240AR051 - Sensores, Instrumentación y Comunicación
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- José Miguel Belmonte Aranda
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1 Unidad responsable: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona Unidad que imparte: ESAII - Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial Curso: Titulación: 2015 MÁSTER UNIVERSITARIO EN AUTOMÁTICA Y ROBÓTICA (Plan 2012). (Unidad docente Optativa) Créditos ECTS: 4,5 Idiomas docencia: Inglés Profesorado Responsable: MANUEL VELASCO GARCIA Capacidades previas Conocimentos básicos de matemáticas (álgebra lineal, cálculo elemental, variable compleja y ecuaciones diferenciales lineales), de automá'tica (sistemas lineales de tiempo continuo, tanto en su enfoque temporal como frecuencial) y de física y mecánica. Metodologías docentes Combinará las clases magistrales con el aprendizaje tutelado basado en el desarrollo de un pre-proyecto y el aprendizaje autónomo. Las clases se organizarán en sesiones teóricas y sesiones de prácticas en el laboratorio docente. Las clases de teoría se centrarán en la explicación de los conceptos teóricos por parte del profesor, promoviendo la participación activa de los alumnos. En las clases de prácticas en el laboratorio docente se propondrán unos pre-proyectos que requerirán la utilización de los conocimientos adquiridos en el ámbito de control y los correspondientes a los actuadores y sensores a fin de diseñar unos prototipos que tengan capacidades como sistemas controlados. Objetivos de aprendizaje de la asignatura Introducir al alumno en las técnicas de análisis y diseño de sistemas de control realimentado en los que intervienen tanto la especificación y utilización de sensores y actuadores, como los sistemas de comunicación que enlazan sensores, controladores y actuadores. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: Grupo grande/teoría: Grupo mediano/prácticas: Grupo pequeño/laboratorio: Actividades dirigidas: Aprendizaje autónomo: 1 / 5
2 Contenidos 1. Introducción a las tecnologías de los sistemas de control. Aprendizaje autónomo: 1 30m Evolución tecnológica. Control analógico. Control con computador. Elementos de un sistema de control. Sensores, actuadores, controladores, interfaces. Comunicaciones e interconexiones de sistemas. Clases magistrales y puesta en contacto con los dispositivos del laboratorio. Conocer la estructura real de los componentes de los sistemas de control en su aplicación industrial y en otros entornos sociales. Conocer las limitaciones tecnológicas, económicas y de seguridad de la aplicación de los sistemas de control. 2. Medida e instrumentación. Clases de laboratorio: 1 30m Principios básicos de los sistema de medida. Características estáticas de los instrumentos: Linealidad, resolución, precisión, histéresis. Principios físicos de funcionamiento de los sensores y actuadores Clases magistrales, sesiones de problemas y de prácticas en el laboratorio mediante la preparación de un proyecto de instrumentación y control. Introducir la estructura abstracta de los sistemas de medida y detección de parámetros físicos. Analizar las estructuras comunes de adaptación de los parámetros físicos a una señal eléctrica. Definir las características estáticas y dinámicas de los sensores como sistema y sus efectos sobre la señal adquirida. Exponer el modelo abstracto de los actuadores y accionadores para control 2 / 5
3 3. Estructura y características de los transductores. Aprendizaje autónomo: 1 30m Sensores para la medida de magnitudes mecánicas, principalmente en el ámbito de la robótica: posición, velocidad, aceleración. Sensores en industrias de proceso: presión, temperatura, flujo, ph. Actuadores y accionadores: Servomotores: CC, CA y paso a paso, posicionadores neumáticos e hidráulicos, servoválvulas, cilindros y bombas. Transmisores, sensores y actuadores inteligentes (Smart) Clases magistrales, sesiones de problemas y de prácticas en el laboratorio mediante el desarrollo de un proyecto de instrumentación y control. Describir los parámetros significativos en los sensores y actuadores, Describir la operación del circuito en puente y las configuraciones con varias conexiones, Describir y especificar sensores y actuadores para diferentes magnitudes y diferentes entornos, indicar las fuentes de energía típicas para los actuadores, mostrar la estructura de los sensores y los actuadores inteligentes. 