1. DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura APLICACIONES DE AUTOMATIZACIÓN Carrera INGENIERÍA ELÈCTRICA Clave de la asignatura GOC 1306 (Créditos) SATCA 3 – 2 – 5 2. PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. La asignatura de aplicaciones de automatización, analiza diferentes propuestas para el desarrollo de proyectos de residencias profesionales, genera las competencias para: formular, gestionar y evaluar proyectos de control y automatización en el ámbito industrial y de investigación, proponiendo soluciones con tecnologías de vanguardia. También genera competencia al analizar, seleccionar e implementar sistemas de control y dispositivos que conlleven a solucionar el problema de automatización requerido. Finalmente se desarrollará la capacidad para aplicar herramientas computacionales de acuerdo a las tecnologías de vanguardia, para el diseño, simulación, monitoreo y operación de sistemas de control y automatización, acordes a la demanda del sector industrial y de servicios. Lo antes mencionado contribuye a la formación del perfil del Ingeniero Electricista, fomentando la colaboración de proyectos de investigación de sistemas de control y automatización para el desarrollo tecnológico Intención Didáctica Se organiza el temario, en cuatro unidades, agrupando los contenidos conceptuales de la asignatura en los primeros subtemas de cada unidad, posteriormente introduce al estudiante en la parte práctica desde la unidad uno, tratando de que este desarrolle un proyecto integral de la asignatura junto con otras áreas del área eléctrica. Al inicio del curso se abordan los temas básicos de la importancia e impacto de los sistemas de control y la automatización en varios ámbitos, así como los elementos que componen dicha área y como se pueden implementar mediante software; lo anterior siempre buscando una visión integral de este campo de estudio. En la segunda unidad se abordan algunas estructuras de control así como el uso de la computación y programas para realizar la implementación, adquisición de datos, así como para la creación de interfaces y elemento para sensar y/o automatizar diferentes procesos continuos. En la tercera unidad se realiza una introducción a los sensores, así como nociones básicas para la implementación de estos a procesos de automatización de procesos continuos. Por último en la cuarta unidad, se conjugan los conocimientos y elementos de automatización, control y sensores (vistos en unidades uno, dos y tres), para la implementación de procesos continuos mediante equipos de control como son NI ElVIS II, microcontroladores y PLC’s. El enfoque sugerido para la asignatura requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y control de variables y datos relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo; así mismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis síntesis con la intensión de generar una actividad intelectual compleja; por esta razón varias de las actividades prácticas se han descrito como actividades previas al tratamiento teórico de los temas, de manera que no sean una mera corroboración de lo visto previamente en clase, sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor solo guíe a sus estudiantes para que ellos hagan la elección de las variables a controlar y registrar, que aprendan a planificar, y se involucren en el proceso de planeación. La lista de actividades de aprendizaje no es exhaustiva, se sugieren incluir las necesarias para hacer significativo el aprendizaje. Algunas de las actividades sugeridas pueden hacerse como actividad extra clase y, una vez en el aula comenzar el análisis y discusión de los resultados observados. En las actividades sugeridas, generalmente se propone la formalización de los conceptos a partir de experiencias concretas; para esto el estudiante ya tendrá conocimiento de varios conceptos en forma concreta. Durante el desarrollo de las actividades programadas en la asignatura es muy importante que el estudiante aprenda a valorar las actividades que lleva particularmente a cabo y entienda que está construyendo su conocimiento, aprecie la importancia del mismo y los hábitos de trabajo; desarrolle la precisión y la curiosidad, al puntualidad, el entusiasmo y el interés, la tenacidad, la flexibilidad y la autonomía y en consecuencia actué de manera profesional. 3. COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Competencias genéricas: Analizar, evaluar y solucionar problemas de control y automatización de forma óptima, racional y eficiente dentro de los ámbitos industriales, de investigación o cualquier otra índole Competencias instrumentales: Capacidad de planificar y organizar Capacidad de análisis y síntesis Pensamiento crítico Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Expresión oral y escrita Solución de problemas Toma de decisiones Competencias interpersonales: Capacidad crítica y autocrítica Capacidad para comunicarse con profesionales de otras áreas. Trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones Habilidad de investigación Habilidad para trabajar en forma autónoma Capacidad de aprender Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Capacidad para diseñar y gestionar proyectos 4. HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Participantes Evento M.en I. David Huerta García Tlalnepantla de Baz, Estado M.en C. Francisco Chávez de México, del 09 de Enero Estrada al 13 de Enero del 2012 M.en C. Noel De La Cruz Ceballos 5. OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Elaboración de Programas de la Especialidad por competencias. Analizar, evaluar, seleccionar e implementar procesos de control y automatización, así, como aplicar en forma óptima, racional y eficiente dichos procesos en la industria, investigación y ámbitos de cualquier índole. 6. COMPETENCIAS PREVIAS Comprende las definiciones de los elementos y sistemas básicos de control. Conoce e identifica elementos de entrada y salida de sistemas de control. Comprende la contribución de los modos de control y sus combinaciones en los procesos, así como la selección de los mismos. Aplica técnicas de sintonización y optimización de controladores. Conoce las características operativas más importantes de los diferentes tipos de sensores, transductores, encoders, etc. Así como las recomendaciones de uso en catálogos. Conoce y diagnostica problemas en diferentes procesos. Investiga, analiza y relaciona nuevas tecnologías utilizando diversas fuentes de información, como internet, artículos científicos y revistas de corte científico. Utiliza paquetes computacionales para el análisis e interpretación de datos. 7. TEMARIO Unidad Temas Microcontrolador 1 2 Introducción a la automatización Subtemas 1.1 Conceptos básicos 1.2 Arquitectura, Características especiales y juego de instrucciones. 1.3 Uso de Software para en alto nivel. 1.4 Manejo de teclados y visualizadores. 1.5. Control de motores a pasos. 1.6 Comunicación serial RS232. 1.7 Manejo de interrupciones. 2.1Criterios de selección de equipos de control y automatización. 2.2 Protocolos básicos de comunicación. 2.3 Criterios de selección de interfases. 2.4 Análisis de casos. 3 4 3.1 Introducción al control automático. Implementaciones de control y 3.2 Estructuras de control. 3.3 Control mediante software de aplicación automatización 3.4 Control sobre un proceso continuo. Aplicación de Control y Automatización 4.1 Análisis y elaboración de arquitecturas para sistemas de control. (Control distribuido, scada, control por lotes, control de relación) 4.2 Implementación de un proceso en variables continuas. (Labview, Control Logix 5000, HMI, FESTO CPX, FPGA, Microcontroladores, Siemens, Control de movimiento) 4.3 Proyecto de aplicación de automatización y control. 8.SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Ejemplo: tutoriales de LabVIEW, NI ELVIS II, sensores, microcontroladores, PLC, etc. Poner a discusión las medidas tomadas, cuestionar los objetivos y los medios de haberlo realizado. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los alumnos. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Ejemplo: Control I, Control II, PLC’s Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la escritura y la expresión oral. Ejemplos: trabajar las actividades prácticas a través de guías escritas, redactar reportes e informes de las actividades de experimentación, exponer al grupo las conclusiones obtenidas durante las observaciones. Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo actividades prácticas, para contribuir a la formación de las competencias para el trabajo experimental como: identificación, manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, trabajo en equipo. Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, que en caminen hacia la investigación. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. 9. SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación de la asignatura se hará considerando el desempeño alcanzando en (aunque no necesariamente todos): Desarrollo de las prácticas en forma independiente o en equipos Reportes de investigación sobre temas de control y automatización relacionados con el curso Desarrollo de un proyecto que de solución a un problema de control y automatización de un proceso simple. Construcción de un prototipo del proyecto mencionado en el punto anterior. Examen escrito. 10. UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Microcontroladores Competencias específicas a desarrollar Conocer, analizar, programar y aplicar los microcontroladores básicos en circuitos de control. Además de interpretar la intercomunicación serial RS232 y el uso de la memoria EEPROM. Actividades de Aprendizaje Analizar y estudiar el set de instrucciones de un microcontrolador de arquitectura tipo RISC. Realizar algoritmos de programación elementales orientados a la solución de problemas básicos de control. Realizar la implementación física de los algoritmos de programación. Solucionar problemas de aplicación de casos, donde se interactúe al microcontrolador con el mundo exterior mediante el uso deinterfases de E/S de datos. Unidad 2: Introducción a la automatización Competencias específicas a desarrollar Analizar los aspectos fundamentales de la automatización, así como los elementos mediante los cuales se puede realizar la programación de controladores como son los PLC’s, microprocesadores, equipos como NI ELVIS II, etc. Actividades de Aprendizaje Realizar una investigación del estado del arte del control automático y sus aplicaciones. Investigar como se puede realizar la implementación de un sistema de control. Identificar y resaltar los aspectos importantes de elementos como son los microcontroladores, PLC’s NI ELVIS II, así como el software mediante el cual se programa cada uno de ellos. Unidad 3: Implementaciones de control y automatización Competencias específicas a desarrollar Evaluar estructuras de control, así como el software de aplicación según el controlador para ser aplicadas en un proyecto Analizar y aplicar las técnicas de Modulación de ancho de pulso, de variación de frecuencia y convertidores de energía usando las nuevas tecnologías Actividades de Aprendizaje Realizar una investigación sobre las distintas estructuras de control así como los aspectos fundamentales que las caracterizan. Realizar reportes sobre la programación de estructuras de control mediante software de aplicación ya sea LabView, Siemens, etc. Presentar la programación y el funcionamiento correcto de un proceso continuo. Unidad 4: Aplicación de control y automatización Competencias específicas a desarrollar Actividades de Aprendizaje Desarrollar e implementar un proyecto de automatización de un sistema continuo Seleccionar una aplicación real de un proceso de automatización Desarrollar la programación, simulación y construcción de dicho proyecto. 11. FUENTES DE INFORMACIÓN 1.- Katsushiko Ogata. Sistemas de control en tiempo discreto. Edit. Prentice Hall. 2.- Umez, Eronini, Dinámica de sistemas y control, Ed. Thompson Learning 3.- Smith, Carlos A. y Corripio, Armando B., Control automático de procesos. Teoría y práctica, Ed. Limusa 4.- Kuo, Benjamin C., Sistemas de control automático, Ed. Prentice Hall 5.- OgataKatsuhiko, Ingenieria de control moderna, Ed. Prentice Hall 6.- Barrientos, Antonio, Matía, Fernando, Sanz, Ricardo y Gamboa, Ernesto, Control de sistemas continuos, Problemas resueltos, Ed. Mc Graw Hill 7.- Pedro Ponce-Cruz, Fernando D. Ramírez-Figueroa, Intelligent Control Systems with LabVIEW Ed. Springer 8.- José R. Lajara Vizcaíno, J, PelegriSebastiá, LabVIEW Entorno gráfico de programación Ed. Marcomo 9.- M. Morris Mano, lógica digital y diseño de computadores, Ed. Prentice Hall 10.- Pallas Areny R. Sensores y acondicionadores de señal, Ed. Marcombo. 11.- Angulo Usastegui, J. M. Microcontroladores pic, diseño práctico de aplicaciones Mc Graw Hill. 12.- Manual PIC 16F873A, Microchip. 12. PRÁCTICAS PROPUESTAS 1. Introducción a MPLAB. 2. Control de temperatura. 3. Conociendo la plataforma NI ELVIS II. 4. La plataforma NI ELVIS II y LabVIEW. 5. Monitoreo de presión. 6. Monitoreo de temperatura. 7. Monitoreo de peso. 8. Medición de posición lineal (LVDT; acelerómeto) 9. Medición de posición angular (capacitancia; potenciómetro).