Automática IndustrialTema 3. Desarrollo de aplicaciones SCADA . o Problemática asociada al...
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Departamento de Sistemas Electrónicos y de control Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Telecomunicación Universidad Politécnica de Madrid Automática Industrial Guía de aprendizaje Febrero 2014
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Departamento de Sistemas Electrónicos y de control
Escuela Universitaria de Ingeniería
Técnica de Telecomunicación
Universidad Politécnica de Madrid
Automática Industrial
Guía de aprendizaje
Febrero 2014
Automática Industrial – Guía de aprendizaje Página 3
Contenido
Datos básicos de la asignatura ...................................................................................................... 5
Profesorado ................................................................................................................................... 5
Descripción general ....................................................................................................................... 5
Conocimientos Previos .............................................................................................................. 6
Competencias ............................................................................................................................ 6
Resultados de aprendizaje e indicadores ...................................................................................... 7
Contenidos .................................................................................................................................. 10
Unidades didácticas ................................................................................................................ 10
Líneas metodológicas .................................................................................................................. 10
Distribución temporal ............................................................................................................. 11
Recursos de enseñanza-aprendizaje ........................................................................................... 13
Evaluación ................................................................................................................................... 13
Automática Industrial – Guía de aprendizaje Página 5
Datos básicos de la asignatura
Nombre de la asignatura: Automática Industrial
Titulación: 59EC - Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Departamento: Sistemas Electrónicos y de Control
Materia: Ingeniería de Sistemas y Productos Electrónicos
Plan de estudios: 2009
Tipo de asignatura: Optativa
Semestre: 6º
Código: 59EC - 59501004
Créditos ECTS: 4.5
Profesorado
Profesor Despacho Correo electrónico
Agustín Rodríguez Herrero © 4115 [email protected]
Guillermo de Arcas Castro 4107 [email protected]
Descripción general
Automática Industrial es una asignatura de sexto semestre, optativa para la titulación de
Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones. En ella el estudiante toma contacto con
los sistemas digitales de control de eventos discretos, comunicaciones industriales y sistemas
de supervisión de control y adquisición de datos (SCADA).
Automática Industrial – Guía de aprendizaje Página 6
Conocimientos Previos
Para cursar con aprovechamiento la asignatura es necesario que el estudiante haya adquirido
previamente las competencias ligadas a las asignaturas de lo cinco primeros semestres tal y
como se muestra en la tabla:
Curso Semestre Asignatura
3 5 Sistemas de control
3 5 Sistemas basados en microprocesador
2 3 Redes y Servicios de Telecomunicación
1 2 Electrónica I
1 2 Programación II
Además es muy recomendable que el alumno curse a la vez que esta, o haya cursado, la
siguiente asignatura: Redes de ordenadores de 6º semestre.
Competencias
En esta asignatura el estudiante desarrolla las siguientes competencias generales:
[CE_EC_3] Capacidad de realizar la especificación, implementación, documentación y
puesta a punto de equipos y sistemas, electrónicos, de instrumentación y de control,
considerando tanto los aspectos técnicos como las normativas reguladoras
correspondientes.
[CE_EC_4] Capacidad para aplicar la electrónica como tecnología de soporte en otros
campos y actividades, y no sólo en el ámbito de las Tecnologías de la Información y las
Comunicaciones.
[CE_EC_6] Capacidad para comprender y utilizar la teoría de la realimentación y los
sistemas electrónicos de control.
[C_GEN_4] Capacidad de abstracción, de análisis y de síntesis y de resolución de
problemas.
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Resultados de aprendizaje e indicadores
Tras superar la asignatura, el estudiante debe ser capaz de:
[RA01] Conocer el uso de un sistema basado en microprocesador como solución al
control industrial y su aplicación como solución a los sistemas de control industriales
[RA02] Conocer la arquitectura, hardware, sistema operativo y software de
programación de un autómata programable de última generación.
[RA03] Desarrollar programas de control en el lenguaje gráfico Esquema de Contactos.
[RA04] Conocer el estándar IEC61131 y su aplicación a los productos de diferentes
fabricantes.
[RA05] Analizar la arquitectura de un sistema de supervisión de control y adquisición
de datos (SCADA) y las soluciones empleadas habitualmente para su desarrollo.
[RA06] Aplicar una herramienta comercial para el desarrollo de aplicaciones SCADA.
