Capitulo I

CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO
En la sociedad actual la tecnología sigue avanzando rápidamente y es
indispensable que los profesionales del futuro avancen de la misma manera.
Anteriormente, los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las
estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes,
quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses.
Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicos,
los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos
mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Un
caso específico Jacques de Vauncansosquien construyó varios músicos de
tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de
robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión.
Para el año 1750 surge la revolución industrial en la cual se origina la
nueva era de la automatización. En 1745, se crean las primeras Máquinas
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de tejido controladas por tarjetas perforadas, y posteriormente en 1770 se
crea la Hiladora giratoria de Hargreaves, en 1770 la hiladora mecánica de
Crompton, 1785 el telar mecánico de Cartwright, en esta época muchas de
las invenciones estaban dirigidas al sector de la producción textil, mas, sin
embargo La expansión fue favorecida por la mejora de las rutas de
transportes
y
posteriormente
por
el
nacimiento
del ferrocarril.
Las
innovaciones tecnológicas más importantes fueron la máquina de vapor y la
denominada Spinning Jenny, una potente máquina relacionada con la
industria textil. Estas nuevas máquinas favorecieron enormes incrementos en
la capacidad de producción.
La producción y desarrollo de nuevos modelos de maquinaria en las dos
primeras décadas del siglo XIX facilitó la manufactura en otras industrias e
incrementó también su producción. Entre 1817 y 1870 se desarrollaron
Máquinas especiales para corte de metal, en 1863 se crea el primer piano
automático, inventado por M. Fourneaux, en 1870 se crea el primer torno
automático, inventado por Christopher Spencer, en 1940 surgen los controles
hidráulicos, neumáticos y electrónicos para máquinas de corte automáticas,
entre 1945 y 1948 John Parsons comienza la investigación sobre control
numérico, entre 1960 y 1972 Se desarrollan técnicas de control numérico
directo y manufactura computadorizada.
Por lo expuesto en la pequeña reseña anterior se puede decir que todos
los procesos de automatismo como los telares, ferrocarriles, calculadoras, se
realizaban de forma manual luego se utilizarontecnologías analógicas;
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posteriormente, a procesos total y enteramente digitales.
Con respecto a lossistemas embebidos son un sistema de computación
diseñado
para
realizar
una
o
algunas
pocas
funciones dedicadas
frecuentemente en un sistema de computación en tiempo real. Los sistemas
embebidos se utilizan para usos muy diferentes a los usos generales a los
que se suelen someter a las computadoras personales. En un sistema
embebido la mayoría de los componentes se encuentran incluidos en la
placa base (la tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.) aunque muchas veces
los dispositivos no lucen como computadoras, por ejemplo relojes de taxi,
registradores, controles de acceso entre otras múltiples aplicaciones.
En la actualidad, o
l s Módulos de simulación se han convertido en una
excelente herramienta para mejorar la comprensión y el aprendizaje de
diversos temas complejos en algunas áreas de enseñanza, puesto que estos
permitir tener una experiencia lo más cercana a la realidad, por lo cual es
indispensable lograr tener esas experiencias en las prácticas de laboratorio.
Por lo antes expuesto es un deseo manifestado por parte de las
universidades privadas de expansión, desarrollo y mejoramiento de la
educación superior para los estudiantes de Ingeniería Electrónica; razón por
la cual, se han planteado por intermedio de sus voceros principales, como
objetivo el desarrollo de un sistema embebido para la implementación de un
control PID en los módulos de simulación del laboratorio de electrónica, cuyo
propósito sea mejorar el desempeño de los estudiantes al momento de
enfrentarse con controladores digitales y, de igual forma,incrementar el
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número de posibilidades de las practicas no solo al ensayo del proceso de
control sino también de testeo de múltiples variables controladas y el análisis
dinámico de los datos, simulado en el proceso, como ocurre normalmente en
una planta de control de distintos procesos en la industria.
Por esos motivos, entre otros posibles, resulta importante, que los
estudiantes de INGENIERÍA ELECTRÓNICA Mención: A UTOMATIZACIÓN Y
CONTROL trabajen en sus prácticas de laboratorio con tecnologías digitales
ya que al momento que estos salgan a ejercer en el campo laboral la mayor
parte de los instrumentos de control que van a utilizar serán enteramente
digitales.
De no resolver esta necesidad las generaciones de egresados de la
carrera de Electrónica saldrán con elementales conocimientos de cómo
podrían realizar los procesos de control en una planta de automatización real
y por tal motivo, su competitividad será mucho menor que otros egresados de
alguna otra institución de educación superior tanto regional como nacional
y/o extranjera.
