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ELABOR: COMIT DE DIRECTORES DE LA CARRERA DE TSU EN MECATRONICA

REVIS: COMISIN ACADMICA Y DE VINCULACIN DEL REA

APROB: C. G. U. T. FECHA DE ENTRADA EN VIGOR: SEPTIEMBRE 2009

F-CAD-SPE-23-PE-XXX

TECNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRNICA

HOJA DE ASIGNATURA CON DESGLOSE DE UNIDADES TEMTICAS

1. Nombre de la asignatura Sistemas de control automtico

2. Competencias Desarrollar y conservar sistemas automatizados y de control utilizando tecnologa adecuada de acuerdo a normas, especificaciones tcnicas y de seguridad, para mejorar y mantener los procesos productivos.

3. Cuatrimestre Tercero

4. Horas Prcticas 53

5. Horas Tericas 22

6. Horas Totales 75

7. Horas Totales por Semana Cuatrimestre

5

8. Objetivo de la Asignatura El alumno implementar controladores PID en el desarrollo sistemas de control automtico, considerando las caractersticas y condiciones de los diferentes procesos productivos, para su mejoramiento en la industria.

Unidades Temticas Horas

Prcticas Tericas Totales

I. Introduccin a los sistemas de control 3 2 5

II. Anlisis de sistemas de control 10 5 15

III. Caractersticas y modos de control 15 5 20

IV. Control aplicado a motores elctricos de CD y CA

15 5 20

V. Control aplicado a hidrulica y neumtica proporcional

10 5 15

Totales 53 22 75




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SISTEMAS DE CONTROL AUTOMTICO

UNIDADES TEMTICAS

I. Unidad Temtica I. Introduccin a los sistemas de control

II. Horas Prcticas 3

III. Horas Tericas 2

IV. Horas Totales 5

V. Objetivo El alumno clasificar los sistemas de control con base en las caractersticas e interconexin de los elementos que lo integran para su representacin en un diagrama de bloques.

Temas Saber Saber hacer Ser

Fundamentos de los sistemas de control

Describir los conceptos bsicos de los sistemas de control (planta, proceso, sistema, sistema de control, sensor, punto de suma, variable de proceso, accin de control, elemento final, ley de control, punto de ajuste).

Localizar los elementos bsicos de un sistema de control a travs de un diagrama una planta fsica.

Analtico Razonamiento Deductivo, Capacidad de autoaprendizaje

Sistema de lazo abierto y lazo cerrado.

Describir los conceptos de sistema de lazos abierto y cerrado as como enlistar sus caractersticas y diferencias.

Analtico Razonamiento Deductivo Capacidad de autoaprendizaje




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Proceso de evaluacin

Resultado de aprendizaje Secuencia de aprendizaje Instrumentos y tipos de

reactivos

A partir del planteamiento de un caso, elaborar un reporte tcnico con la descripcin esquemtica de un sistema fsico de control en lazo abierto y uno en lazo cerrado, que incluya: Clasificacin Identificacin de sus elementos bsicos Formular un concepto claro donde describa la diferencia entre ellos

1.-Identificar los conceptos bsicos de los sistemas de control. 2. Analizar los elementos bsicos de un sistema de control. 3. Comprender los tipos de sistemas de control con base en sus caractersticas. 4. Diagramar sistemas de control de lazo abierto y cerrado.

Estudio de casos Lista de cotejo




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Proceso enseanza aprendizaje

Mtodos y tcnicas de enseanza Medios y materiales didcticos

Tareas de investigacin Anlisis de Casos Ejercicios prcticos

pintarrn equipo de computo proyector de video representaciones grficas equipo de laboratorio

Espacio Formativo

Aula Laboratorio / Taller Empresa

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UNIDADES TEMTICAS

1. Unidad Temtica II. Anlisis de sistemas de control.


3. Horas Tericas 5

4. Horas Totales 15

5. Objetivo

El alumno demostrar el comportamiento de los sistemas fsicos de primer y segundo orden, mediante la simulacin de la funcin de transferencia que caracteriza al sistema, para la identificacin de las caractersticas especficas en el dominio del tiempo.


