Curso - Universidad Deusto

Curso
Titulación
Asignatura:
Semestre:
Curso:
2005-06
INGENIERO TECNICO INDUSTRIAL, ESPECIALIDAD EN
ELECTRONICA INDUSTRIAL
INFORMÁTICA INDUSTRIAL
Primero
Créditos T(Te+Pr):
Tercero
Tipo (T, Ob, Op, LE):
9
Troncal
1. Objetivos de la Asignatura
Generales
 El alumno deberá adquirir un amplio bagaje de conocimientos teóricos detallados sobre las
principales técnicas y aplicaciones de la informática y las comunicaciones en la industria.
 Los estudiantes tendrán que ser capaces de desarrollar aplicaciones en lenguaje C que
presenten un claro interés para el perfil profesional del ingeniero en electrónica industrial.
 Todos deberán manejar y programar en el laboratorio SCADAs, TADs, comunicaciones
punto a punto y comunicaciones mediante bus de campo.
 Se dedicará una atención especial a que el alumno demuestre responsabilidad en su trabajo
actual (que es aprender y formarse). Para ello se le pedirá que relacione y enlace los
conocimientos que adquiere en esta asignatura con las afines de los dos años anteriores
(principalmente electrónica, instrumentación, automatización y programación).
Específicos
 El alumno adquirirá una visión general sobre distintos sistemas de fabricación, sus tipologías
y los porqués de sus características.
 Como extensión práctica, el alumno desarrollará la habilidad de crear aplicaciones SCADA
reales con aplicaciones que se emplean en el mundo industrial: Factory Link (USDATA) y
WinCC (SIEMENS).
 Los estudiantes deberán adquirir todos los conocimientos teórico-prácticos necesarios para
comprender en profundidad las señales que se manejan en la industria, equipos para su
filtrado, adquisición, muestreo, tratamiento, distribución, TADs, etc.
 Con la ayuda de sus conocimientos y habilidades previas, tendrán que desarrollar la
habilidad de convertir los conocimientos recogidos en el punto anterior en programas que
puedan ejecutarse en un ordenador (el lenguaje que se usará es C).
 Los alumnos obtendrán una visión general sobre la teoría de comunicaciones y los modelos
de estandarización más significativos.
 Se pretende que los estudiantes adquieran una especial habilidad en el desarrollo de
comunicaciones industriales mediante la norma RS-232 y bajo el sistema operativo
Windows.
 El alumno deberá interiorizar las características especiales que tienen las comunicaciones
industriales.
 Deberán aprender los detalles característicos de un conjunto de buses de campo muy
relevantes en la industria: ASI, CAN, PROFIBUS, FIELDBUS FOUNDATION,...
 Trabajando en grupos en el laboratorio, deberán realizar programas para la comunicación
entre equipos industriales por medio de buses de campo (Profibus) mediante el lenguaje de
programación STEP7.
2. Temario de la Asignatura
Contenido Teórico
1. LA INFORMÁTICA INDUSTRIAL Y SU ENTORNO DE APLICACIÓN
1.1. Pirámide de automatización.
1.2. Redes de área local y buses de campo.
1.3. Sistemas de adquisición de datos.
1.4. Sistemas software para la supervisión y/o control de procesos.
1.5. Funciones en los sistemas de supervisión y/o control de procesos.
2. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
2.1. El control en los sistemas productivos.
2.2. Control de procesos por computador.
2.3. Tipos de sistemas de control.
3. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS SCADA
3.1. Introducción.
3.2. Funciones de un sistema SCADA.
3.3. Requerimientos de un sistema SCADA. Sistemas en tiempo real.
3.4. Elementos básicos de un SCADA.
3.5. Ejemplo de aplicación.
4. ALGUNOS SISTEMAS SCADA COMERCIALES
4.1. “FactoryLink”.
4.2. “INTOUCH”.
4.3. “WinCC”.
5. FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE SEÑALES
5.1. Señales.
5.2. Funciones en un sistema de adquisición y distribución de señales.
5.3. Principales elementos tecnológicos que concurren en la adquisición de señales
analógicas.
5.4. Principales elementos tecnológicos que concurren en la distribución de señales
analógicas.
5.5. Configuraciones típicas de los sistemas de adquisición y distribución de señales.
5.6. Adquisición y distribución de señales digitales.
6. SISTEMAS DE ADQUISICIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE SEÑALES BASADOS EN PC
6.1. Adquisición de datos por bus interno y externo.
6.2. “Polling”.
