Guía del Estudiante de la asignatura de Automatización Industrial

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1 Guía del Estudiante de la asignatura de Automatización Industrial Curso TERCER CURSO DE GRADO EN INGENIERÍA ELECTRONICA INDUSTRIAL Y AUTOMATICA E.U.I.T.I. de Bilbao Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Profesora: Ainhoa Etxebarria Egizabal Profesor: Rafael Bárcena Ruiz

2 INDICE 1. FICHA DE LA ASIGNATURA CONTEXTUALIZACION DE LA ASIGNATURA Carácter de la asignatura La asignatura de automatización Industrial en el Grado Contextualización de las competencias: Objetivos de aprendizaje Prerrequisitos para cursar con éxito la asignatura Contextualización respecto a otras asignaturas PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Temario... 6 Tema 1: Introducción al control de procesos industriales. (4 horas)... 7 Prácticas de laboratorio asociadas al tema 1:... 7 Prácticas de aula asociadas al tema Tema 2: Componentes hardware para la medida y control de procesos: sensores, actuadores, convertidores AD/DA y módulos digitales de entrada salida. (5 horas) Prácticas de laboratorio asociadas al tema Prácticas de aula asociadas al tema Tema 3: Implementación de algoritmos de control en PACs utilizando entornos de programación de alto nivel (18 horas)... 9 Prácticas de laboratorio asociadas al tema Prácticas de aula asociadas al tema Resultados del aprendizaje Recursos, evaluación y métodos docentes para alcanzar las competencias Temporización y carga de trabajo Criterios e Instrumentos de calificación Referencias bibliográficas

3 1. FICHA DE LA ASIGNATURA Asignatura: Automatización Industrial Centro: Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Bilbao Departamento: Tecnología Electrónica Año académico: 2014/15 Curso: 3º Cuatrimestre: 2º Idioma en que se imparte: Castellano Carácter: Obligatoria Créditos ECTS: 6C Módulo al que pertenece: Electrónica Industrial Coordinador de asignatura: Ainhoa Etxebarria Egiazabal Responsable asignatura Grupo: Rafael Bárcena Ruiz 2. CONTEXTUALIZACION DE LA ASIGNATURA 2.1. Carácter de la asignatura. La automatización industrial que se estudiará en esta asignatura está basada en la implementación de sistemas digitales para control de sistemas industriales, ya que los automatismos secuenciales se tratan en otras asignaturas del grado. El proceso de implementación de sistemas digitales para el control de procesos industriales conlleva tres fases que pueden resumirse en: 1) Selección del controlador digital y ajuste del mismo mediante simulación, 2) selección de la plataforma hardware digital en la que se implementará el controlador y, finalmente, 3) la implementación y el ajuste óptimo del mismo. En las dos últimas fases, es fundamental el proceso de medida de las variables que tomarán parte en el control. Como puede sospecharse a partir de la denominación de la asignatura, Automatización Industrial (AI), se concluye que esos aspectos son los que deben tratarse en la misma a lo largo del curso. Los sistemas digitales de control que se describen en esta asignatura permiten desarrollar el proceso completo de diseño e implementación en un mismo entorno de programación (Mathworks). Dicho entorno incluye numerosas herramientas de diseño y programación para sistemas computerizados de adquisición de datos y control. Estas herramientas se utilizan normalmente en base a un entorno grafico y de manera autónoma, lo que define al de MathWorks como un sistema de muy alto nivel de 2

4 programación. Existen otros entornos alternativos de este tipo, como por ejemplo, el de National Instruments. Teniendo en cuenta los objetivos de la asignatura, el énfasis se va a poner en la gestión de estas herramientas de programación, la utilización del sistema de adquisición de datos y en el correcto ajuste del controlador digital. Para lograr con éxito la implementación del controlador en el sistema digital, deben dominarse conceptos básicos teóricos de control digital, así como su interpretación y aplicación física. Estos aspectos serán tratados en profundidad en las clases teóricas La asignatura de automatización Industrial en el Grado Contextualización de las competencias: Objetivos de aprendizaje. Automatización Industrial es una asignatura de carácter obligatorio que se cursa en el segundo cuatrimestre del tercer curso del grado Ingeniería Electrónica Industrial y Automática (BOE Num.26, lunes 31 de enero de 2011). Consta de 6 créditos de los cuales 3 son teóricos, 1,5 son prácticas de aula y 1,5 prácticas de laboratorio. El grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática habilita para poder ejercer la profesión de Ingeniero Técnico Industrial en la especialidad de Electrónica Industrial, ya que cumple con los requisitos establecidos en la orden CIN 351/2009 de 9 de febrero. Por ello, el objetivo de la titulación es formar a los estudiantes para que adquieran las competencias necesarias para el ejercicio de la profesión. Es por ello, que las competencias de la titulación incluyen las de la mencionada orden CIN 351/2009. Asímismo, se incluyen otras competencias de carácter transversal que se consideran básicas para la formación del graduado. Todas estas competencias se identifican mediante una numeración (de C1 a C14) que quede consultarse en el siguiente enlace: Estas competencias se adquieren en los diferentes módulos que componen el grado, de acuerdo con la tipología de las materias que lo componen y el curso en el que estas materias se imparten. De igual manera, cada uno de estos módulos debe trabajar sus competencias específicas que desemboquen en el logro de las competencias de titulación. Dichas competencias por módulos pueden consultarse en BOE Num 44, 20 de febrero de Así, la asignatura de Automatización industrial, perteneciente al módulo de tecnología específica electrónica industrial deberá orientarse para que el alumnado desarrolle las siguientes competencias: 3

