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pm
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Universidad Politécnica de Madrid
Health Monitoring:Siguiente paso hacia los
sistemas de mayor fiabilidadEduardo de la Torre
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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)
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Tercer Seminario Anual CEI
Mayo 2010
El camino hacia la fiabilidad
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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..)
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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)