Diseño e implementación de prácticas de laboratorio para la asignatura Automatización Avanzada

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Título :	Diseño e implementación de prácticas de laboratorio para la asignatura Automatización Avanzada
Autor :	HURTADO CHONG, GABRIEL
Fecha de publicación :	2019
Resumen :	El área de la automatización está sujeta a una constante evolución y transformación, lo cual impacta no sólo en los sistemas industriales, sino también en otras áreas de la ingeniería tales como la manufactura, la planeación de procesos, los edificios inteligentes, por mencionar algunos ejemplos. Debido a esta situación, continuamente se presentan mejoras e innovaciones en las plataformas de los PLC, ya que se va ampliando la gama de opciones tecnológicas, así como en otros equipos de última generación. Los PLC son fundamentales en el desarrollo de cualquier proyecto de automatización industrial y, además, las empresas solicitan que los ingenieros egresados tengan habilidades en dicha área para poder ocupar los puestos de laborales y de mando. Estas son algunas de las razones por las que se hace necesario que los nuevos profesionales en el área de la automatización, obtengan un gran panorama sobre los conocimientos y las competencias necesarias en esta disciplina. También es relevante que tengan las habilidades en otras ramas de la ingeniería para poder interactuar con miembros de un equipo multidisciplinario y, además, reconocer la importancia que representa la implementación de un sistema basado en PLC de forma más avanzada. Las especificaciones de diseño y los requerimientos de proyectos habrán de definir las características de los PLC y sus elementos internos de entrada y salida, ya que de ello depende que se puedan cubrir desde las necesidades de un sistema hasta las de un cliente; por lo que es sumamente importante conocer múltiples gamas de estas computadoras industriales. Por dichas razones, se implementará un conjunto de prácticas sobre los temas de PLC, redes de comunicación industrial, manejo de sensores y actuadores especiales, así como la integración del área de automatización de forma avanzada, incluyendo la de manufactura flexible, de tal forma que se mejore el proceso enseñanza-aprendizaje en las carreras de ingeniería mecatrónica y afines.
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6080
metadata.dc.contributor.responsible:	HURTADO CHONG, GABRIEL
metadata.dc.coverage.temporal:	2019-2020
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura
metadata.dc.description.objective:	Generar un banco de pruebas que pueda ser integrado a los equipos que actualmente se tienen el laboratorio, para verificar y validar las prácticas desarrolladas, además de que mejore la comprensión de los temas teóricos por parte de los estudiantes. Implementar estrategias para reforzar los conocimientos y habilidades adquiridos en la asignatura, para enriquecer las actividades académicas y mejorar así el proceso de enseñanza-aprendizaje.
metadata.dc.description.hypothesis:	Al diseñar un conjunto de prácticas con base en el temario de la asignatura Automatización Avanzada se mejorará el aprendizaje de los estudiantes de Ingeniería Mecatrónica e ingenierías afines; estas prácticas podrán tener un banco de pruebas que mejorarán la comprensión de la temática de esta asignatura. Además, no sólo los estudiantes se verán beneficiados, sino que toda la comunidad académica estará en posibilidad de tener una herramienta a su alcance que permita enriquecer las actividades académicas, mejorando el proceso enseñanza-aprendizaje, y homogeneizando los conocimientos básicos que adquieran los alumnos, con independencia del horario, grupo o profesor con quien cursen la asignatura. Todo lo anterior en virtud de la que la herramienta desarrollada será sometida a un proceso de validación y verificación, con base en la norma ISO 9001:2015, que correrá a cargo de la academia o cuerpo colegiado de automatización industrial, que preside el responsable de este proyecto.