Representacin de sistemas fsicos a travs de ecuaciones diferenciales

Describir la relacin de los sistemas fsicos con su ecuacin diferencial en los dominios del tiempo y de la frecuencia.

Calcular los parmetros de la ecuacin en el dominio de la frecuencia que representan sistemas fsicos de primero y segundo orden.

Responsable Ordenado Disciplinado Analtico

Funcin de transferencia

Definir el concepto de funcin de transferencia, as como los elementos que la conforman (Polinomios, ceros y polos).

Localizar en los sistemas de primero y segundo orden, los elementos que conforman la funcin de transferencia tales como : - Orden del sistema. - Ceros y polos.





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Diagramas de bloques

Explicar la funcin de los diagramas de bloques de un sistema, as como las reglas del algebra de diagramas de bloques.

Representar en un diagrama de bloques, sistemas de control simplificados de primer y segundo orden. Simplificar diagramas de bloques con base en las reglas del algebra de bloques.


Manejo de software de simulacin.

Identificar las herramientas informticas para representar los sistemas en diagramas de bloque y su simulacin (Simulink, Labview o Matlab).

Representar sistemas de control utilizando el software de simulacin.


Simulacin de sistemas fsicos de primer y segundo orden

Describir: -Las herramientas matemticas para modelar sistemas fsicos de primer y segundo orden (Modelado en Ecuaciones Diferenciales y Funcin de Transferencia) - La respuesta en el tiempo de sistemas fsicos de primer y segundo orden.

Obtener la respuesta en el tiempo de los sistemas de primero y segundo orden a travs del uso de herramientas de simulacin.





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reactivos

A partir del planteamiento de un caso desarrollar un ejercicio y elaborar el reporte tcnico correspondiente que incluya: - Descripcin del sistema fsico. - La ecuacin diferencial correspondiente al sistema fsico. - La ecuacin en el dominio de la frecuencia. -Funcin de transferencia. - Diagrama de bloques del sistema. -Grafica de la respuesta del sistema en el dominio del tiempo ante la aplicacin de diferentes seales de entrada.

1.- Comprender los conceptos funcin de transferencia, orden del sistema, polos y ceros. 2.- Comprender los conceptos de diagrama de bloques de un sistema fsicos. 3.-Analizar la simplificacin de diagramas de bloques de un sistema fsico por medio del algebra de bloques. 4.- Interpretar los modelos matemticos de los sistemas fsicos de primer y segundo orden.

Ejercicios Prcticos Lista de cotejo




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Prcticas en el Laboratorio Aprendizaje auxiliado por las tecnologas de la informacin Ejercicios prcticos

pintarrn equipo de cmputo proyector digital de video representaciones grficas equipo de laboratorio software de simulacin

Espacio Formativo


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UNIDADES TEMTICAS

1. Unidad Temtica III. Caractersticas y modos de control


3. Horas Tericas 5

4. Horas Totales 20

5. Objetivo

El alumno validar el funcionamiento de los Modos de Control: On-Off, Proporcional, Proporcional-Integral y Proporcional-Integral-Derivativo mediante la modificacin de sus ganancias identificando su efecto en el control del proceso.


Modo de Control on - off simple y diferencial

Identificar las caractersticas de los controladores On-Off, as como sus aplicaciones y criterios de seleccin.

Comprobar el funcionamiento de un lazo cerrado en un Proceso, configurando un modo de control On-Off utilizando Controlador Universal y/o PLC.

Responsable Ordenado Trabajo en equipo Disciplinado Analtico

Modo de control proporcional (P)

Describir: - Las caractersticas del Modo de control Proporcional, as como sus aplicaciones y criterios de seleccin. -El apartado sobre proteccin, instalacin y puesta a tierra de equipos de control de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

Comprobar los parmetros de funcionamiento de un proceso, configurando un modo de control proporcional y utilizando un Controlador Universal o PLC. Verificar la proteccin, la instalacin elctrica y puesta a tierra del controlador.