1.1. Formulación del problema
De acuerdo con lo anteriormente planteado, es pertinente preguntarse:
¿Cómo desarrollar un controlador embebido para los módulos de simulación
de procesos del laboratorio de electrónica?
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2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
2.1. General
Desarrollar un controlador embebido para los módulos de simulación de
procesos del laboratorio de electrónica de una universidad privada de la
Parroquia Juana de Ávila de Maracaibo. .
2.2. Específicos
Determinar los requerimientos necesarios para implementación del control
PID en los módulos de simulación.
Diseñar el circuito electrónico que se adapte a los módulos de simulación.
Diseñar el software necesario que permita aplicar el control PID al proceso
de simulación.
Construir el prototipo final que cumpla con las especificaciones del sistema
planteado.
Realizar pruebas para verificar el correcto funcionamiento del sistema.
3. JUSTIFICACIÓN
Durante el desarrollo de esta investigación se desea actualizar una de
lasáreas de mayor importancia en el aprendizaje de la carrera de Ingeniería
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en Electrónica, Mención Automatización y Control de procesos, la cual es el
Laboratorio de Sistemas de Control, donde los estudiantes realizan prácticas
con una serie de módulos que simulan procesos industriales, realizando
diversos ensayos por ejemplo: Control de Nivel, Control de Angulo de un
motor; control de Temperatura y Control de Presión entre otros; en la cual
obtienen sus primeras experiencias con controladores y plantas ind ustriales..
Desde el punto de vista teórico es importante señalar que el desarrollo de
dispositivos de control basados en tecnologías de microcontroladores se ha
convertido en una necesidad dentro de la industria ya que le ofrecen
mayores prestaciones y mejoras a nivel productivo con un bajo coste; por
esta razón se espera dejar un aporte teórico a futuras investigaciones
relacionadas con el desarrollo de controladores embebidos.
En el sentido práctico es importante resaltar que
todos los procesos
mencionados anteriormente son analógicos por lo que esta investigación
está orientada a la construcción de nuevos controladores PID digitales para
los módulos de simulación
de procesos ubicados en un Laboratorio de
Controles utilizados por los estudiantes de Ingeniería en Electrónica de
Instituciones Privadas de la localidad objeto de estudio, con la finalidad de
que los estudiantes trabajen con tecnologías mas acertadas a lo que
posiblemente encontraran en la industria y de esa forma cumplir con una
formación más completa de acuerdo a las exigencias del campo laboral.
En el área social, es importante resaltar la relevancia del desarrollo de
nuevos dispositivos de control que permitan aumentar la seguridad y
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productividad a nivel industrial. El avance de las tecnologías en la sociedad
hace que muchas empresas, estén automatizando sus procesos industriales
lo cual brinda una mayor competitividad y control de la calidad del proceso
productivo con respecto a otras empresas de la misma línea. Por lo expuesto
anteriormente, es importante resaltar que la mejora en la calidad de la
preparación de los estudiantes de Ingeniería en Electrónica proporcionado
por esta investigación le permitirá a los futuros profesionales desenvolverse
apropiadamente en su área laboral contribuyendo al desarrollo de la
sociedad a nivel tecnológico y económico.
De igual manera, esta investigación sejustifica en forma metodológica,ya
que muchas empresas tienen éxito en sus obje tivos por la implantación de
dispositivos de control embebido. De esta forma, constituyen a un campo
esencial de estudio en automatización y control de procesos. Por esta razón,
esta investigación servirá de modelo a otros investigadores que deseen
irrumpir en el diseño de nuevos dispositivos de control basados en
tecnologías de microcontroladores.
4. DELIMITACIÓN
El presente estudio se efectúa académicamente en la sede de la URBE;
ubicada en la Avenida 16 (Guajira), cruce con Circunvalación 2; Sector Plaza
de Toros de Maracaibo, Parroquia Juana de Ávila en el Municipio Autónomo
Maracaibo-Zulia. Para ello, se acude a las clases teórico – prácticas donde
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se permita realizar las pruebas pertinentes en busca de los resultados
deseables.
La propuesta Investigativa se desarrolla en tres (03) periodos académicos
comprendidos entre Abril 2011 y Marzo 2012.
El área temática referida es el
control de procesos industriales y el
campo de aplicación es Desarrollo de un sistema embebido para la
implementación de control PID en los módulos se simulación del laboratorio
de electrónica de la URBE.
Los autores que fundamentan teóricamente el estudio son, entre otros:
•
Ingeniería de Control Moderna, KatsuhikoOgata. 1993.
•
Sistemas de Control Automático, Kuo. 1996.
•
Practical Arduino, Oxer Jonathan, Blemings Hugh. 2009.