5 Competencias de Titulación: C.1. Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial, en electrónica industrial, la construcción, reparación, conservación, fabricación, instalación, montaje o explotación de: instalaciones eléctricas y electrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación y automatización. C.2. Capacidad para la dirección, de las actividades objeto de los proyectos de ingeniería descritos en el epígrafe anterior. C.3. Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. C.4. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial, tecnología específica electrónica industrial. C.5. Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos. C.10. Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar. C.13. Aplicar las estrategias propias de la metodología científica: analizar la situación problemática cualitativa y cuantitativamente, plantear hipótesis y soluciones utilizando los modelos propios de la ingeniería industrial, especialidad electrónica industrial. Competencias del Módulo de Tecnología Específica: Electrónica Industrial. TEEOI.8. Conocimientos de regulación automática y técnicas de control y su aplicación a la automatización industrial. TEEOI.11. Capacidad para diseñar sistemas de control y automatización industrial. Finalmente, se definen las competencias de la asignatura cuyo objetivo es trabajar la materia y competencias propias de la asignatura de Automatización Electrónica a la vez que las de titulación y módulo descritas anteriormente. Competencias de la asignatura de Automatización Electrónica: AI.1. (incluye TEEOI.8, C3, C4, C5, C10, C13): Conocer los aspectos prácticos del control digital para su aplicación en sistemas en tiempo real. AI.2. (incluye TEEOI.11, C1, C2, C3, C4, C5, C10, C13): Analizar el sistema y el entorno sobre el que se quiere implantar el sistema de medida y control, en base a seleccionar el hardware y software adecuado. AI.3. (incluye TEEOI.11, C4, C10, C13): Estructurar adecuadamente la programación para un sistema de medida y control en tiempo real, tratando de lograr el uso óptimo de los recursos disponibles. AI.4. (incluye TEEOI.11, C4, C5, C10): Utilizar los recursos que ofrecen los entornos de programación en las distintas fases de la aplicación, como son: a) El desarrollo de la aplicación. b) La búsqueda y solución de errores. c) La distribución de la aplicación. AI.5. (incluye TEEOI.11, C1, C2, C5, C10, C13): Aprovechar convenientemente las potencialidades del hardware, utilizado en las aplicaciones de control y medida dentro de un entorno industrial. 4

6 Prerrequisitos para cursar con éxito la asignatura. La Automatización Industrial es una materia interdisciplinar, para la cual resulta imprescindible dominar las siguientes competencias: Competencias del módulo de Formación Básica: FB.1, FB.2, trabajadas en las asignaturas Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería y Fundamentos Físicos de la Ingeniería, respectivamente. Competencias del módulo común de la Rama Industrial: CRI.4, CRI.5, CRI6, trabajadas en las asignaturas de Circuitos Eléctricos, Electrónica Industrial y Automatismos y control, respectivamente. Competencias del módulo de Tecnología específica, Electrónica Industrial: TEEOI.5, TEEOI.7 TEEOI 8 y TEEOI 10, trabajadas en las asignaturas de Instrumentación Electrónica y Regulación Automática e Informática Industrial, respectivamente Contextualización respecto a otras asignaturas. Tal y como se ha expuesto en el apartado anterior, el carácter interdisciplinar de la asignatura de AI hace que sea una asignatura donde se integran competencias, conocimientos y habilidades de asignaturas cursadas (expuestas en el apartado anterior y en el presente) y, asignaturas que se cursan en paralelo como Sistemas Electrónicos Digitales, Instrumentación Electrónica y Robótica. Asímismo, y por la misma razón, las asignaturas de cuarto curso para las que resulta necesaria son: Diseño y construcción de equipos aplicados a la Electrónica Industrial, Sistemas Digitales de Control, Modelado y Simulación de Sistemas y Trabajo fin de Grado. Finalmente, es una asignatura interesante para aquellos alumnos que deseen cursar el Máster Oficial en Sistemas Electrónicos Avanzados, ya que se plantea como un Máster que pretende dar continuidad al alumnado de la titulación de Ingeniero Técnico Industrial, especialidad en Electrónica Industrial y/o del Grado en Electrónica Industrial y Automática. 3. PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Como sabemos ya, el programa de la asignatura está enfocado hacia el desarrollo de competencias para la futura profesión de Ingeniero Técnico Industrial, especialidad electrónica, tal y como se ha presentado en el apartado Contextualización de las competencias. En base a ello se presenta, en los siguientes apartados, la organización de la asignatura teniendo en cuenta las características del grupo de estudiantes, la naturaleza práctica, aplicada y multidisciplinar de la materia y las necesidades de aprendizaje mencionadas. 5