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Combinacin de los modos de control: Proporcional e Integral (PI)

Identificar las caractersticas de la combinacin de los modos Proporcional-Integral, as como sus aplicaciones y criterios de seleccin.

Comprobar los parmetros de funcionamiento de un proceso, configurando la combinacin de los modos de control Proporcional-Integral, utilizando un Controlador Universal o PLC.


Combinacin de los Modos de Control: Proporcional, Integral y Derivativo (PID)

Identificar las caractersticas de la combinacin de los Modos de control Proporcional-Integral-Derivativo, as como sus aplicaciones y criterios de seleccin.

Comprobar los parmetros de funcionamiento de un Proceso, configurando la combinacin de los Modos de Control Proporcional-Integral-Derivativo utilizando un Controlador Universal y/o PLC.


Sintonizacin de los parmetros de un control PID para mantener al proceso dentro de las especificaciones de control.

Identificar los puntos de sintona y configuracin de un control PID: -On-Off o Modulante -Punto de Ajuste (Set Point) -Gain o PB (Proporcional) -Reset (Integral), -Rate (Diferencial). Categorizar como cada punto influye en la dinmica y control del proceso.

Sintonizar un Proceso en lazo cerrado modificando las ganancias: -Gain o PB (Proporcional) -Reset (Integral) -Rate (Diferencial) mediante un mtodo de sintona (Lazo abierto, Ziegler-Nichols, Basado en la experiencia), utilizando un controlador universal o PLC, para lograr el comportamiento estable del proceso.





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reactivos

A partir de una prctica de laboratorio elaborar un reporte que describa: - Grficas del comportamiento del sistema con una entrada escaln (un punto de ajuste fijo) en respuesta de la aplicacin de los diferentes modos de control y sus combinaciones. - Tabla de valoracin de la entrada escaln (Un punto de ajuste fijo) a diferentes respuestas de las ganancias de control y sus combinaciones: -Gain o PB(Proporcional) -Reset (Integral) -Rate (Diferencial). -Descripcin de la influencia que ejerce cada una de sus ganancias en la estabilidad del sistema.

1.-Identificar el manejo del software de simulacin. 2.- Analizar el funcionamiento de los Modos de Control y sus combinaciones: On Off Proporcional (P) Proporcional-Integral (PI) Proporcional-Integral-Derivativo( PID). 3.- Comprender los efectos de modificar los parmetros de las ganancias de control fijando un Punto de Ajuste y moviendo: Gain o PB (Proporcional) Reset (Integral) Rate (Diferencial) para un lazo cerrado de control. 4.-Sintonizar un Controlador Universal y/o PLC siguiendo un mtodo (Lazo abierto, Ziegler-Nichols, Basado en la experiencia) logrando el comportamiento estable de un proceso.

Ejercicio prctico Lista de cotejo




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Prcticas en el laboratorio Resolucin de problemas Estudio de casos

pintarrn proyector digital de video equipo de computo equipo de laboratorio (controlador universal y PLC) software de simulacin

Espacio Formativo


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UNIDADES TEMTICAS

1. Unidad Temtica IV. Control aplicado a motores elctricos de CD y CA


3. Horas Tericas 5

4. Horas Totales 20

5. Objetivo

El alumno implementar un sistema de control automtico a travs de la construccin de circuitos, diagramas y ajuste de parmetros para el control de las variables de velocidad y posicin en motores de CD y CA.


Control de un servomotor de CD

Identificar las caractersticas y parmetros de un servomotor de CD, as como sus aplicaciones.

Ajustar los parmetros P, PI, PID de un controlador para un servomotor de CD


Control automtico de un motor de CA mediante un Inversor

Identificar el principio y las caractersticas de operacin de los inversores como equipo de control en motores de CA.

