Electrónica y Control Industrial Plan de Estudios Programa de la Materia

Transcripción

1 Electrónica y Control Industrial Plan de Estudios 2006 Carrera: Ingeniería Industrial Programa de la Materia Ubicación en el Plan de Estudios: 5 Año 1 Cuatrimestre Carga Horaria: 8 horas/ semana Objetivos de la materia: El objetivo principal de la materia es de dotar de los conocimientos necesarios para que un Ingeniero Industrial pueda a acceder a las nuevas tecnologías en el manejo de procesos industriales, ya sea participando en el área de ingeniería de la compañía en el diseño de nuevas plantas o en el up-grade de existentes; o en la utilización de las mismas si profesionalmente se desarrolla en el área de producción. También es nuestro interés que los conocimientos puedan servir de base para futuros estudios superiores en esta disciplina. La materia la hemos divido en cuatro partes centrales, siendo estas las siguientes: Electrónica Analógica, Electrónica Digital, Instrumentación y Control. En la primera parte el alumno adquiere los conocimientos relacionados al análisis de circuitos y procesamiento de señales continúas en el tiempo (temperatura, presión, caudal, tensión, corriente y etc.), aprendiendo los dispositivos básicos como diodos, transistores, amplificadores operacionales y etc. En la segunda parte aprende el manejo de variables discretas o eventos en el tiempo, con la introducción de la lógica combinatoria y secuencial y de sistemas basados en microcontroladores. La tercera parte se basa en el aprendizaje de los sensores y actuadores utilizados con los Controladores Lógicos Programables (PLC). El uso del lenguaje Ladder y las normas de programación de los mismos y los controladores de velocidad de motores trifásicos asincrónicos con par constante por modulación de ancho de pulso (V/f=cte.). En la última parte se desarrollan procesos donde la magnitud a medir es continua, utilizando las herramientas clásicas de control realimentado: transformada de la Laplace, el dominio del tiempo y el campo complejo S. Luego se introduce en el control digital a través del teorema del muestreo de Nyquist-Shanon y la transformada z, comparando y viendo las ventajas de los lazos de control digital versus el analógico (buses de comunicación) 1

2 Contenidos de la materia: Unidad 1: Introducción a los circuitos eléctricos y sus componentes Introducción. Elementos básicos. Leyes de Kirchoff. Fuentes de tensión y corriente. Teoremas de Thevenin y Norton. Análisis de circuitos de corriente alterna. Potencia en circuitos eléctricos. Acoplamiento de Impedancias. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 1 y 2. Unidad 2: Electrónica de Semiconductores Física de los semiconductores. Diodos de Unión (Zener, Reguladores de Voltaje, Optoelectrónicos). Transistor Bipolar de Unión (Circuito Emisor Común, Interruptor con Transistor Bipolar, Transistor Darlington, Fototransistor). Transistores de Efecto de Campo (Comportamiento, Simbología, Transistores Mosfet). Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 3. Unidad 3: Respuesta de un Sistema. Respuesta de un Sistema. Linealidad de la Amplitud. Representación de Señales con Series de Fourier. Ancho de banda y respuesta en frecuencia. Linealidad de fase. Características dinámicas de los sistemas. Sistema primer Orden. Sistemas de Segundo Orden. Modelado y analogía entre sistemas. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 4. Unidad 4: Procesamiento de señales analógicas. Introducción. Amplificadores. Amplificadores operacionales. Modelo ideal de un amplificador operacional. Amplificador inversor, no inversor, sumador, diferencial, de instrumentación, integrador, diferenciador, comparador. Circuito de muestreo y retención. Amplificador operacional real. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 5. Unidad 5: Circuitos Digitales. Introducción. Representaciones digitales. Lógica combinacional y clases de lógica. Diagramas de tiempo. Álgebra booleana. Diseño de compuertas lógicas. Obtención de una expresión booleanas dada una tabla de verdad. Lógica secuencial. Flip-flops. Aplicaciones. Circuitos integrados TTL CMOS. Circuitos integrados digitales de uso especial. Diseño de sistemas con circuitos integrados. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 6. Unidad 6: Programación e Interfaces de Microcontroladores. Microprocesadores y microcomputadoras. Microcontroladores. Micrcontrolador PIC. Programación con PIC. PicBasic. Uso de interruptores. Interfaces. Método para diseñar un sistema con base en microcontrolador. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 7. 2