7 3.1. Temario. El temario de la asignatura está dividido en tres bloques (temas); los necesarios para el proceso de diseño e implementación de sistemas industriales de medida y control de procesos. El primer bloque se dedica a dar una visión de conjunto. El alumnado recibe una descripción del contexto industrial de las aplicaciones de interés, así como de las plataformas electrónicas que hoy en día se utilizan para su gestión. También se introducen los entornos de programación más habituales utilizados con dichos sistemas, así como las metodologías de diseño, simulación e implementación de los controladores necesarios. Finalmente, se plantea conceptualmente la descripción de los sistemas determinísticos de tiempo real, en los que se basa una buena parte de las soluciones tecnológicas utilizadas hoy en día. El segundo bloque presenta los componentes hardware periféricos utilizados en la medida y control de procesos industriales. Dichos elementos, junto con las plataformas de procesamiento descritas en el primer bloque, constituyen la base física de las soluciones industriales de mayor interés. En concreto, se describe sucintamente un amplio abanico de sensores, actuadores y hardware de entrada salida. Después, se profundiza en el conocimiento de los elementos periféricos de uso habitual en el control de máquinas eléctricas giratorias, dado que el proyecto de la asignatura se centra el control de velocidad de un motor de corriente continua. Dicho motor está dotado de un encoder y es alimentado por un puente en H, gestionado mediante señales moduladas en ancho de pulso (PWM). El tercer bloque temático se dedica a todo lo relacionado con el diseño, ajuste e implementación de algoritmos de control sobre Controladores de Automatización Programables (PAC). Dichas plataformas están sustituyendo a un buen ritmo los Controladores Lógicos Programables (PLC) del entorno industrial, debido a su mayor rendimiento y flexibilidad de programación. Estas ventajas se derivan de que los mencionados PACs disfrutan de una arquitectura interna compatible con las computadoras personales, pero están dotados de la estabilidad y resistencia de los PLC clásicos, así como del determinismo que proporciona su sistema operativo en tiempo real. Dicha flexibilidad de programación permite, por otro lado, utilizar los PAC con la moderna metodología de prototipado rápido de controladores. Dichas metodología habilita comprobar rápidamente el rendimiento real de un algoritmo de control industrial, cuando se aplica al sistema de interés mediante el hardware elegido. El bloque se completa con un curso "clásico" de introducción al análisis y diseño de controladores digitales. Durante dicho curso (apartados ) se pondrá especial énfasis en el 6

8 estudio del control computerizado de maquinas eléctricas giratorias. Dicha aplicación, de gran importancia en el contexto industrial, es asimismo el leitmotiv del proyecto de la asignatura. Tema 1: Introducción al control de procesos industriales. (4 horas) Arquitectura de la automatización industrial: Automatización directa, Automatización de proceso Procedimiento de diseño para la implementación de controladores para la automatización industrial Plataformas de desarrollo software para el proceso de diseño, simulación e implementación del controlador Plataformas target para la implementación de controladores Sistemas en tiempo real. Prácticas de laboratorio asociadas al tema 1: Sesión 0: PL 0 Entorno de programación MathWorks (1h): El objetivo de esta práctica es recordar los conceptos e instrucciones básicas del entorno de Matlab, utilizado en otras asignaturas. Sesión 1: PL 1a: Entorno de programación MathWorks. El objetivo de esta práctica es familiarizarse con el entorno software con los que se trabajará a lo largo de la asignatura. En esta práctica únicamente se realizarán simulaciones numéricas con Simulink (MathWorks). Sesión 2: PL 1b: Gestión de sistemas en tiempo real para prototipado rápido de controladores (MathWorks). El objetivo de esta práctica es familiarizarse con la estructura hardware y software de un sistema en tiempo real para el prototipado rápido de controladores. Veremos la herramienta xpctarget (MathWorks). La plataforma electrónica a utilizar será una computadora x86. Prácticas de aula asociadas al tema 1: PA 1: Debate: Automatización versus desempleo. PA 2: Presentación de las práctica 1a y 1b de laboratorio. PA 3: Análisis del concepto de sistemas en tiempo real. Ejemplos ilustrativos. 7