4. Sistemas de comunicación industrial. Dedicación: 33h Clases teóricas: 6h Clases prácticas: 6h Aprendizaje autónomo: 21h Fundamentos de las comunicaciones. Modelo de interconexión abierto. Buses de campo y buses de sensores y actuadores. Características de explotación. Modelos de evaluación de redes. El bus CAN (Control Area Network) Clases magistrales, sesiones de problemas y de prácticas en el laboratorio mediante el desarrollo de un proyecto de instrumentación y control. Conocer la formalización de los sistemas de comunicación. Adaptar las redes a las necesidades industriales. Conocer las capas física, de enlace, de aplicación y de usuario de las redes industriales. Analizar las características específicas de los buses de campo. Aprender a evaluar las capacidades de las redes en aplicaciones de control. Conocer uno de los buses de campo más comunes, el CAN. 3 / 5
4 5. Aplicación práctica y sistemas dedicados. Aprendizaje autónomo: 1 30m Requerimientos del sistema: Especificaciones. Programación de aplicaciones en sistemas dedicados. Incorporación de sensores y actuadores. Ensayo experimental. Validación del sistema de control. Fiabilidad. Protecciones. Interface con el operador. Clases magistrales, sesiones de problemas y de prácticas en el laboratorio mediante la compleción de un proyecto de instrumentación y control. Exponer las características de operatividad de una planta controlada. Programar sistemas dedicados para control y comunicaciones. Describir las funciones de validación y los métodos de experimentación. Comprender los principios de la fiabilidad aplicada al control. Describir las normativas y estándares de aplicación. Sistema de calificación Las competencias y capacidades adquiridas se evaluarán en base a tres calificaciones: la nota de un examen de los aspectos teóricos (5), la nota de valoración de los pre-proyectos (3), y la nota de valoración discrecional de las sesiones de trabajos prácticos (2). Normas de realización de las actividades Las pruebas de evaluación se realizarán con toda aquella documentación escrita (libros y apuntes) que los alumnos deseen llevar, excepto en la parte de evaluación conceptual (2). 4 / 5
5 Bibliografía Básica: Bateson, Robert N. Introduction to control system technology. 7th ed. Upper Saddle River ; Columbus: Prentice Hall, cop ISBN Brignell, John; White, Neil. Intelligent sensor systems. Rev. ed. Bristol, UK ; Philadelphia: Institute of Physics Pub, ISBN Creus Solé, Antonio. Instrumentación industrial. 7ª ed. Barcelona: Marcombo, cop ISBN Johnson, Curtis D. Process control instrumentation technology. 8th ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, cop ISBN Shinskey, F. Greg; Pérez Castellanos, José Hernán. Sistemas de control de procesos : aplicación, diseño y sintonización. México: McGraw-Hill, cop ISBN Complementaria: Casals, Alícia. Sensor devices and systems for robotics. Berlin: Springer-Verlag, cop ISBN Castro Gil, Manuel-Alonso; Fuertes, J. M. Comunicaciones industriales : principios básicos. Madrid: UNED, ISBN Castro Gil, Manuel-Alonso; Fuertes, J. M. Comunicaciones industriales : sistemas distribuidos y aplicaciones. Madrid: UNED, ISBN Chesmond, Colin J. Control system technology. London: Edward Arnold, ISBN Considine, Douglas M; McMillan, Gregory K. Process/industrial instruments and controls handbook. 5th ed. New York: McGraw-Hill, ISBN De Silva, Clarence W. Control sensors and actuators. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, cop ISBN Jackson, Leslie. Reed's instrumentation and control systems. 4th ed. London: Thomas Reed Publications, ISBN Nachtigal, Chester L. Instrumentation and control : fundamentals and applications. New York: John Wiley & Sons, cop ISBN Ollero de Castro, Pedro; Fernández Camacho, Eduardo. Control e instrumentación de procesos químicos. Madrid: Síntesis, DL ISBN Pallás Areny, Ramón. Sensores y acondicionadores de señal. 4ª ed. Barcelona: Marcombo Boixareu, cop ISBN / 5
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