6.3. Interrupciones.
6.4. Acceso directo a memoria (DMA).
6.5. Sistemas de adquisición de datos por bus externo.
6.6. Conceptos de programación aplicados a la adquisición de datos.
7. TARJETAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
7.1. Conceptos básicos.
7.2. Estructura de las TADs.
7.3. Distintas configuraciones de las TADs.
7.4. Criterios de selección.
7.5. Conexionado.
7.6. Ejemplos de tarjetas comerciales.
8. CONCEPTOS BÁSICOS PARA LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
8.1. Introducción.
8.2. Componentes de un sistema de comunicaciones.
8.3. Protocolos de comunicaciones.
8.4. Métodos para compartir una línea de comunicaciones.
9. COMUNICACIÓN SERIE
9.1. Conceptos específicos de las comunicaciones serie.
9.2. Estándares RS-232, RS-422, RS-485.
9.3. Comunicaciones serie en Windows 95, 98, Me, XP y Windows NT, 2000.
10. REDES DE COMUNICACIÓN
10.1. Introducción.
10.2. Topologías para las redes de comunicación.
10.3. Normalización: El modelo de referencia OSI/ISO.
10.4. Otros modelos: El TCP/IP.
11. REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIALES
11.1. Comunicaciones y automatización industrial.
11.2. Clasificación de las redes industriales.
11.3. Modelos de comunicación.
12. REDES DE NIVEL DE CAMPO
12.1. Evolución de las comunicaciones en planta.
12.2. Buses de campo.
12.3. Niveles OSI en un bus de campo.
12.4. Gestión de un bus de campo.
12.5. Clasificación de las redes de comunicación de campo.
13. ESTÁNDARES DE REDES DE COMUNICACIÓN DE NIVEL DE CAMPO (I)
13.1. Protocolo de comunicación inteligente HART.
13.2. ASI (“Interfase sensor-actuador”).
13.3. CAN (“Controller Area Network”).
13.4. “Interbus”.
14. ESTÁNDARES DE REDES DE COMUNICACIÓN DE NIVEL DE CAMPO (II)
14.1. “World-Fip”.
14.2. “Profibus”.
14.3. “Fieldbus Foundation”.
Contenido Práctico
15. PROGRAMACIÓN CON WINCC
15.1. Introducción.
15.2. Propiedades del ordenador.
15.3. Administración de variables.
15.4. El diseñador gráfico.
15.5. Animaciones de los objetos.
15.6. Visualización de variables.
15.7. Configuración de alarmas.
15.8. El compilador de C.
15.9. Puesta en marcha de una aplicación.
16. PROGRAMACIÓN CON FACTORYLINK
16.1. Introducción.
16.2. Inicio de una aplicación nueva.
16.3. Elementos de dibujo.
16.4. Asignar un nombre a un objeto.
16.5. Las variables.
16.6. Animación básica para dibujos.
16.7. Ejemplo de objetos pre-dibujados.
16.8. Alarmas asociadas a una variable.
16.9. Gráficos de históricos.
16.10. Cambio de escalas automático.
16.11. Temporizadores.
16.12. Puesta en marcha de una aplicación.
16.13. Programación.
16.14. Captura de datos de dispositivos externos.
16.15. Ejercicio de aplicación.
17. ADQUISICIÓN DE DATOS MEDIANTE TADS
17.1. Desarrollo un programa para la adquisición y generación de señales digitales con
tarjetas de “Advantech”.
17.2. Desarrollo un programa para la adquisición y generación de señales analógicas con
tarjetas de “Advantech”.
17.3. Desarrollo un programa para la adquisición y generación de señales digitales con
tarjetas de “National Instruments”.
17.4. Desarrollo un programa para la adquisición y generación de señales analógicas con
tarjetas de “National Instruments”.
18. COMUNICACIONES ENTRE PLCS MEDIANTE PROFIBUS
18.1. Comunicaciones por Profibus en los autómatas de la serie S7-300/400 de Siemens.
18.2. Comunicaciones por medio del protocolo FDL.
18.3. Comunicaciones por medio del protocolo FMS.
3. Metodología de la Asignatura
La asignatura consta de 60 horas de clases de teoría, en las cuales se incluye la exposición
de los distintos temas y el desarrollo de problemas relacionados con los aspectos prácticos
que suscitan dichas materias. Es obligatoria la asistencia a clase en el grupo asignado por
Secretaría General.
Para el seguimiento de la asignatura se dispone de los correspondientes apuntes publicados
por la librería de esta Universidad divididos en varios volúmenes, en los exámenes se exigirá
tanto lo que figura en dichos apuntes como cualquier otra explicación que se proporcione
durante las clases de teoría y/o prácticas.
Existirá una página web donde, por medio de técnicas multimedia, se le proporcionará al
alumno información de consulta y ampliación, explicaciones de problemas, etc.
Además la asignatura cuenta con otras 30 horas de prácticas donde se enseña a realizar
aplicaciones con el SCADA “FactoryLink” y “WinCC”, tarjetas de adquisición de datos y
comunicaciones mediante “Profibus”. Durante el curso se exige el desarrollo de diversos
ejercicios que le suponen al alumno una carga de trabajo de aproximadamente 4 ó 5 horas
extras de laboratorio por semana.
Las prácticas se realizaran por parejas, estableciéndose éstas al principio del curso. Se
efectúan en el Laboratorio de Autómatas e Informática Industrial 019-L.
4. Evaluación
Teoría
El examen final representa el 70% de la nota total de la asignatura (existe la posibilidad que
durante el curso se plantee un examen parcial de la parte de la materia explicada hasta ese
momento). En él se evaluarán:
- Los conocimientos teóricos que se han adquirido durante el curso.
- Su habilidad para convertir problemas técnicos en secuencias lógicas de acciones a
desarrollar por un ordenador.