9 Tema 2: Componentes hardware para la medida y control de procesos: sensores, actuadores, convertidores AD/DA y módulos digitales de entrada salida. (5 horas). 2.1 Análisis de señales de actuadores y sensores. 2.2 Hardware de adquisición y generación de señales analógicas. Conversión AD y DA. 2.3 Hardware de adquisición y generación de señales digitales. Puertos I/O. Prácticas de laboratorio asociadas al tema 2: Sesión 3: PL 2a: Sistemas para la generación de señales analógicas. El objetivo es familiarizarse con el entorno hardware y software del sistema de generación de señales basado en MathWorks y tarjetas DAQ de National Instruments. En esta práctica se generarán señales senoidales de las características deseadas, que se comprueban después con el osciloscopio. Sesión 3: PL 2b: Sistema para la adquisición de señales analógicas. Esta práctica es continuación de la anterior pero, en este caso, el objetivo será adquirir correctamente cierta señal (creada con el generador de señal) y observar las consecuencias de la elección de un incorrecto periodo de muestreo. También se trabajarán las diferentes opciones de almacenamiento de datos para su posterior tratamiento numérico. Sesión 4: PL 2c: Análisis de señales para el control de motor CC: PWM. Se trata de generar una señal PWM y comprobar con el osciloscopio la frecuencia base y el duty cycle. Sesión 4: PL 2d: Análisis de señales para el control de motor CC: Encoder. Se trata de adquirir una señal proveniente de un encoder y procesarla para obtener la posición y/o velocidad de la máquina eléctrica que la genera. Prácticas de aula asociadas al tema 2: PA 4: Análisis mediante puzzle de los sensores, actuadores y drives más utilizados en la automatización industrial: encoder óptico, puente en H y motores. Generación de WIKI. PA 5: Ejercicios sobre muestreo y reconstrucción. Análisis frecuencial. PA 6: Presentación de las prácticas 2a y 2b de laboratorio. PA 7: Preguntas y observaciones sobre las prácticas 2a y 2b de laboratorio. PA 8: Presentación de las prácticas 2c y 2d de laboratorio. PA 9: Preguntas y observaciones sobre las prácticas 2c y 2d de laboratorio. 8

10 Tema 3: Implementación de algoritmos de control en PACs utilizando entornos de programación de alto nivel (18 horas). 3.1 Controladores de Automatización Programables (PAC) en el contexto industrial: programación, prototipado rápido de controladores, entornos de simulación numérica y generación automática de código, targeting, control remoto de PACs. 3.2 Sistemas de control en tiempo discreto: sistemas de control digital, la transformada Z, funciones de transferencia pulso, sistemas de datos muestreados. 3.3 Análisis de sistemas discretos: análisis de estabilidad, análisis de la respuesta transitoria y en el permanente, raíces dominantes de la ecuación característica, selección del periodo de muestreo. 3.4 Diseño de sistemas de control digital: diseño en continua y discretización de controladores, diseño de compensadores discretos, mediante métodos convencionales. 3.5 Control PID digital: descripción conceptual, métodos convencionales de ajuste. 3.6 Diseño de controladores digitales basado en el lugar de las raíces. 3.7 Diseño de controladores digitales en el dominio de la frecuencia. 3.8 Diseño directo en discreto: método analítico. Prácticas de laboratorio asociadas al tema 3: Sesión 5: PL 3a: Ajuste del controlador PID para el control de un motor CC: Mediante método de diseño en continua y discretización. En esta práctica se proporciona un modelo para los motores del laboratorio (drive+actuador+sensor) y, a partir de él, se ajustará el controlador según lo visto en clase. Asimismo, se comprobará su comportamiento mediante simulaciones numéricas con las herramienta software de MathWorks. Sesión 6: PL 3b: Implementación RT del controlador. Una vez elegido el mejor ajuste del controlador, se procederá a la implementación hardware utilizando los sistemas de prototipado rápido de controladores en tiempo real visto en la practica 2. Prácticas de aula asociadas al tema 3: PA 10: Ejercicios aplicados del Tema 3, exposición y corrección. Ajuste del controlador para el motor CC de las practicas de laboratorio proyecto. PA 11: Presentación de las práctica 3a y 3b de laboratorio. PA 12: Preguntas y observaciones de las prácticas 3a y 3b de laboratorio. 9