Implementar un control de velocidad en un motor de CA, utilizando un inversor y un autmata programable.





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reactivos

A partir de un sistema de movimientos de recoleccin y colocacin (Pick & Place) sobre una banda transportadora, implementar el sistema de control automtico y elaborar un reporte tcnico que contenga: -Planteamiento de un sistema de control automtico, anlisis y formulacin del modelo de control, descripcin de la seleccin de los elementos que conforman el sistema de control, desarrollo, ajustes y pruebas en fsico, resultados y deducciones.

1.- Analizar los principios del funcionamiento de motores de CD y CA. 2.-Identificar los parmetros de funcionamiento de los servomotores. 3. Comprender el funcionamiento de los inversores de frecuencia y su conexin. 4.- Diferenciar las caractersticas propias de los sistemas de control y su aplicacin.





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Estudio de casos Ejercicios prcticos Tareas de investigacin

pintarrn proyector digital de video equipo de computo equipo de laboratorio servomecanismos con motores de pasos y servomotores sistemas de control de motores de CA con inversor

Espacio Formativo


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UNIDADES TEMTICAS

1. Unidad Temtica V. Control aplicado a hidrulica y neumtica proporcional


3. Horas Tericas 5

4. Horas Totales 15

5. Objetivo

El alumno controlar las variables de velocidad y posicin en sistemas servo-neumticos y servo-hidrulicos mediante la construccin de circuitos, diagramas y ajuste de parmetros para la manipulacin de actuadores mecnicos.


Principios de los sistemas servo-neumticos

Describir el comportamiento de las variables de velocidad y posicin de un sistema servo-neumtico.

Implementar un sistema de control bsico, bajo caractersticas especficas para un sistema servo-neumtico.


Principios de los sistemas servo-hidrulicos

Describir el comportamiento de las variables de velocidad y posicin de un sistema servo-hidrulico.

Implementar un sistema de control bsico, bajo caractersticas especificas para un sistema servo-hidrulico.





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reactivos

A partir de un sistema de movimientos de recoleccin y colocacin (Pick & Place) basado en actuadores servo-neumtico o servo-hidrulico x-y-z, implementar el sistema de control automtico y elaborar un reporte tcnico que contenga: -Planteamiento de un sistema de control automtico, anlisis y formulacin del modelo de control, descripcin de la seleccin de los elementos que conforman el sistema de control, desarrollo, ajustes y pruebas en fsico, resultados y deducciones.

1.-Comprender los principios de funcionamiento de un sistema servo mecnico. 2.-Identificar las caractersticas especificas de los sistemas servo-neumticos y servo-hidrulicos. 3.- Analizar las caractersticas de los sistemas servo-mecnicos. 4.- Integracin de sistemas servo mecnicos como mtodo de solucin para el control de variables fsicas.





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Prcticas en laboratorio Solucin de problemas

pintarrn proyector digital de video equipo de computo equipo de laboratorio servomecanismos: hidrulicos y neumticos

Espacio Formativo


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CAPACIDADES DERIVADAS DE LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES A LAS QUE CONTRIBUYE LA ASIGNATURA

Capacidad Criterios de Desempeo

Seleccionar los instrumentos y elementos de control con base en los aspectos tcnicos.

Elabora un reporte de descripcin del proceso que integre: diagrama de bloques, descripcin de entradas y salidas, variables y sus caractersticas, caractersticas de suministro de energa (elctrica, neumtica), protocolos de comunicacin Estado operativo de lo preexistente con un listado de los elementos por subsistemas: o Neumticos o Elctricos y Electrnicos o Mecnicos o Elementos de control Necesidades del cliente en el que se identifique: o capacidades de produccin o medidas de seguridad o intervalos de operacin del sistema o flexibilidad de la produccin o control de calidad

Seleccionar los instrumentos y elementos de control con base en los aspectos tcnicos.