[RA07] Comprender la necesidad de la estandarización de los buses industriales y
analizar los diferentes tipos
[RA08] Describir el funcionamiento de un protocolo de comunicaciones industriales
Interrelación entre resultados de aprendizaje y competencias:
[CE_EC_3] [CE_EC_4] [CE_EC_6] [C_GEN_4]
RA01
RA02
RA03
RA04
RA05
RA06
RA07
RA08
A continuación se presentan los indicadores o criterios de evaluación por temas, asociados a
resultados de aprendizaje. En la columna de la derecha se marcan los indicadores mínimos,
considerados de obligada adquisición.
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Resultados de
aprendizaje Tem
a
Ord
en
Automática Industrial: Indicadores del Tema 1
Mín
imo
RA_01
T1 1 Entender la Automática, aplicación de la automatización, sistema automatizado y la definición de procesos de eventos discretos
X
T1 2 Conocer las arquitecturas de control industrial X
T1 3 Comprender el Modelo de pirámide industrial y la clasificación en generaciones de los PLCs
X
RA_02
T1 4 Conocer la Lógica programada y la distinción de los PLC en gamas de productos X
T1 5 Analizar las características principales de un PLC aplicando el concepto de redundancia y modularidad
T1 6 Conocer las redes de comunicaciones aplicadas al control industrial particularizando en las redes productor/consumidor
T1 7 Distinguir las diferentes formas de ejecución de los programas en un PLC, analizando las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas
X
RA_03 T1 8 Comprender el uso de organigramas para la realización de los programas de control y su adaptación a la ejecución cíclica
X
RA_04 T1 9 Ingeniería paralela
Resultados de
aprendizaje Tem
a
Ord
en
Automática Industrial: Indicadores del Tema 2
Mín
imo
RA_02
T2 1 Conocer la arquitectura de un PLC (Contrologix, controlbus y método de
intercambio de información) X
T2 2 Diferenciar entre buses internos master/slave y productor/consumidor X
T2 3 Conocer los diferentes módulos del Contrologix y su relación con el código de
colores dado por el fabricante X
T2 4 Conocer la estructuración de la familia de productos Logix
T2 5 Entender el Sistema operativo Logix multitarea, configuración de tareas,
programas y rutinas X
T2 6 Comprender la relación entre los diferentes tipos de datos, variables (TAGs),
definición, asignación y referenciación X
T2 7 Distinguir la variedad de Tags (controlador, programa, alias) X
T2 8
Manejar el entorno de programación RSLogix5K definición de módulos,
asignación de slot, configuración de entradas y salidas, generación de rutinas,
transferencia de programas al PLC
X
RA_03
T2 9 Comprender la funcionalidad de pequeños programas de control, creación de
un proyecto X
T2 10 Conocer el lenguaje de programación Ladder con instrucciones lógicas básicas,
módulos lógicos, compresión de la ejecución de las instrucciones y comentarios X
T2 11 Manejar el mecanismo de depuración/verificación de programas con el diseño
de programas de control de procesos sencillos
T2 12 Diseñar programas de control de procesos simulador para equipos de la
plataforma Logix utilizando el lenguaje gráfico Ladder X
RA_04
13
Conocer las funciones más importantes del sistema operativo del PLC,
concepto de estandarización del software industrial, definiciones de
programas, instrucciones, operadores y operandos
14 Distinguir los diferentes lenguajes de programación de PLCs y los modos de
ejecución de los programas
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Resultados de
aprendizaje Tem
a
Ord
en
Automática Industrial:
Indicadores del Tema 3
Mín
imo
RA_05
T4 1 Enumerar los diferentes elementos que forman parte de un sistema SCADA X
T4 2 Comprender la diferencia entre un programa de control y los diferentes elementos de un SCADA
X
T4 3 Comprender las soluciones comerciales más utilizadas para mitigar los problemas típicos afrontados en el desarrollo de un SCADA
X
T4 4 Conocer las herramientas comerciales más utilizadas
RA_06
T4 5 Crear un IO Server a partir de un programa de control para su integración en un SCADA
T4 6 Crear un IO Server para integrar en un SCADA un dispositivo a través de un servidor OPC
X
T4 7 Crear un IO Server para integrar en un SCADA un dispositivo a través de Modbus
X
T4 8 Crea y configurar adecuadamente las variables compartidas necesarias para intercomunicar los procesos que forman parte de un SCADA
X
T4 9 Implementar mecanismos de seguridad en base a perfiles de usuario en un SCADA
T4 10 Gestionar una base de datos para almacenar las variables de un SCADA X
T4 11 Desarrollar interfaces de usuario de calidad para aplicaciones SCADA
Resultados de
aprendizaje
RA- Tem
a
Ord
en
Automática Industrial: Indicadores del Tema 4
Mín
imo
RA_07 T5 1
Conocer las clasificaciones de los buses de campo y las diferencias entre los mismos
X
T5 2 Conocer algunos ejemplos de cada tipo de bus industrial X
RA_08
T5 4 Conocer la estructura de la especificación Modbus X
T5 5 Conocer el mecanismo de comunicación seguido en el protocolo Modbus
T5 6 Conocer la estructura de una trama Modbus
T5 7 Desarrollar una librería básica para enviar un comando a través de Modbus X
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Contenidos
Unidades didácticas Tema 1. Introducción a la automática.