11 3.2 Resultados del aprendizaje. Los resultados de aprendizaje que se esperan obtener son: Objetivos conceptuales: 1. Conocer los principios operativos y funcionales de los sistemas modernos de medida y control digitales en el contexto industrial. 2. Conocer las técnicas de adquisición y procesamiento de datos. 3. Conocer las técnicas para el ajuste de controladores digitales. 4. Conocer las técnicas de prototipado rápido de controladores sobre PAC. Objetivos procedimentales, asociados a las competencias : 1. Desarrollar la capacidad de aplicar una adecuada técnica de diseño, desarrollo e implementación de sistemas de control en el entorno industrial. El proceso abarca desde la fase de diseño a la implementación práctica, tanto desde la perspectiva hardware, como software. 2. Utilizar con precisión las herramientas y entornos de trabajo disponibles en la actualidad, orientados al diseño e implementación de sistemas de control. 3. Conocer la operatividad y funcionalidad de la instrumentación disponible en el laboratorio. 4. Ajustar eficazmente un controlador digital. 5. Analizar ventajas y desventajas de diferentes herramientas de diseño. 6. Analizar ventajas y desventajas de diferentes soportes hardware para la implementación de controladores digitales. 7. Interpretar fluidamente hojas de datos y catálogos de los fabricantes. 8. Manjar con soltura los manuales de cualquier herramienta software. 9. Adquirir destreza en la búsqueda de información asociada a las especificaciones de un diseño. 10. Saber transmitir y comunicar los resultados técnicos de cualquier actividad. 11. Saber analizar los resultados obtenido y actuar en consecuencia. Objetivos actitudinales: 1. Adquirir la capacidad para trabajar cooperativamente en la resolución de problemas y realización de proyectos. Valorar el trabajo individual y en equipo. 2. Asumir responsabilidades y compromisos, tanto en el trabajo personal, como en equipo. 3. Colaborar en el mantenimiento y buen uso del material del laboratorio. 4. Valorar la actualización de conocimientos mediante formación continua en ingeniería. 10

12 3.3. Recursos, evaluación y métodos docentes para alcanzar las competencias. En este apartado se presenta, por un lado, la metodología de enseñanza aprendizaje para lograr las competencias asociadas a la asignatura. Por otro, los recursos de que se disponen para llevar a cabo las mismas. Las actividades propuestas para alcanzar las competencias son: Actividad 1: Puzzle (Competencias AI2, AI5):. El puzzle es un método para trabajar conceptos en modo aprendizaje cooperativo. Se harán grupos de 3 personas, ya que son tres los temas a analizar: encoder, PWM y motor. Cada componente del grupo preparará uno de los temas, siguiendo un guión proporcionado por el profesorado y material bibliográfico recomendado. Así, cada uno de ellos se convertirá en experto de uno de los temas. Esta labor deberá llevarse a cabo en las horas de trabajo personal. En horas de clase se reunirán los expertos de cada tema para poner en común la información recabada (grupo máximo de 4 personas. Si se excede, se generarán varios grupos de expertos). A continuación, los expertos vuelven a sus grupos y explicarán a sus compañeros su tema. Los expertos tomarán nota de las dudas/preguntas de sus compañeros, para tenerlas en cuenta a la hora de elaborar el informe final. Este consistirá en una WIKI realizada por los expertos de cada tema, es decir, se generará una única WIKI sobre el encoder, otra sobre las señales PWM y otra sobre los motores. Los encargados de dar cuerpo a la misma serán los expertos de cada tema. Todos tendrán acceso a la plataforma para completar la WIKI. Deberán ponerse de acuerdo en estructura y contenido. Esto lo realizarán en sus horas de trabajo personal. En este informe final (WIKI), los expertos de cada grupo habrán añadido las consideraciones realizadas por sus compañeros. Una vez finalizada la WIKI, el profesorado realizará los comentarios correctivos pertinentes en el aula que permitan la evaluación del trabajo realizado. Actividad 2: Aprendizaje basado en problemas (Competencias AI1, AI2, AI5): Los temas dos y tres, llevan asociados una batería de problemas cuya orientación es completamente práctica. La actividad se desarrolla en grupos de tres. Cada componente del grupo debe acudir al aula con los ejercicios resueltos y sus aportaciones personales. En el aula, ponen en común los resultados y cada grupo presenta un único informe. A continuación, se les proporciona una solución diseñada por el profesor que deben analizar y comparar con lo propuesto por ellos. Finalmente, cada grupo presentará sus dudas y aportaciones a toda la clase. Se discuten de manera que cada persona pueda evaluar el trabajo realizado. 11

