Download Ángel Vergara Betancourt
Document related concepts
no text concepts found
Transcript
GUÍA DIDÁCTICA Asignatura: INSTRUMENTACIÓN Docente: Ángel Vergara Betancourt Carrera: Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla Objetivos: Esta asignatura tiene el objetivo de identificar y seleccionar los diferentes sensores como dispositivos de medida, acondicionar las señales que son detectadas por un sensor y aplicar estas señales para el control y monitoreo de procesos mediante el uso de dispositivos digitales y procesamiento de señales. Adicionalmente, la signatura busca extender el caso a sistemas de instrumentación virtual. Temario de La asignatura: 1.- Introducción a los sistemas de medida • Definición de los sistemas de medida • Características estáticas de los sistemas de medida • Características dinámicas de los sistemas de medida • Análisis de incertidumbre • Calibración • Simbología industrial • Mediciones y dispositivos de medición 2.- Sensores y Acondicionamiento de señal • Principios físicos de sensado • Tipos de sensores • Acondicionamiento de señal y circuitos de interface electrónica • Sensores inteligentes e instrumentación digital 3.- Interfaz Sensor-microcontrolador7,13,14,16 Conversión tiempo-digital Circuitos de interfaz directa entre chip sensor y microcontrolador Circuitos de interfaz directa entre sensor modulador y microcontrolador Circuitos de interfaz directa entre sensor y Arduino 4.- Actuadores y Controladores • Actuadores • Controladores 5.-Instrumentación Virtual • • • • • Metodología del trabajo Introducción Hardware para instrumentación virtual Software para instrumentación virtual Diseño de instrumentos virtuales en LabVIEW Aplicaciones de instrumentación en LabVIEW La metodología del trabajo se basará en los diferentes momentos de aprendizaje establecido para el caso de competencias por Sánchez, Nevárez y Ramírez 1. En este sentido se seguirá el proceso que se describe en la imagen de la figura 1. En función de los momentos del aprendizaje, se desarrollarán las siguientes actividades: Introducción: Esta parte del contenido se presentará en forma breve ya que solo tiene la intención de ubicar al estudiante en el contexto e importancia del tema. Las actividades y la comunicación se llevarán a cabo de forma asíncrona a través de una plataforma. para ello se utilizarán diferentes recursos tales como: • Lectura de textos • Diapositivas • videos • foros Las actividades encomendadas es este punto serán subidas mediante archivos a la plataforma para una evaluación formativa, así como se complementará con discusiones en el foro donde se presentarán auto - evaluaciones y co-evaluaciones. para evaluar se utilizarán los siguientes aspectos: • Elaboración de mapas mentales y conceptuales • Subrayado de ideas principales y síntesis de información • Elaboración de ensayos Adquisición del conocimiento: Este apartado es el que soporta la mayor cantidad de material de estudio, el cual será presentado en la plataforma a través de: • Diapositivas • Videos • Lecturas • enlaces de internet • webquest y mini-quest • emuladores virtuales • ejemplos Para garantizar la adquisición del conocimiento, se realizarán y evaluarán diferentes actividades tales como: • Discusión en foros • Elaboración de tablas comparativas y mapas • webquest y Mini-quest • Elaboración de wikis Práctica: Este apartado es quizás el más importante y de mayor interés para el estudiante. Es por ello que la organización de las actividades aquí planteadas, resulta un trabajo bien estructurado. Para esta asignatura en particular, las prácticas resultan enriquecedoras y deben ser evaluadas mediante rúbricas concretas que garanticen la comprensión del tema. entre los medios que se utilizarán se tienen: • Ejercicios • Planteamiento de problemas • Simuladores virtuales de circuitos (multisim, livewire, proteus, spice, simulink, kicad, microcap, designworks, tinycad, etc.) • Prácticas para Elaboración de circuitos • tutoriales y video tutoriales • chats, video conferencias y foros de discusión • Análisis de tablas y gráficos mientras que las actividades que serán evaluadas serían: • Entrega de ejercicios en la plataforma • Solución a problemas y discusión de dicha solución en la plataforma • Realización de actividades de Mini-Webquest • Análisis y simulación de sistemas y circuitos en simuladores • • virtuales Elaboración de prácticas y discusión de resultados en un foro Respuesta a interrogantes en el foro Aplicación: La aplicación del conocimiento es el medio por el cual será demostrado que se han comprendido los contenidos temáticos de una asignatura y que se es capaz de resolver problemáticas mediante la aplicación del conocimiento adquirido. La aplicación se podrá llevar a cabo al