metadata.dc.description.strategies:	La asignatura en la que se basará el conjunto de prácticas a desarrollar lleva el nombre de Automatización Avanzada, la cual está presente en el mapa curricular de la carrera de Ingeniería Mecatrónica, como una asignatura optativa, pero que cuenta con una asignatura antecedente obligatoria que es Automatización Industrial. El punto de partida, necesariamente, debe ser el temario de la asignatura Automatización Avanzada, el cual se muestra a continuación. 1. Programación avanzada de PLC Objetivo: El alumno manejará funciones de programación avanzadas de un PLC. Prácticas: 1.1 Manejo de constantes: decimales, binarias, hexadecimales. 1.2 Instrucciones avanzadas de programación: 1.2.1 Manejo de E/S en BCD, 1.2.2 Operaciones lógicas, 1.2.3 Enmascaramiento de datos 1.2.4 Saltos condicionales 1.2.5 Registros de corrimiento 1.2.6 Secuenciadores, pilas y colas 1.2.7 Escalamiento de señales. 1.3 Manejo de arreglos y estructuras iterativas (ciclos for). 1.4 Modos de direccionamiento: directo, indirecto, indexado. 1.5 Modularidad: definición, uso y manejo de subrutinas. 1.6 Bits de estado y marcas especiales. 1.7 Manejo de E/S analógicas. 2. Interfaces Humano Máquina (Human Machine Interface, HMI) Objetivo: El alumno manejará interfaces humano máquina (HMI) para interactuar con los PLC. Prácticas: 2.1 Programación de una interfaz para el control de actuadores 2.2 Interacción entre un PLC y una HMI. 3. Redes industriales Objetivo: El alumno manejará la comunicación entre PLCs para implementar redes industriales. Prácticas: 3.1 Programación y configuración de una red de PLCs con algún protocolo estándar. 3.2 Programación de envío y recepción de datos entre PLCs a través de una red. Las prácticas deberán procurar apegarse al orden establecido por dicho temario. De igual manera, se procederá a hacer una evaluación comparativa entre los diferentes PLC que ofrecen los principales fabricantes, para poder determinar cuáles son los más convenientes y cubrir satisfactoriamente el temario de la asignatura. Una vez seleccionados los equipos, se procederá a realizar el diseño del banco de pruebas que servirá para verificar el funcionamiento correcto de las soluciones que sean propuestas para cada una de las prácticas planteadas. Ya con el diseño del banco de pruebas se generarán las solicitudes de compras correspondientes y, mientras se lleva a cabo el proceso de adquisición, el cual consume varias semanas, en paralelo se redactará cada una de las prácticas para el manual. Cuando se tenga un primer borrador de la versión completa del manual dará inicio el proceso de validación, turnándolo al cuerpo colegiado de automatización industrial, para que pueda llevar a cabo una revisión tanto técnica como de la claridad en la redacción. Se recogerán sus comentarios y se harán las correcciones pertinentes. Este proceso podría tener que repetirse más de una vez, hasta llegar a obtener la primera versión del manual de prácticas. Se esperaría contar con todos los elementos para integrar el banco de pruebas, a más tardar, cuando el proceso de validación, descrito previamente, esté concluido. En cuanto éstos se tengan se procederá a la construcción del banco de pruebas. A partir de la primera versión del manual de prácticas se llevará a cabo el proceso de verificación, para lo cual se irá generando una posible solución para cada una de las prácticas propuestas. El funcionamiento correcto de cada una de estas soluciones tendrá que ser comprobado mediante el banco de pruebas construido. Esta primera versión del manual estará entonces lista para ser probada mediante un grupo piloto. El objetivo de proponer estas prácticas es que lleguen a ser un apoyo didáctico útil para las próximas generaciones que cursen la asignatura de Automatización Avanzada, además de ponerlas a disposición de la comunidad universitaria. Por lo tanto, hasta que cada una de las prácticas propuestas cuente con una solución válida y comprobada, se dará por concluido el proceso de diseño y desarrollo del Manual de Prácticas de Automatización Avanzada y se procederá a integrarlo dentro del Sistema de Gestión de Calidad ISO 9001:2015, lo cual incluye, entre otras cosas, su publicación en la página web del Laboratorio de Automatización Industrial, para que quede completamente a disposición de la comunidad de la facultad y público en general. Diseñar e implementar un conjunto de prácticas sobre los diferentes temas de la asignatura Automatización Avanzada, para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje y el desarrollo de habilidades en el manejo de diversos equipos para la automatización de procesos industriales.