13 Actividad 3: Aprendizaje basado en experimentación (Competencias AI1, AI3, AI4): Cada uno de los temas que componen la asignatura lleva asociado una, o varias, prácticas de laboratorio. El alumnado deberá acudir al laboratorio con la práctica trabajada, es decir, con los cálculos teóricos y las anotaciones oportunas. Para facilitar esta labor, se expondrá en la Práctica de Aula anterior a la práctica de laboratorio las claves para finalizar con éxito la práctica. En el laboratorio, se realizará la sesión práctica y se deberá entregar, al finalizar la misma, el trabajo realizado previamente a la sesión de laboratorio, así como los resultados experimentales obtenidos. En el plazo de una semana, deberá entregar un informe detallado de la práctica, que contendrá: estudio teórico, cálculos teóricos, simulaciones, resultados experimentales, conclusiones y aportaciones (como inquietudes, ampliaciones,...) y referencias bibliográficas. Una vez recogidos los informes, el profesor expondrá en clase los resultados que debían haberse obtenido y conclusiones sobre los informes entregados. Cada grupo, analizará sus resultados y se expondrán en el aula los comentarios necesarios. Se estima un número de 6 grupos por cada sesión de laboratorio. Por cada puesto de laboratorio estará operativo un ordenador, osciloscopio, generador de señales, un polímetro, un motor y los cables necesarios. Cada grupo será responsable del buen estado del material asignado. Actividad 4: Aprendizaje basado en proyecto (Competencias AI1, AI2, AI3, AI4, AI5): En el proyecto se aglutinan conceptos, tanto teóricos como prácticos, y competencias que el alumnado va adquiriendo a lo largo del desarrollo del mismo, aportándole así un enfoque global de la disciplina. Una vez definido el proyecto a realizar, su desarrollo debe constar de, básicamente, tres bloques. El primero se basa en el análisis del sensor o transductor elegido, los medios materiales (dispositivos y herramientas) disponibles y señales a tratar, así como los documentales. Seguidamente, se lleva a cabo el proceso de diseño del sistema completo, de tal modo que satisfaga las necesidades planteadas y las simulaciones necesarias. Finalmente, el tercer bloque consiste en la edición de los documentos. El resultado del trabajo debe quedar reflejado en un breve informe y una exposición ante el resto de compañeros. Es de especial importancia que el alumnado exponga en clase frente a sus compañeros un resumen del mismo. Esto le permite entrenar habilidades imprescindibles en la mayoría de los campos profesionales, como la de hablar en público, organizar una presentación oral, o sintetizar las principales conclusiones de un trabajo técnico. El proyecto se plantea como la optimización de un sistema digital basado en PAC, para el control de velocidad de un motor DC. La propuesta consiste en plantear un problema abierto de diseño que los diversos grupos deben resolver. El objetivo es ofrecer la mejor solución de control, considerando los diversos aspectos del rendimiento dinámico del sistema. 12

14 A lo largo de los temas, los equipos podrán ir desarrollando las partes del proyecto, según se vayan trabajando en las clases magistrales y las prácticas de aula. Asimismo, deberán ir enfocando cada práctica de laboratorio a la consecución del proyecto. Es decir, partiendo de la base que es la práctica reglada, deberán buscar nuevas aportaciones que enriquezcan el proyecto. Se utilizarán las horas de tutorías para asegurar que cada parte del proyecto se va desarrollando en tiempo. Para ello, se asignará una hora a cada grupo para que presente al profesor los trabajos realizados hasta la fecha. Las clases de la última semana se utilizarán para la presentación de los trabajos, tal y como se indica en la sección 3.4. Temporización y carga de trabajo. En la misma, el profesorado apuntará los puntos débiles, si los hubiera, que deba mejorar cada grupo. Debido a la matrícula de la asignatura y el material disponible en el laboratorio los grupos serán de 2 3 personas. Para llevar a cabo estas actividades se dispone de los recursos de las clases magistrales y prácticas, tanto de aula como de laboratorio y tutorías. Clases magistrales: En estas horas se presentarán los temas a tratar, se explicarán los conceptos fundamentales y se expondrá la bibliografía disponible para completar las actividades propuestas. La clase magistral teórica en aula es el procedimiento básico de la enseñanza universitaria y el vehículo para transmitir de forma ordenada y progresiva el conjunto de contenidos que forma el programa de la asignatura. Es una herramienta necesaria para dar unidad y coherencia a la materia y sus bases conceptuales que permitirán el desarrollo de las competencias. Es muy importante que el alumnado no se limite al estudio de los apuntes tomados en clase, pues el adecuado manejo y búsqueda de material bibliográfico es una de las competencias esenciales que deben adquirirse. Prácticas de aula: Como complemento a las clases teóricas deberán existir clases prácticas, cuyo núcleo sea la realización de ejercicios y problemas, basados en los conocimientos teóricos impartidos que permitan desarrollar las competencias inherentes a la asignatura. También se utilizan estas sesiones para presentar las diversas sesiones de practicas de laboratorio. Estas clases deben ser ágiles y muy participativas. Para ello, es imprescindible que los alumnos hayan trabajado previamente las cuestiones planteadas. También es necesario que sean las soluciones propuestas por ellos las que se debatan en clase. Este es un mecanismo adecuado para fomentar la capacidad crítica en los estudiantes, planteando la existencia de diferentes soluciones, así como discutiendo las ventajas e inconvenientes de la aplicación de diferentes técnicas a un mismo problema. 13