o Sistemas de control de procesos discretos.
o Arquitecturas de control industrial.
Tema 2. Autómatas Programables.
o Modelo de familia Logix: Equipos y Módulos.
o Sistema operativo multitarea, programas, rutinas y variables (Tags).
o Entorno de programación de la familia Logix.
Tema 3. Desarrollo de aplicaciones SCADA .
o Problemática asociada al desarrollo de aplicaciones SCADA.
o Herramientas software para la supervisión y el control industrial.
o Entornos comerciales para el desarrollo de SCADAS: LabVIEW/DSC.
o Servidores OPC.
Tema 4. Comunicaciones industriales.
o Tipos de buses industriales.
o Ejemplos de buses y protocolos de comunicación industriales.
o Procotolo Modbus.
Líneas metodológicas
Durante las 14 semanas del periodo lectivo en el que se imparte esta asignatura el estudiante
tendrá tres horas de trabajo presencial. Las actividades tendrán lugar en diferentes sitios en
función de la presencialidad y contenidos, así se definen los siguientes lugares de realización
de las actividades:
- Presencial: aula de laboratorio acondicionada con el equipamiento adecuado con un cupo
máximo de 14 alumnos.
- No presencial:
- De estudio individual: trabajo personal del alumno realizado en sala de estudio
- De estudio en pareja: dos alumnos para la realización de las prácticas es sala de
estudio o laboratorio
- De estudio en grupo: entre 4 y 5 alumnos, reuniones en sala de estudio
La metodología utilizada depende de las actividades que se han de desarrollar y está
condicionada por la presencialidad de las mismas:
- Presencial:
- Expositiva: clase magistral
- Resolución de ejercicios
- Resolución de problemas/casos /evaluación individual
- Resolución de problemas/casos /evaluación grupo
- Actividades de evaluación
- No presencial:
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- Resolución de ejercicios
- Resolución de problemas/casos /evaluación individual
- Resolución de problemas/casos /evaluación grupo
- Actividades de evaluación
En consecuencia las dos metodologías principales en el aula serán la de Expositivo
haciendo referencia a la forma tradicional de impartir una clase magistral y la de
Resolución en la que se resolverán ejercicios y problemas relacionados con cada uno
de los temas. En este último caso se fomentará la participación de alumno de forma
individual o en grupo, defendiendo y discutiendo la solución o posibles soluciones de
los ejercicios o problemas.
El trabajo no presencial del alumno lo realizará de forma individual, en pareja o en
grupo. En el primer caso su trabajo se orientará básicamente al estudio de los
contenidos de la asignatura y a la realización de algunos ejercicios propuestos por el
profesor. El trabajo en pareja se centra fundamentalmente en la resolución de los
supuestos prácticos del laboratorio y el trabajo en grupo para la preparación de los
ejercicios o problemas.
Distribución temporal
A continuación se muestra la distribución temporal del temario y de las actividades de
la asignatura a lo largo del semestre. La programación se corresponde con un semestre
de 14 semanas lectivas.
Código Actividades (Metodología)
CM Clase magistral
EX Ejercicios
RPEI Resolución de problemas/casos /evaluación individual
RPEG Resolución de problemas/casos /evaluación grupo
EV Evaluación
Código de Lugares SE Sala de Estudio
LABSW Laboratorio: requiere solo software (cualquier local o Reina Sofía)
LABHW Laboratorio requiere hardware (8221)
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Recursos de enseñanza-aprendizaje
Bibliografía principal:
Transparencias de la asignatura y enunciados de prácticas de laboratorio (disponibles en la
plataforma Moodle).
Manuales de usuario del equipamiento.
Bibliografía de apoyo:
Ingeniería de la Automatización Industrial. 2º edición. Ramón Piedrafita Moreno. Editorial RA-MA.
