PROGRAMA DE LA ASIGNATURA: SISTEMAS AUTOMÁTICOS

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1 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA: SISTEMAS AUTOMÁTICOS CENTRO: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES TITULACIÓN: INGENIERÍA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD: CURSO: CUARTO (4º) TIPO DE ASIGNATURA: TRONCAL CRÉDITOS TOTALES: 4,5 CRÉDITOS AULA / GRUPOS: 3 / 3 CRÉDITOS LABORATORIO / GRUPOS: 1,5 / 10 CRÉDITOS PRÁCTICAS / GRUPOS: 0 / 0 ANUAL/CUATRIMESTRAL: CUATRIMESTRAL (1 er CUATRIMESTRE) PROFESORADO: Nombre profesor Código Créditos Armesto Quiroga, José Ignacio (Coordinador A-L) A + 6L Fernández Silva, Celso A L Vázquez Núñez, Fernando 651 0A L *Tutorías: consultar apartado ANEXOS. 1 de 1

2 CONOCIMIENTOS PREVIOS Dado el carácter transversal de la asignatura y su aplicabilidad a todo tipo de sistema (eléctrico, mecánico, electrónico, etc.), cualquier asignatura que aporte conocimientos de base en relación a tales disciplinas contribuye con información útil. Los conocimientos impartidos en la asignatura Teoría de Sistemas (troncal de 3º curso) constituyen una base fundamental de partida para el desarrollo de la materia abordada. Los contenidos de la asignatura Fundamentos de Automatización (optativa de 3º curso) cubren con mayor profundidad y complementan adecuadamente algunos de los contenidos relacionados con los últimos temas del programa de aula y laboratorio de esta asignatura. OBJETIVOS Proporcionar a los alumnos conocimientos generales sobre la automatización de procesos con reguladores industriales y con autómatas programables. Además, utilizando los conocimientos generales sobre el control continuo y discreto de sistemas dinámicos adquiridos en la asignatura de 3 er curso Teoría de sistemas, introducir al alumno en las técnicas empíricas de ajuste de reguladores industriales realizados con un dispositivo específico o con el implementado en los propios autómatas programables comerciales. TEMARIO DE AULA Horas totales A = 30h. Número de Temas = 8. TEMA 1.- INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS. (1 HORA) Repaso de conceptos Sistemas de control, taxonomía de sistemas, elementos del lazo de control, realimentación Modelado de sistemas dinámicos lineales Análisis temporal y frecuencial Estabilidad. TEMA 2.- INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL. (6 HORAS) Introducción Adquisición de datos Concepto de muestreo Aliasing y filtrado Teorema de Shannon Modelado de sistemas muestreados: la transformada Z Discretización de reguladores continuos Elección del periodo de muestreo. 2 de 2

3 TEMA 3.- REGULADORES PID. SINTONÍA DE PARÁMETROS. (4 HORAS) Control PID Criterios para la sintonía de parámetros del PID Métodos de sintonía en lazo cerrado y lazo abierto Estructuras del algoritmo PID. (Algoritmo de regulación: Todo/Nada, 3 términos, PID no lineales, especiales) Implementación digital. TEMA 4.- REGULADORES INDUSTRIALES. (4 HORAS) Tipos de consigna, entradas y salidas Acondicionamiento y filtrado de señales Desconexión-conexión de la acción integral Conmutación manual-automático Modo seguimiento Modos de regulación Prealimentación. Lazos en cascada Métodos de auto-sintonía Ejemplo comercial: estructura, parámetros y programación. TEMA 5.- INTRODUCCIÓN A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES. (2 HORAS) Descripción del sistema Montaje y conexión Direccionamiento y acceso a la periferia Escritura de un programa. Formas de representación. TEMA 6.- PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES BASADA EN REDES DE PETRI. (6 HORAS) Realización clásica en sistemas control secuencial. Limitaciones Modelación con redes de Petri. Configuración y propiedades básicas Ejemplos típicos de modelado con redes de Petri Programación de redes de Petri con un autómata comercial TEMA 7.- LENGUAJE DE DIAGRAMA FUNCIONAL DE SECUENCIAS. GRAFCET. (4 HORAS) Introducción Grafcet Elementos básicos del Grafcet Representación Grafcet con autómatas programables comerciales Ejemplos de automatización con Grafcet. TEMA 8.- INTEGRACIÓN DEL CONTROL DIGITAL Y EL AUTÓMATA PROGRAMABLE. (3 HORAS) Control PID con el autómata programable Introducción a la comunicación con redes y buses de campo Buses industriales: Profibus y Ethernet Industrial. 3 de 3

