du carter, aussi près que possible du roulement surveillé. Le signal doit être transmis directement par la structure, sans passer par des protections flexibles ni par des éléments minces en tôle.

Lors du choix de l’emplacement, il convient de prendre en compte :

• la position du roulement côté entraînement ;
• la position du roulement côté opposé à l’entraînement ;
• l’accès à la surface de montage ;
• la température du carter ;
• le risque de choc accidentel sur le capteur ;
• la portée de communication avec la passerelle ;
• la possibilité d’effectuer le montage en toute sécurité.

La surface doit être débarrassée de la peinture décollée, de l’huile et des salissures. La fixation doit être stable, car une modification du mode de montage peut influencer le signal enregistré et compliquer la comparaison des mesures successives.

Le diagnostic vibratoire détecte-t-il toutes les pannes d’un moteur ?

Non. Le diagnostic vibratoire est très efficace pour évaluer de nombreux défauts mécaniques, mais il ne remplace pas toutes les autres méthodes de contrôle d’un moteur.

Une évaluation plus complète peut également nécessiter :

• la mesure de la résistance des enroulements ;
• la mesure de la résistance d’isolement ;
• des tests de courts-circuits entre spires ;
• l’analyse du courant du moteur ;
• la thermographie ;
• le contrôle du codeur ou du résolveur ;
• le diagnostic du variateur de fréquence ;
• la mesure des jeux de l’arbre ;
• le contrôle du lubrifiant et des roulements ;
• un essai dynamique sous charge.

Par exemple, une dégradation de l’isolation des enroulements peut ne pas provoquer immédiatement de modification nette des vibrations. De même, un défaut du variateur de fréquence ou du système de commande peut influencer le fonctionnement de l’entraînement sans produire de signature mécanique typique.

Si la surveillance indique une dégradation de l’état du moteur, il est recommandé de combiner l’analyse vibratoire avec des mesures électriques et un contrôle de la machine entraînée.

Comment mettre en œuvre le diagnostic vibratoire des moteurs et réagir aux alertes ?

Quels moteurs doivent être surveillés en priorité ?

Tous les moteurs d’un site ne nécessitent pas le même niveau de surveillance. Il convient de surveiller en priorité les équipements dont la panne aurait les conséquences les plus importantes sur la production, la qualité ou la sécurité.

La priorité doit être accordée :

• aux moteurs ne disposant pas d’une unité de secours ;
• aux entraînements fonctionnant en continu ;
• aux moteurs difficiles d’accès pendant le fonctionnement ;
• aux entraînements de pompes, ventilateurs et compresseurs critiques pour le processus ;
• aux moteurs présentant de longs délais de livraison ;
• aux équipements dont la panne arrête toute la ligne ;
• aux entraînements fonctionnant à haute température ou dans un environnement poussiéreux ;
• aux machines ayant déjà présenté des problèmes de roulements ;
• aux moteurs récemment réparés ou modernisés ;
• aux systèmes associés à un coût élevé de perte de production.

La préparation d’une liste des équipements et l’attribution d’un niveau de criticité constituent un bon point de départ. Il convient de prendre en compte les conséquences de la panne, la disponibilité des pièces, le temps de remplacement, les ressources nécessaires et la possibilité d’utiliser un entraînement de secours.

Comment définir le niveau de référence correct des vibrations ?

Il n’existe pas de niveau de vibration unique adapté à tous les moteurs. Un petit moteur monté sur un support rigide, un grand ventilateur et une pompe fonctionnant sous charge variable présenteront des caractéristiques différentes.

Lors de l’évaluation, il convient de tenir compte :

• de la vitesse de rotation ;
• du type de fondation ;
• du type de machine entraînée ;
• des conditions de charge ;
• des variations de vitesse imposées par le variateur de fréquence ;
• de la tendance historique de l’équipement concerné.

Les normes relatives à l’évaluation des vibrations des machines peuvent fournir des critères généraux, mais elles ne doivent pas remplacer l’analyse de la tendance propre à chaque équipement. Dans le cadre de la maintenance prédictive, il est particulièrement utile de savoir qu’un moteur donné commence à se comporter différemment qu’auparavant.

Que faire après avoir reçu une alerte du système Sonora ?

Une alerte doit déclencher un processus de diagnostic et non conduire automatiquement au remplacement du moteur. Il convient d’abord de confirmer les conditions dans lesquelles la mesure a été réalisée et de vérifier si le changement persiste lors des relevés suivants.