final de cada tema o bien al final del curso. Los recursos que se proporcionan en este punto son: • Planteamientos de problemas • tutoriales y video tutoriales • chats, video conferencias y foros de discusión • Estudio de Casos • propuesta de proyecto los medios mediante los cuales se verificará la aplicación del contenido será: • Elaboración de Prototipos • Proyecto • Reportes técnicos y Solución de problemas Evaluación: la evaluación es el medio con el cual el docente o asesor podrá determinar el nivel de aprovechamiento y de aprendizaje adquirido por el estudiante. La evaluación podrá llevarse en dos momentos: al final de cada tema (evaluación formativa) y al final del curso (evaluación sumativa). Las formas de evaluar se presentarán en tres modalidades: auto-evaluación, co-evaluación y hetero-evaluación. para lograr lo anterior se presentan los siguientes recursos y medios: • Examen en línea • Solución de problemas • Discusión en foros • Estudio de casos y Análisis de resultados Cronograma presentación del tutor Bienvenidos al curso de instrumentación. Mi nombre es Angel Vergara Betancourt y seré su tutor en este curso. Tengo la licenciatura en ing. electrónica y la maestría en optoelectrónica. Hace más de cinco años que imparto esta asignatura y procuro siempre que los estudiantes aprendan conjugando lo teórico con lo práctico. Como tutor, estoy abierto a las preguntas comentarios, sugerencias, debates y discusiones dentro de un plano de mutuo respeto y colaboración. Espero cumplir con sus expectativas y bienvenidos nuevamente. presentación de la asignatura Datos de la asignatura: Nombre: Carrera Clave de la Asignatura: SATCA (CRÉDITOS): Instrumentación Ing. Mecatrónica AEF-1038 3-2-5 Esta asignatura aporta al perfil del egresado de las carreras de Ingeniería Mecatrónica, las competencias que utilizará en la selección, aplicación, operación, mantenimiento y calibración de instrumentos para el control automático y la medición de variables analógicas existentes en las instalaciones de procesos industriales. En otras palabras, le proporcionará al ingeniero mecatrónico, las herramientas y conocimientos para operar, diseñar y desarrollar sistemas de instrumentación aplicados en la industria y la domótica. así como también será capaz de operar con nuevos sensores que son compatibles con distintas tarjetas de desarrollo, y podrá desarrollar sistemas de instrumentación virtual. Objetivos: Desarrollar las competencias necesarias para seleccionar, aplicar, calibrar, operar los instrumentos de medición empleados en los procesos industriales, así mismo las habilidades para la sintonización de los controladores PID. Competencias previas: Aplicar los conceptos básicos de las leyes y principios fundamentales como son ley de Coulomb, Ley de Ampere, Ley de Ohm, ley de Faraday, desarrollando habilidades para la resolución de problemas. Aplica conocimientos básicos de variables físicas. Establece funciones de transferencia Identifica elementos de entrada y salida Utiliza instrumentos de medición Aplica conceptos de electrónica analógica para el desarrollo de circuitos de acondicionamiento Aplica conocimientos de electrónica digital para el uso de sensores digitales. Utiliza conceptos básicos de programación para el desarrollo de sistemas de instrumentación virtual Competencias a desarrollar: Interpreta las definiciones dadas por sama así como la nomenclatura definida por isa identificando los criterios para la selección de instrumentos de medición. Interpretar diagramas de tubería e instrumentación Selecciona y aplica técnicas de caracterización de sensores en relación al tipo de proceso en cuestión. Clasifica los tipos actuadores y aplicar técnicas de caracterización para utilizarlos en la instrumentación de los procesos industriales. Aplica modos de control y técnicas de sintonización para los controladores utilizados en la instrumentación de los procesos industriales. Analiza y aplicar los elementos que intervienen en un sistema de control asistido por computadora. Acondiciona señales provenientes de sensores para su posterior acondicionamiento Integra nuevas tecnologías con el uso de sensores Desarrolla sistemas de monitoreo e instrumentación virtual Requerimientos del estudiante: Esta materia es en su mayoría una asignatura práctica. es por ello que se requiere del estudiante un gran compromiso para realizar sin la supervisión directa del asesor la serie de prácticas que se proponen. La misma naturaleza de la materia exige disciplina y tiempo, así como una formación autodidacta. además, es posible desarrollar trabajo colaborativo y en equipo a través de discusiones en foros, compartir ideas y soluciones, cuestionar y solicitar apoyo a otros, así como resolver problemáticas reales