15 Prácticas de laboratorio: Las prácticas de laboratorio resultan esenciales para la adquisición de las competencias asociadas a la asignatura. Permite que el alumno revise experimentalmente las técnicas de diseño y medida de los sistemas propuestos en clase. Es en el laboratorio donde el alumno se familiariza con el principio de funcionamiento de los dispositivos y sus aplicaciones y con los equipos de instrumentos necesarios para implementar y verificar dichos sistemas. Además apreciará las dificultades prácticas de los sistemas estudiados inicialmente de manera teórica, así como las limitaciones y errores de los sistemas de medida. La realización de cada práctica no se limita al tiempo que los estudiantes permanecen en el laboratorio, sino que conlleva una fase previa de preparación con trabajo personal. Para ello los guiones de prácticas estarán disponibles con suficiente anticipación. Tutorías: Las tutorías, o consultas individuales del alumnado al profesorado, son una actividad complementaria que conviene destacar y potenciar, ya que flexibiliza la rigidez habitual de las clases y facilita el acercamiento entre alumnos y profesores. El alumnado podrá establecer contacto de forma personal con el profesorado para resolver sus dudas y orientar adecuadamente sus esfuerzos. Las horas de tutoría también deben utilizarse para tratar cuestiones controvertidas derivadas de la discusión en grupo y para realizar pruebas en el laboratorio. Igualmente, servirán para orientar la profundización de aquellos recursos que hayan elegido para llevar a cabo el proyecto. 14

16 3.4. Temporización y carga de trabajo. La asignatura tiene asignados 6 créditos x 25 horas crédito: 150 horas de dedicación. De esas 150 horas, presenciales son 4 por semana (de media) que se dedicarán a exposiciones magistrales, prácticas de aula y prácticas de laboratorio, que suman 60 horas. Así, se disponen de 90 horas a repartir entre tutorías organizadas, preparación del examen, y trabajo personal (que podrá incluir tutorías). Para la preparación del examen final, se estiman 15 horas adicionales, si se ha llevado la asignatura al día. Las horas restantes, 75, deberá completarlas el alumnado con su trabajo personal. El trabajo de la asignatura está organizado de forma que todas las semanas del cuatrimestre lleven asociada, aproximadamente, la misma carga. Así, el alumnado deberá invertir entre 5 y 5,5 horas de media para trabajo personal a lo lardo de cada una de las 15 semanas del curso. Las tareas en a las que el alumnado deberá dedicar tiempo son: a) Relacionadas con prácticas de laboratorio: preparación previa e informe posterior. b) Relacionadas con las clases magistrales: lecturas de artículos y bibliografía para completar apuntes. c) Relacionadas con las prácticas de aula de resolución de ejercicios: preparación previa y ajuste posterior d) Relacionadas con el proyecto: consulta de bibliografía, simulaciones, diseños,, preparación de informe y, preparación de presentación. e) Tutorías: establecidas por el profesorado y personales. A continuación, se propone una propuesta explicita para la temporización de la asignatura. Debe tomarse a nivel orientativo, ya que la asignación horaria depende de los conocimientos previos del alumnado. Asimismo, los horarios dependen de la asignación de grupos de aula y laboratorio. Para este ejemplo de temporización, he considerado, aleatoriamente, un alumno que pertenece al grupo GA2 y al GL3. 15

17 Semana Tipo de dedicación Lunes (2h. GL3) Martes Miércoles (2h. M.) Jueves (2h. GA2) Viernes Horas 1 26/01/ Aula/laboratorio Sesión 0. PL0 (1 h.) Presentación. (1h). Tema 1. (1 h.) T. Personal 1 h estudio Tema 1. 1 h Estudio preparación PL 1a+1b (PA2). PA2. (1 h.) 4,00 2,00 2 Aula/laboratorio Tema /02 T. Personal 3 1h estudio Tema 1. 1h estudio Tema 1 3,00 1h preparación PL1a. Aula/laboratorio Sesión 1. PL 1a. Tema 1 PA1+PA3 6,00 09/02 T. Personal 4 1h informe PL1a. 1h estudio Tema 1. 1h estudio Tema 1 1h estudio PA1+PA3. 6,00 1h proyecto. 1h preparación PA1+PA3. Aula/laboratorio Tema 1+Tema2 2 16/02 T. Personal 5 1h informe PL1a. 1h estudio Tema 1+2 1h estudio Tema 1+2 4,00 (entrega) 1h preparación PL1b. Aula/laboratorio Sesión 2. PL1b. Tema 2 PA 4+PA6 6,00 23/02 T. Personal 1h informe PL1b. 1h estudio Tema 2. 1h estudio Tema 2 1h estudio PA4+PA6. 6,00 1h proyecto. 1h preparación PA4+PA6 16