4 PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO Horas totales L = 15h. Número de Prácticas L = 7. Práctica 1: Sistemas muestreados. Material empleado: Ordenador Personal y Programa de simulación MATLAB, Control Systems toolbox. Objetivo: El objetivo final es introducir el muestreo de sistemas continuos. Esta práctica permite al alumno utilizar las técnicas básicas de muestreo y comprobar que ha asimilado correctamente los conceptos explicados en las clases teóricas. Conocimientos previos en control necesarios: Temas 1 y 2. Práctica 2: Sintonía de parámetros. Material empleado: Ordenador Personal y Programa de simulación MATLAB, Control Systems toolbox, Simulink. Objetivo: Se ponen en práctica los métodos empíricos para el ajuste de parámetros de un regulador industrial, en particular, los métodos de Ziegler-Nichols en lazo abierto y cerrado, y los otros métodos estudiados en teoría. Conocimientos previos en control necesarios: Tema 3. Práctica 3: Introducción al control con reguladores industriales. Material empleado: Ordenador Personal, Programa de simulación MATLAB, Control Systems toolbox, Simulink, Regulador industrial. Objetivo: Aplicar los métodos de diseño estudiados sobre un sistema más próximo a la realidad industrial. Esto permite al alumno utilizar las técnicas básicas de análisis y diseño de las prácticas anteriores y comprobar las diferencias existentes entre la teoría y la práctica. Se introduce en el manejo y parametrización del regulador industrial Sipart DR20. A continuación se implementa una acción de control PID mediante el regulador industrial Sipart DR20 acoplado a un proceso real o simulado con un ordenador personal. Conocimientos previos en control necesarios: Tema 4. Duración: Tres horas. Práctica 4: Sistemas lógicos simples con lógica programada. Material empleado: Ordenador Personal, programa Step7, autómata programable de la familia S Objetivo: Introducir los autómatas programables utilizados en el laboratorio mediante un ejercicio básico de automatización. Conocimientos previos en control necesarios: Tema 5. 4 de 4

5 Práctica 5: Introducción al lenguaje Grafcet. Material empleado: Ordenador Personal, programa Step7, autómata programable de la familia S7-300, S7-Graph. Objetivo: Introducir la programación en el lenguaje de S7-Graph de STEP7 que implementa el lenguaje normalizado Grafcet. Conocimientos previos en control necesarios: Tema 7. Práctica 6: Implementación de Redes de Petri con Grafcet. Material empleado: Ordenador Personal, programa Step7, autómata programable de la familia S7-300, S7-Graph. Objetivo: Automatizar una planta de acuerdo con el siguiente esquema: 1- Modelado del funcionamiento del sistema cómo una máquina de estados, a través de una Red de Petri. 2- Programa en el lenguaje de S7-Graph de STEP7, que implemente la Red de Petri anterior. 3- Memoria que incluya los dos apartados anteriores. Conocimientos previos en control necesarios: Temas 6 y 7. Práctica 7: Integración del control digital en el autómata programable. Material empleado: Ordenador Personal, programa Step7, autómata programable de la familia S7-300, S7-Graph. Objetivo: Utilización de módulos de autómata que permiten la regulación con el PID integrado en el autómata programable. Conocimientos previos en control necesarios: Temas 4, 5 y 8. 5 de 5

6 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Discrete-Time Control Systems. Katsuhiko Ogata (1995): Prentice Hall. Las Redes de Petri en la Automática y la Informática. Manuel Silva (1985): Editorial AC. Los Autómatas Programables. Entorno y aplicaciones. E. Mandado, J. Marcos, C. FSilva e I. Armesto (2004): Thomson. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA PID Controllers: Theory, Design, and Tuning. Åström, Hägglund (1995): Instrument Society of America. Sistemas controlados por computador Åström, Wittenmark (1997): Paraninfo Automatización. Problemas resueltos con autómatas programables. Romera, Lorite, Montoro (2002). Thomson-Paraninfo Manuales electrónicos Step7. Siemens, S.A. (2004): Siemens, S.A. 6 de 6

7 ORGANIZACIÓN DOCENTE Método docente: La docencia se desarrolla dividida en clases teóricas y clases prácticas. Todas las clases teóricas se imparten en aula con ayuda de pizarra y con proyección de transparencias o con retroproyector SVGA. Las clases prácticas de ejercicios se desarrollan en aula con pizarra; las clases prácticas de laboratorio se desarrollan por grupos de alumnos en los laboratorios denominados Regulación Automática (Lab22) e Informática Industrial (Lab24) sitos en la ETSII de Vigo. Sistema de evaluación: Número de pruebas parciales: - Una prueba teórica al finalizar el cuatrimestre. - Los alumnos que superen un 4 de teoría podrán realizar el examen práctico del cuatrimestre. - La nota final es la media entre ambas notas con un mínimo de 4 puntos. Tipo de evaluación: - Prueba escrita - Prueba práctica de laboratorio para aquellos alumnos que han superado la prueba escrita con un mínimo de nota (4). Criterios de valoración: Los criterios de valoración serán específicos en cada prueba. Número de exámenes: Los correspondientes a las convocatorias ordinarias de Junio y Septiembre y las extraordinarias de Final de Carrera y Diciembre. 7 de 7

8 ANEXOS Horarios de tutorías de los profesores de la Asignatura: Profesor: José Ignacio Armesto Quiroga Tutorías: Jueves de 11:00h a 14:00h, Viernes de 11:00h a 14:00h Lugar: Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática (Despacho 10) E.T.S.I. Industriales. Vigo. Profesor: Celso Fernández Silva (1 er cuatrimestre) Tutorías: Martes de 15:00h a 18:00h, Miércoles de 10:00h a 13:00h Lugar: Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática (Despacho 6) E.T.S.I. Industriales. Vigo. Profesor: Fernando Vázquez Núñez Tutorías: Martes de 11:00h a 14:00h, Miércoles de 18:00h a 21:00h Lugar: Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática (Despacho 9) E.T.S.I. Industriales. Vigo. Horas de Aula y Laboratorio Cada alumno recibe 2 horas/semana de clase en Aula y 2 horas/2 semanas de Laboratorio. Vigo, 28 de junio de de 8