3 Unidad 7: Adquisición de datos. Introducción. Teoría de cuantización. Conversión analógica digital. Conversación digital analógica. Instrumentación virtual, adquisición de datos y control. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 8. Unidad 8: Sensores. Introducción. Medición de posición y velocidad (Proximidad, Potenciómetro, Transformador lineal diferencial variable, Codificador óptico digital). Medición de esfuerzo y deformaciones (Resistencia eléctrica, Puente de Wheatstone, Medidores de deformación, Celdas de carga). Medición de temperatura (Bimetálico, Resistencia eléctrica, Termocupla). Medición de aceleración y vibración (Acelerómetro piezoeléctrico). Medición de presión y flujo. Sensores semiconductores y dispositivos microelectromecánicos. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 9. Unidad 9: Actuadores. Introducción. Principios electromagnéticos. Solenoides y relevadores. Motores eléctricos. Motores de CD. Motores de Pasos. Selección de un motor. Hidraúlica. Neumática. motores trifásicos. Torque de una máquina. Deslizamiento. Materiales magnéticos. Principios de control. Variación de la tensión de alimentación. Variadores de cupla constante. Inversores. Moduladores de ancho de pulso. Bibliografía: Alciatore - Histand, Cap. 10. Siekat 4.0, Micromaster 4º, Generación. Unidad 10: Controladores PLC. Definición de un controlador lógico programable. Estructura. Clasificación. Modo de Operación. Módulos de entrada y salida. Similitud a un relevador. Estructura básica. Programación. Estructuras de lenguaje. Funciones lógicas, retención, temporizadores, contadores. Ciclo de trabajo (scan time). Bibliografía: Sistema de Automatización S7-200, Cap. 6. Unidad 11: Introducción a los sistemas de control Modelo de un sistema básico. Ecuaciones diferenciales. Transformada de Laplace. Plano s. Función de transferencia. Polos y Ceros de la función de transferencia. Ubicación en el plano s. Estabilidad de un sistema. Respuesta transitoria y permanente. Bibliografía: Bolton, Cap. 2, 3, 4 y 5. Unidad 12: Comportamiento de los distintos sistemas Sistema de lazo abierto y sistema de lazo cerrado. Diagrama de Bloques. Función de transferencia de un sistema. Regla de Mason. Concepto de Controlador. Control Proporcional, Derivativo e Integral. Función de error. Definición. Función de error. Teorema del valor final. Constante de error. Tipo de sistema. Cálculo del error de un sistema de lazo cerrado. Bibliografía: Bolton, Cap. 6, 7 y 8. 3

4 Unidad 13: Respuesta en frecuencia de un Sistema. Funciones de entrada periódica. Módulo y Fase. Respuesta en frecuencia. Diagrama de Bode. Diagrama de Nyquist. Redes de adelanto y atrazo de fase. Condición de Estabilidad. Margen de ganancia y de fase. Diseño de un controlador PID. Reglas de sintonía de Ziegler- Nichols. Bibliografía: Bolton, Cap. 10 y 11. Unidad 14: Introducción a los Sistemas Digitales. Transformada z. Estabilidad de un sistema. Controladores digitales PID. Mothers industriales. Conectores industriales PC104. Sistemas de almacenamiento de datos. Sistemas operativos. Confiabilidad. Control distribuido de procesos. Bibliografía: Bolton, Cap. 14 y 15. Unidad 15: Buses Analógicos y Digitales Introducción a los buses de control. Buses clásicos analógicos. Influencia de la interferencia electromagnética. Buses digitales. Ventajas respecto de los analógicos. Estructura de comunicaciones. Modelo de capas. Descripción de algunas normas en uso. Bibliografía: Siekat 4.0, IKPI. Unidad 16: Sistemas Scada y SIS Sistema de Supervisión. Interfaz Máquina Hombre (HMI). Software de supervisión Scada. Ssitemas integrados de seguridad. Tipos de riesgo. Niveles de seguridad. Definición cuantitativa de los niveles. Tasa de falla. Normas de seguridad. Nuevas tendencias de los sistemas de seguridad. Bibliografía: Siekat 4.0, PC Based Automation. Bibliografía General: - Alciatore, David; Histand, Micheal. Mecatrónica y los Ssitemas de Medición. 3 Edición. Mc Graw Hill Bolton, W. Ingeniería de Control. 2ª Edición. Alfaomega Grupo Editor Bolton, W. Sistemas de Control Electrónico en Ingeniería Mecánica y Eléctrica. 2ª Edición. Alfaomega Grupo Editor Franklin, Gene; Powell, J. David y Emami- Naeini, Addas. Control de Sistemas Dinámicos con Retroalimentación. Addison-Wesley Iberoamericana Manual. Sistema de Automatización S Edición. Siemens Catálogos. Compendio de Catálogos Siekat 4.0. Siemens

5 Metodología de Enseñanza y Evaluación: El proceso de Enseñanza Aprendizaje se desarrollará a través de los siguientes métodos: - Clases teórico-prácticas en las que se fomentará la participación activa de los alumnos. - Resolución de problemas de aplicación.. - Desarrollo de Conferencias en la Facultad de Empresas Líderes. - Desarrollo de 4 Trabajos Prácticos sobre un sistema de comando de velocidad de un motor de CD a lazo cerrado cuya CPU es un PLC de Siemens, en donde el alumno podrá experimentar las 4 partes fundamentales de la materia. La metodología de Evaluación para aprobar la condición de cursada de la materia y estar habilitado para rendir Examen Final consistirá en 2 Exámenes Parciales en las fechas convenidas. Es requisito aprobar ambos Parciales. De los trabajos prácticos se obtiene la tercera nota. Del promedio de las mismas se obtiene la nota de cursada. Para obtener la condición de cursado se deben tener los parciales y trabajos prácticos aprobados. 5