18 Aula/laboratorio Tema h estudio Tema 2. 1h estudio Tema 2. 4,00 02/03 T. Personal 1h preparación PL2a+b. 1h proyecto Aula/laboratorio Sesión 3. PL2a+b. Tema 2 PA5+PA7+PA8 6,00 7 1h informe PL2a+b. 1h estudio Tema 2. 1h estudio Tema 2 5,00 09/03 T. Personal 1h proyecto. 1h preparación PA5+7+8 Aula/laboratorio Tema h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 4,00 16/03 T. Personal 1h preparación PL2c+d. 1h proyecto Aula/laboratorio Sesión 4. PL2c+d. Tema 3 PA9+PA10 +PA11 6,00 9 1h informe PL2c+d. 1h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 6,00 23/03 T. Personal 1h proyecto. 1h preparación PA h proyecto. Aula/laboratorio Tema h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 4,00 30/03 T. Personal 1h preparación PL3a 1h tutorización proyecto 06/04 Vacaciones Primavera 17

19 Aula/laboratorio Sesión 5. PL3a. Tema 3 PA 10+PA12 6, h informe PL3a. 1h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 6,00 13/04 T. Personal 1h proyecto. 1h preparación PA h proyecto. Aula/laboratorio Tema h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 4,00 20/04 T. Personal 1h preparación PL3b 1h tutorización proyecto Aula/laboratorio Sesión 6. PL3b. Tema 3 PA 10+PA12 01 may 6, h informe PL3b. 1h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 2h preparación 6,00 27/04 T. Personal 1h proyecto. 1h preparación PA h proyecto. proyecto. Aula/laboratorio Tema h estudio Tema 3. 1h estudio Tema 3. 2h preparación 6,00 04/05 T. Personal 3h preparación proyecto 1h tutorización proyecto proyecto. 15 Aula/laboratorio Sesión de labo para preparación del proyecto. Presentación proyectos. de Presentación proyectos. de 6,00 11/05 3 h presentación y 1h Anotaciones 1h Anotaciones 5,00 T. Personal documentación de proyecto. presentaciones. presentaciones. 18

20 3.5. Criterios e Instrumentos de calificación. El alumno obtendrá una calificación que indicará el nivel alcanzado en las competencias que tenía por objetivo la asignatura. Para graduarlo, se utilizarán los siguientes recursos: 1. Un examen escrito e individual; cuya aportación a la nota final será del 70% y donde se calificarán todas las competencias. Dichas competencias se calificarán a partir de los tres apartados que contendrá la prueba: cuestiones teóricas, caso práctico, problema de programación. Cada apartado aportará en diferente porcentaje a la calificación de cada competencia según la Tabla 1. Competencia Criterio de calificación Instrumento de calificación AI 1 1. Selecciona justificadamente el método Cuestiones teóricas (40%). utilizado para el ajuste del controlador discreto Caso práctico (30%). y realiza correctamente los cálculos. 2. Selecciona justificadamente el método de Programación (30%). discretización y realiza correctamente los cálculos. Nota final % 20% AI 2 1. Realiza un análisis exhaustivo del sistema y el Cuestiones teóricas (40%). entorno sobre el que se quiere implantar el Caso práctico (30%). sistema de medida y control 2. Realiza un análisis exhaustivo sobre el tipo Programación (30%). de señales a adquirir y generar. 3. Justifica de forma razonada el hardware seleccionado y los recursos del mismo para la fase de diseño. 20% AI 3 AI 4 1. Desarrolla un algoritmo de control adecuado. Cuestiones teóricas (40%). 2. Implementa adecuadamente la programación Caso práctico (30%). para la aplicación. Programación (30%). 1. Destreza en el manejo de la herramienta y Cuestiones teóricas (40%). solvencia para la búsqueda de errores y Caso práctico (30%). soluciones 2. Solución para usuario final sencillo de Programación (30%). manejar y entender 20% 20% AI 5 1. Analiza las ventajas e inconvenientes para la Cuestiones teóricas (40%). implementación del sistema en diferentes Caso práctico (30%). plataformas hardware industriales. 2. Selecciona adecuadamente el hardware Programación (30%). industrial idóneo para una aplicación concreta. Tabla 1 20% 19