1. Contrôlez l’équipement et les conditions de fonctionnement. Déterminez la vitesse, la charge et l’état du processus au moment de la mesure.
2. Analysez la tendance. Vérifiez si le niveau de vibration augmente, reste stable ou revient aux valeurs précédentes.
3. Vérifiez l’emplacement de montage. Assurez-vous que le capteur n’a pas été déplacé ou desserré.
4. Effectuez une inspection visuelle. Contrôlez les fixations, l’accouplement, les courroies, le ventilateur, les fuites et la température.
5. Comparez les autres points du système. La source des vibrations peut être la pompe, le réducteur ou la structure, et non le moteur lui-même.
6. Planifiez des mesures complémentaires. Si nécessaire, effectuez des mesures avec un analyseur vibratoire portable ainsi que des tests électriques.
7. Déterminez le délai d’intervention. Établissez s’il est nécessaire d’intervenir immédiatement, de contrôler l’équipement lors du prochain arrêt ou de poursuivre la surveillance.

Changement observé	Cause possible	Action recommandée
Augmentation des vibrations à la fréquence de rotation	Déséquilibre du rotor, du ventilateur ou de la roue	Contrôle de l’encrassement, des fixations et de l’équilibrage
Augmentation des composantes axiales et des harmoniques	Désalignement ou détérioration de l’accouplement	Contrôle de l’alignement, de l’accouplement et de l’emplacement de montage
Augmentation des vibrations à haute fréquence	Dégradation progressive d’un roulement	Contrôle de la lubrification et diagnostic des roulements
Nombreuses harmoniques et signal instable	Jeu mécanique ou fixation desserrée	Contrôle des boulons, du support, du carter et des liaisons
Augmentation simultanée des vibrations et de la température	Frottement, surcharge ou dégradation du refroidissement	Contrôle des roulements, de la charge, de la ventilation et du courant
Modification du spectre après réglage du variateur de fréquence	Variation de vitesse ou fonctionnement dans une zone de résonance	Comparaison des données dans des conditions de vitesse similaires

Quand une simple surveillance suffit-elle et quand faut-il réparer le moteur ?

Une surveillance complémentaire peut être justifiée lorsque le changement est faible, ne progresse pas et que l’équipement ne présente aucune augmentation de température, de bruit ou d’autres symptômes. Il est toutefois nécessaire de définir la fréquence des contrôles suivants.

Une intervention de maintenance est recommandée lorsque :

• le niveau de vibration augmente régulièrement ;
• de nouvelles harmoniques apparaissent ;
• les vibrations s’accompagnent d’une hausse de la température ;
• le moteur devient plus bruyant ;
• des jeux apparaissent ;
• la consommation de courant augmente ;
• l’équipement perd en performance ;
• le défaut risque d’endommager des composants critiques de la machine ;

En cas de dégradation rapide d’un roulement, la poursuite du fonctionnement peut entraîner son grippage ainsi que l’endommagement de l’arbre, du rotor, du stator ou du carter. Une réparation initialement limitée au remplacement des roulements peut alors se transformer en une remise en état coûteuse de l’ensemble du moteur.

Quelles opérations de maintenance peuvent résulter de l’analyse vibratoire ?

L’étendue des travaux dépend de la source identifiée de l’anomalie. Le diagnostic vibratoire peut conduire à la réalisation d’opérations telles que :

• le remplacement des roulements ;
• la correction de la quantité ou du type de lubrifiant ;
• l’équilibrage du rotor ou du ventilateur ;
• l’alignement du moteur et de la machine ;
• le remplacement ou la remise en état de l’accouplement ;
• le resserrage des fixations ;
• la réparation du support ou de la fondation ;
• la correction de la tension des courroies ;
• la réparation de l’arbre ;
• le contrôle du réducteur ;
• la remise en état du bobinage ;
• le contrôle du variateur de fréquence et des paramètres de commande ;
• le test du moteur sous charge.

Il est recommandé de poursuivre la surveillance après la réparation. Une diminution des vibrations confirme l’efficacité des travaux réalisés, tandis que la persistance de l’anomalie peut indiquer que la cause initiale se situe en dehors du moteur.

Comment la maintenance prédictive réduit-elle les arrêts de production ?

Le principal avantage est la possibilité de déplacer la réparation du moment d’une panne imprévue vers un arrêt planifié. Le service de maintenance peut préparer à l’avance les pièces, les outils, le personnel et l’équipement de remplacement.

La surveillance permet également de réduire :

• le temps nécessaire pour rechercher la source du défaut ;
• le nombre de remplacements inutiles de composants encore fonctionnels ;
• l’étendue des dommages secondaires ;
• la nécessité de commander des pièces en urgence ;
• le risque d’arrêt des machines associées ;
• le coût des interventions de maintenance en urgence ;
• les pertes résultant de l’interruption de la production.

Pour le service de production, cela signifie une meilleure prévisibilité de la disponibilité des machines. Le service des achats dispose de plus de temps pour se procurer les pièces, tandis que le service de maintenance peut planifier la réparation en fonction de l’état réel de l’équipement.

Si les mesures Viezo Sonora indiquent une augmentation des vibrations, une usure progressive des roulements ou une autre anomalie, contactez RGB Elektronika. Nous vous aiderons à planifier le diagnostic et la réparation avant que le défaut n’entraîne un arrêt imprévu. —> Demander une réparation

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