Realiza una Tabla comparativa de los elementos por subsistemas y selecciona los idneos, considerando: caractersticas tcnicas costos disponibilidad y tiempos de entrega garanta y soporte




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Instalar componentes de automatizacin realizando la conexin.

Genera una hoja de datos tcnicos (caractersticas) que especifique: descripcin de entradas y salidas, variables y sus caractersticas, Caractersticas de suministro de energa (elctrica, neumtica, etc.) protocolo de comunicacin a utilizar Elabora planos y/o diagramas, en funcin de la hoja de datos tcnicos: Elctricos Electrnicos Neumticos y/o Hidrulicos De distribucin de planta Control Realiza la simulacin de los subsistemas conforme a los planos y diagramas, y valida su funcionamiento.

Instalar componentes de automatizacin realizando la conexin, configuracin y programacin necesaria, para cumplir con los requerimientos del sistema.

Realiza la instalacin de componentes de automatizacin, en funcin de: - los diagramas, - hoja de tcnica de los equipos a instalar y - condiciones de seguridad. Configura los elementos que as lo requieran de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Programa los elementos de control considerando los componentes y su configuracin, generando, segn corresponda: - Tablas de asignacin - Diagrama de escalera, lista de comandos, entre otros. - Tablas de registros - Asignacin de tiempos - Comunicacin de datos a otros sistemas de acuerdo a los protocolos de comunicacin




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Verificar la operacin de los sistemas mediante pruebas tcnicas, para su puesta en marcha.

Define y ejecuta un procedimiento de arranque, operacin y paro del proceso Realiza mediciones de desempeo para compararlas con los requerimientos del proyecto y registrarlos en un reporte.

Diagnosticar la operacin de sistemas automatizados y de control mediante instrumentos de medicin e informacin tcnica.

Elabora un manual del usuario del proyecto realizado, que contenga: descripcin general del proceso principales componentes suministro de energa recomendaciones de seguridad intervalos de operacin procedimiento de arranque, operacin y paro recomendaciones de mantenimiento Elabora un reporte del proyecto que integre los documentos previos generados: Diagramas Listado de partes Programas Reporte de necesidades del cliente Lista de entradas y salidas Procedimientos Manual del usuario

Ejecutar acciones de mantenimiento de acuerdo al programa establecido

Aplica el procedimiento estandarizado de deteccin de fallas (ejemplo AMF, rbol de toma de decisiones, entre otras) Generar un informe de diagnstico de la falla - Nombre del equipo - Tipo de falla - Localizacin de la falla - Posibles causas - Resultados de las mediciones realizadas - Propuesta de soluciones (acciones de mantenimiento para correccin de falla)




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Ejecutar acciones de mantenimiento de acuerdo al programa establecido, para minimizar los paros en los procesos productivos.

Realiza acciones de mantenimiento de acuerdo al programa establecido y siguiendo las condiciones de seguridad Registra los resultados en una lista de verificacin.




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FUENTES BIBLIOGRFICAS

Autor Ao Ttulo del

Documento Ciudad Pas Editorial

Creus, A. (2007) Neumtica e Hidrulica

D.F Mxico Alfaomega

Kuo, B. (1996) Sistemas de Control Automtico

Estado de Mxico

Mxico Prentice Hall

Katsuhiko , O. (2003) Ingeniera de Control Moderna

Madrid Espaa Prentice Hall

Maloney, T. (2006) Electrnica Industrial Moderna

Estado de Mxico

Mxico Pearson

Muhammad, R.

(2004) Electrnica de Potencia

Estado de Mxico

Mxico Pearson

Veinott, C. (1978) Motores Elctricos de Potencia Fraccionaria y

Subfraccionaria.

Barcelona Espaa Marcombo

Kosow, I. (1993) Maquinas Elctricas y Transformadores

Estado de Mxico

Mxico Prentice Hall

Battika, N. (1997) The Condensed Handbook of

Measurement and Control

North Carolina

USA Instrument Society of America.

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