metadata.dc.description.goals:	1. Se realizó la revisión colegiada del temario. Se determinó adecuado un manual con 13 prácticas de laboratorio. Se planteó llevar a cabo la redacción del manual de manera muy general, tal como se hizo con el manual de la asignatura antecedente (Automatización Industrial), para tener una herramienta flexible que permita a cada profesor plantear distintos ejercicios para cada práctica, pero teniendo siempre en claro los objetivos de aprendizaje. 2. Se construyó un banco de pruebas que puede ser utilizado como modelo didáctico para realizar diferentes prácticas mediante el uso de diversos sensores y actuadores tanto discretos como analógicos. Para su diseño se utilizó el programa AutoCAD. 3. Se elaboró una primera versión del Manual de Prácticas de Automatización Avanzada, conforme a los lineamientos definidos por el grupo colegiado, la cual incluyó 13 prácticas. No obstante, se presentaron algunas situaciones que derivaron en la necesidad de realizar una segunda versión simplificada de ese manual; a continuación se explican las principales. Por una parte, al haberse hecho obligatoria la asignatura antecedente, Automatización Industrial, para tres carreras de la Facultad de Ingeniería, se produjo un incremento sumamente importante en su matrícula, lo que hizo necesario incrementar sustancialmente su número de grupos. Se recibió una donación de equipos nuevos por parte de la Sociedad de Exalumnos de Facultad de Ingeniería (SEFI), lo que hizo posible sustituir los antiguos equipos y ampliar la capacidad de los grupos en un 25%, para poder atender de mejor manera la creciente demanda de dicha asignatura. Como consecuencia de tal sustitución, se hizo necesario incorporar el uso de los nuevos equipos también para las prácticas de Automatización Avanzada. No obstante, al realizar las pruebas en los nuevos equipos, se encontró que sus características y capacidades son muy distintas a las de los equipos anteriores. Así, la implementación de algunas prácticas de la primera versión puede ser sumamente complicada y, en otros casos, incluso ya no es posible. Por ello se elaboró una nueva versión simplificada del manual, con únicamente cuatro prácticas muy generales. 4. Se impartió el “Diplomado en Automatización Industrial” acorde a lo planeado. Para ello fue necesario generar una serie de materiales didácticos que incluyeron: un manual o guía de estudio de 255 páginas, 6 presentaciones de PowerPoint con un total de 646 diapositivas y 5 videos tutoriales para el uso de software de automatización con una duración total de 14 minutos y 42 segundos. 5. La versión simplificada y vigente del Manual de Prácticas del Laboratorio de Automatización Avanzada se encuentra publicada y disponible para su libre consulta en la página web del Laboratorio de Automatización Industrial (https://mecatronica.unam.mx/labAutomatizacionIndustrial.php). También está accesible directamente en: https://mecatronica.unam.mx/documentos/o013/MADO-24.pdf
metadata.dc.description.selfAssessment:	Se cumplió la totalidad de las metas establecidas inicialmente, generándose no sólo los productos comprometidos sino también algunos adicionales, con amplios beneficios tanto para profesores como para alumnos.. Además, los productos generados a raíz de este proyecto fueron dirigidos no sólo a la asignatura objetivo sino también a su asignatura antecedente. Después de veinticinco años de la creación del Laboratorio de Automatización Industrial, gracias a una donación de la Sociedad de Exalumnos de la Facultad de Ingeniería (SEFI), finalmente fue posible no solo la actualización de los Controladores de Lógica Programable (PLCs), sino también incrementar el tamaño de los grupos en un 25%, al lograr pasar de 16 a 20 alumnos por grupo. No obstante, esta transición no se habría logrado de una manera tan ágil y exitosa sin el apoyo de este proyecto PAPIME, ya que gracias a éste se obtuvieron recursos tanto para la compra de varios componentes para la construcción de las interfaces de conexión, como para el otorgamiento de becas a los alumnos que colaboraron para su diseño y construcción. Resultó así fundamental la decidida y acertada colaboración de todos los participantes, incluyendo a profesores y alumnos. En términos general, fue magnífico el desempeño y dedicación de los alumnos que participaron en el proyecto, pero, particularmente, resulta destacable el hecho de que, a raíz de ello, uno de esos alumnos haya desarrollado su trabajo de tesis, obteniendo mención honorífica y llegando incluso a integrarse a la planta docente de la Facultad de Ingeniería. En virtud de todo lo anterior, se considera que este proyecto resultó sumamente productivo, beneficioso y exitoso.
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Ingeniería
metadata.dc.subject.DGAPA:	Ingenierías Automatización Empresas Industria nacional Interfaz Humano-Máquina PLC Prácticas de Laboratorio Redes de comunicación
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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