y aplicar el conocimiento. La asignatura se halla en los niveles superiores de la carrera, por lo que demanda del conocimiento previo de otras asignaturas, y el dominio de esta permitirá la fácil inserción a otros contenidos en semestres superiores. Además de conocimientos y práctica, esta asignatura también fortalece en el estudiante la capacidad para: resolver problemas, buscar información en diferentes fuentes, asociar ideas y conceptos, utilizar TIC’s como medios de comunicación para compartir colaborar y asesorar temas, insertarse ya en un campo laboral utilizando nuevas tecnologías e integrar conocimientos en el desarrollo de proyectos concretos asociados con la medición y control de variables de diferentes procesos. Evaluación La evaluación se llevará a cabo respetando las tres etapas de evaluación: Evaluación diagnóstica Evaluación formativa Evaluación sumativa En el diagrama de la figura, se muestran los aspectos y porcentajes de la evaluación. En forma de resumen, se tiene: Exámenes 30% actividades prácticas 30% Actividades en plataforma 40% La manera de evaluar, será a través de rúbricas, cada una adaptada a cada aspecto a evaluar pero de forma genérica cumpliendo lo siguiente: Exámenes Actividades prácticas Actividades en plataforma 0% 50% 75% 100% menos de 25% de reactivos correctos no cumple 25%-75% de reactivos acertados cumple con: reporte ó práctica ó simulación 75%-90% de reactivos acertados cumple con: reporte y práctica ó Práctica y simulación cumple con la actividad completament e sin poner cuidado en aspectos como ortografía, presentación, uso de tic’s, etc. 90%-100% de reactivos acertados cumple con: reporte y práctica y simulación no cumple cumple con la actividad parcialmente ó sin poner cuidado en el contenido cumple con la actividad completamente y pone cuidado en contenido y aspectos como ortografía, presentación, uso de tic’s, etc. Estrategias de estudio Particularmente para el rubro de “actividades en plataforma”, se sugiere apoyarse en recursos electrónicos y TIC’s. Por ejemplo, para la elaboración de mapas y esquemas, se sugiere el uso de algún software como medio de apoyo, por ejemplo: Xmind, Edrawmymap, imind, freemind, Bizagi, Cmaptools, etc., Para la parte de prácticas, se sugiere consultar foros, tutoriales y videos que se proponen. Para la parte de simulaciones, se propone el uso de software tal como, proteus, xcircuit, multisim, simulink, etc. De igual forma, se recomienda visitar las páginas, tutoriales y foros de Matlab (www.mathworks.com), labview (www.ni.com) y Arduino (www.arduino.cc). En lo que respecta la elaboración de “proyecto”, se propone: Utilizar herramientas para la planeación de actividades, tales como ganttproject y projectlibre. Lecturas recomendadas Como recomendación general, se invita a no dejar las actividades sin realizar o dejar que se acumulen, esto entorpecerá el desarrollo del curso, de igual manera se hace notar que las actividades tienen un esquema seriado, por lo que es importante cumplir con las primeras actividades, para no tener dificultades con temas posteriores. Para la mayoría de las unidades se proponen la siguientes referencias: 1. REYES, Fernando; CID, Jaime; VARGAS, Emilio, Mecatrónica Control y automatización, Ed. Alfaomega 2013. Este texto cubre perfectamente las unidades 1,2 y 4. permite tener un panorama general de la importancia de la instrumentación y como se aplica en el entorno de problemas reales 2. Pallás Areny, Ramón, Sensores y acondicionadores de señal, Ed. Alfaomega Marcombo. este texto refuerza los contenidos de la unidad 2. Acondicionamiento de señales. 3. Creus, Antonio, Instrumentación industrial, Ed. Alfaomega. de este texto se rescata el uso de sensores industriales 4. Farden Jacob, Handbook of modern sensors, Third Ed. Springer. En este texto se encuetntra la descripción de una gran variedad de sensores. 5. Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales, Pearson Educación, 1999 El uso de opamps para el acondicionamiento de señales se encuentra en este libro. 6. Ogata, Katsuhiko, Ingeniería de control moderna, Ed. Prentice Hall. 7. Kuo, Benjamín C., Sistemas de control automático, Ed. Prentice Hall. Los dos anteriores libros, permiten conocer los conceptos básicos de control 8. Malvino, Principios de Electrónica, Mc.Graw Hill. 9. Boylestad, Electrónica, Prentice Hall Las dos referencias anteriores, permiten recordar conceptos de electrónica 10. http://www.arduino.cc/ 11. www.mathworks.com/ 12. www.ni.com/labview Referencias 1 Leticia Sánchez Lima, Irene Nevárez Burgueño, Martha Ramírez López, Momentos del Aprendizaje, Subsecretaría de Educación Superior, Dirección General de Educación Superior Tecnológica, Coordinación Sectorial Académica, Dirección de Docencia