- La capacidad de relacionar conocimientos de ésta y otras asignaturas.
El examen teórico consta habitualmente de:
- Una o más preguntas en la que se debe desarrollar de forma extensa un tema de los
expuestos tanto en las clases de teoría como de laboratorio (prácticas).
- Una o más preguntas compuestas por cuatro o cinco cuestiones que deben ser
contestadas en forma resumida, debiendo el alumno sintetizar en pocas líneas los aspectos
más importantes que encierra dicha cuestión.
- Una o más preguntas en las que se busca que el alumno demuestre que comprende y
tiene perfectamente estructurado un aspecto teórico, normalmente se expresa mediante una
aplicación numérica o de programación relacionada con dicha cuestión teórica.
- Uno o más problemas (que pueden ser de programación) relacionados con los temas de la
asignatura y que también pueden apoyarse en los conocimientos de años pasados.
En total, un examen no constará de más de cinco preguntas y su duración será inferior a las
2 horas y media. Para aprobar la asignatura es necesario obtener al menos el 50% de los
puntos del examen de teoría.
Prácticas
La parte práctica representa el 30% de la nota total de la asignatura. El examen de prácticas
consta de dos partes:
La primera parte es un examen práctico de supervisión a resolver mediante “FactoryLink” o
“WinCC”. Para poder presentarse a este examen, el alumno deberá haber resuelto los
ejercicios propuestos en clase. El examen consistirá en desarrollar durante 40-60 minutos
una aplicación de supervisión sencilla. Esta parte tiene un peso sobre la nota total de la
asignatura de un 15%.
La segunda parte consiste en realizar un examen práctico, bien sobre comunicaciones entre
PLCs mediante el bus de campo “Profibus” o bien un programa de adquisición de datos
mediante TADs. Para poder presentarse a este examen, el alumno deberá haber resuelto
los ejercicios propuestos en clase. El examen consistirá en desarrollar durante 40-60
minutos un ejercicio de automatización y/o comunicaciones sencillo. Esta parte tiene un peso
sobre la nota total de la asignatura de un 15%.
Ambos exámenes de prácticas se efectuarán de forma individual. Para aprobar la asignatura
es necesario obtener al menos el 50% de los puntos del examen de prácticas.
Trabajos
En la actualidad no se considera la posibilidad de aprobar la parte teórica de la asignatura
mediante la realización de un trabajo escrito.
Sí es posible que durante el año se propongan trabajos en equipo (resolución de problemas,
programación,...) para desarrollar en casa y en clase, en los que se valorará no la solución
sino la responsabilidad colectiva en el proceso de aprendizaje.
5. Conocimientos específicos
El alumno debe tener conocimientos previos sobre los siguientes temas:
- Conocimientos básicos de electrónica analógica y digital.
- Funcionamiento de un ordenador y su arquitectura interna: memoria, CPU, buses,...
- Programación de autómatas de Siemens mediante el lenguaje STEP 7.
- Programación en lenguaje C: con especial énfasis en llamadas a funciones, paso de
parámetros por valor y por referencia, uso de estructuras y punteros, uso de librerías,
manejo de estructuras de datos: pilas, colas, listas enlazadas,...
- Manejo de números enteros y sus diversas formas de representación: binario,
complemento a dos, hexadecimal,...
6. Bibliografía
Básica
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ISA , 1992 Fundamentals of Industrial Control. Practical Guides for Measurement of Control..
ISA 
FRAN JOVIC , 1968 Process Control Systems. Principles of Design, Operation and Interfacing.
Second Ed.. Chapman & Hall 
BOYER, STUART A , 1993 SCADA : Supervisory control and data acquisition.. ISA 
RAMÓN PALLÁS ARENY , 1993 Adquisición y distribución de señales.. Marcombo 
R. RICO LÓPEZ, J.A. DE FRUTOS REDONDO , 1996 Sistemas de adquisición y tratamiento de
datos.. Servicio de Publicaciones de la Universidad Alcalá de Henares 
ALBERTO LEÓN-GARCÍA, INDRA WIDJAJA, 2001 Redes de Comunicación. Conceptos
fundamentales y arquitecturas básicas. Mc Graw-Hill
MICROSOFT , 1998 Referencia de funciones del API.. Microsoft 
BEHROUZ A. FOROUZAN, 2001 Transmisión de datos y redes de comunicaciones. 2ª Ed. Mc
Graw-Hill
INSTITUTO NACIONAL DE EMPLEO , 1995 Comunicaciones en el entorno industrial.. · Instituto
Nacional de Empleo 
De consulta
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W ILLIAM STALLINGS , 1997 Data and Computer Communications. 5ª Ed.. Prentice-Hall 
HALSALL, FRED , 1990 Data communications, computer networks and OSI.. Addison-Wesley 
NATIONAL SEMICONDUCTORS CORPORATION , 1994. NS 16550A Universal Asynchronous
receiver / Transmiter with FIFO. · National Semiconductors Corporation
http://www.profibus.com/data/technic , 1997
USDATA , 1998. Manuales de programación de FactoryLink.. Schneider Electric