Download - Health Monitoring - UPM
ce
i@u
pm
.es
Universidad Politécnica de Madrid
Health Monitoring:Siguiente paso hacia los
sistemas de mayor fiabilidadEduardo de la Torre
2
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Pero, ¿qué es Health Monitoring?
? Un análisis y un modelo
Enfermedad tropical
Un pronóstico
Una acción preventiva
Antipirético
Las técnicas de HEALTH MONITORING se basan en modelos o en indicios que permitan PRONOSTICAR fallos en los sistemas, antes de que se produzcan, permitiendo acciones correctivas diversas.
Por eso también se le llama Prognostic Health Monitoring (PHM)
3
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
El camino hacia la fiabilidad
4
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Proyecto EMA-HM
Motor EC-powermax 30 de Maxon. Tipo DC-brushless
Diseño de las técnicas y la lógica de PHM de un
actuador electromecánico para aplicaciones de aviónica (flaps, etc..)
5
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Aspectos analizados
Aspectos térmicos
Temperatura en devanados por
efecto Joule
Fricción en elementos mecánicos
Aspectos mecánicos
Desgaste/rotura de rodamientos
y engranajes
Holgura o histéresis mecánica
Nivel de engrase
Aspectos electrónicos y
eléctricos
Monitorización electrónica de
control
Cortocircuitos entre espiras de los devanados
6
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Precursores de fallo en sistemas electrónicosFuentes conmutadas Tensiones y corrientes a la salida
RizadoAnchura de pulsos del control (duty cycle)Corrientes de fugasTensiones y corrientes en las realimentacionesRuido RF
Cables y conectores Cambios de impedanciaDaño físicoRotura o perforación de aislantes y dieléctricos
Circuitos integrados (CMOS)
Corriente quiescente en alimentacionesRuido de corrienteVariaciones en los niveles lógicosVariaciones en la ‘firma’ de operación
VCOs Frecuencia de salidaDistorsión de fasePérdidas de potencia y de eficienciaRuido
Transistores (de potencia (o no integrados)
Corrientes de pérdidas por puertaResistencia de conducciónCorriente drenador-fuente de fugas
Condensadores Resistencia serie / corriente de fugasFactor de disipaciónRuido
Diodos Corriente inversaTensión de codoResistemcia térmicaDisipación de potenciaRuido
Puede que se estén midiendo ya!!
Puede que me sobreCPU o puertas!!
El modelo puede sersencillo (o no)
Puedo tomar accionesconsultivas solamente
M. Pecht, R. Radojcic, and G. Rao, Guidebook for Managing Silicon Chip Reliability,CRC Press, Boca Raton, FL, 1999.
7
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Parámetros, efectos, algoritmos
Corriente motor
Calentamiento en devanados Análisis valor medio
Sobrecarga Integración temp. de carga
Desgastes localizados
Análisis frecuencialmotor/reductor
Análisis lineal husillo
Cortocircuitos entre espiras Análisis temporal
Holgura Análisis temporal
Nivel de engraseValor medio corrientes
Derivada del escalón
Tensión alimentación Fallo general electrónica Análisis temporal
T/H sist. ControlCorrosión Integración temporal
Canario de la electrónica Watchdog del circuito
8
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Fuente de alimentación: los condensadores de filtro
Comp.Nuevo
Comp.Nuevo
ESRtESRo
Lectura en la gráfica Lectura en la gráfica
TficticiaTrealMedir
Medir yfiltrar
ESRt>
2·ESRo
ESRt
ESRo
TrealTficticia
ESR
TTrealTficticia
Lectura (ΔV,T)
T
ΔV
Rizado de Tensión filtrado
Temperaturadel
componente
FALLO
Referencia: Failure Prediction of electrolytic capacitors during operation of switchmode power supply. IEES, Nov. 1998
9
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Protección de la electrónica
Circuitos que trabajan en condiciones similares a los que se quiere proteger, y que se rompen
antes, avisando
Uso de ‘canarios’
‘Transistor downsizing’ para trabajar en condiciones de carga similares a las del transistor original, con rotura previa.
Condiciones operativas
• Pr: Temperatura o Punto de rocío en ºC• H: Humedad relativa• T: Temperatura en ºC
10
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Influencia de las condiciones de operación
Tiempo de vida
FalloDes
gast
e
t
Condiciones nominales
Tiempo de vidaesperado
FalloDes
gast
e
tTiempo de vida
real
Riesgo potencial sin HM
Tiempo de vida
FalloDes
gast
e
t
Posible reutilizacióncon HM
Guardemos la vida laboralde nuestros dispositivosen una flash!!
Tiempo de vidareal
Prognostics and Health Management of Electronics, Michael Pecht, Ed. Wiley, 2008
11
Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
Cómo convencer en el uso de PHM
Ing. fiabilidad
Tu MTBF puede mejorarse x100 o x1000
Ing. mantenimiento
Las inspecciones, sustituciones y reparaciones se van a reducir, se van a automatizar y se pueden prever
Dpto. costes
Te vas a ahorrar un dineral en inspecciones y lo vamos a poder vender más caro por su robustez
Investigadores
Modelos, tecnologías, sensado, procesamiento novedosos, en definitiva, ‘una aventura en el mundo de la investigación’ (J.M. Molina)