ISBN 84 7897 604 3. 2004.
Introducción a LabVIEW. M. Ruiz y G. Arcas. Dpto. Publicaciones EUIT Telecomunicación.
Allen Bradley. Reference Manual: Logix5000TM Controllers General Instructions. Rockwell
Automation. Publication 1756-RM003G-EN-P - June 2003.
http://www.ab.com, http://www.ni.com
Recursos adicionales (casos de estudio, documentación de apoyo, etc) disponibles en la plataforma
de la asignatura.
Equipamiento disponible en el laboratorio:
8 PC ordenadores personales en red, más uno para el profesor e impresora.
8 autómatas de última generación de alta gama, de la famila Logix de Rockwell Automation, 8
sistemas de simulación de procesos discretos y tarjetas de adquisición de datos de National
Instruments.
Licencias de las herramientas de desarrollo software necesarias (RSLogix, RSLinx LabVIEW+DSC).
Evaluación De acuerdo con la Normativa Reguladora de los Sistemas de Evaluación de la Universidad Politécnica de
Madrid, aprobada el 22 de Julio de 2010, el alumno podrá elegir entre dos sistemas de evaluación,
excluyentes y definitivos durante el curso:
Sistema de evaluación continua: es el sistema por defecto cuyo detalle se muestra más adelante.
Sistema de sólo prueba final: los alumnos que elijan este itinerario deberán presentar, antes de la
tercera semana de clases, una solicitud por escrito al coordinador de la asignatura indicando la
elección de este itinerario. En este itinerario no se realizará ninguna prueba de evaluación
continua, únicamente se realizarán unas pruebas finales que reflejarán una complejidad y
extensión similares a las del conjunto de pruebas realizadas en el sistema de evaluación continua.
Se recuerda, que según la normativa: Una vez elegido el itinerario de evaluación continua, no es posible el
cambio de itinerario por parte del alumno excepto por causa sobrevenida y de fuerza mayor.
ITINERARIO DE EVALUACIÓN CONTINUA
La nota de la asignatura se obtiene a partir de actividades distribuidas a lo largo del curso:
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Ejercicios/Trabajo: realización de un Trabajo en grupo y ejercicios entregables (individual o en
grupo). El Trabajo abarca temáticas de las dos partes de la asignatura, tanto de control como de
supervisión.
Prácticas de laboratorio: evaluación de la actuación en el aula y de la capacidad de reflexión de la
pareja.
Examen global: resolución de un test individual presencial, cuestiones y ejercicios de todos los
temas.
En cada una de las actividades de evaluación sumativa se evaluarán tanto los conceptos como la capacidad
de aplicarlos, dando especial importancia a la evaluación de los indicadores mínimos definidos para cada
tema. Para aprobar la asignatura es necesario obtener una nota global mayor o igual a 5 puntos, siendo
necesario superar un umbral mínimo en el examen global del 33% y en el proyecto fin de asignatura del
33%. A continuación se muestra la contribución de cada elemento de evaluación a la nota global:
Actividad Puntuación PLCs Puntuación LV-DSC
Ejercicios/Trabajo 0.5 0.5
Prácticas 1.5 1.5
Examen Global 2 2
Proyecto Fin de Asignatura 1 1
Total Partes 5 5
Total Asignatura 10
La distribución de la nota de cada prueba de evaluación continua se muestra en la siguiente tabla:
Número de Práctica 1 2 3 4 5 6 Total
Prácticas PLCs 0.5 0.5 0.5 1.5
Prácticas LV-DSC 0.5 0.5 0.5 1.5
Proyecto Fin de Asignatura (Umbral 33%) 2
Examen Global (Umbral 33%) 4
Ejercicios/Trabajo 1
Total Asignatura 10
Un alumno que no curse la asignatura por primera vez y opte por el itinerario de evaluación continua
deberá repetir al menos el Proyecto Fin de Asignatura. No obstante, el alumno podrá optar por repetir
todas las actividades de nuevo con la intención de mejorar su calificación.
Los estudiantes que opten por realizar la evaluación continua de la asignatura no tendrán posibilidad de
realizar el examen global si abandonan dicho método de evaluación, es decir, el abandono sistemático de
las actividades evaluables conducen al abandono de la asignatura. No obstante, en ese caso los estudiantes
podrán presentarse al examen global en la convocatoria extraordinaria.
ITINERARIO DE SÓLO PRUEBA FINAL
Está compuesto por dos pruebas básicas:
Examen de teoría: el mismo que para los alumnos de evaluación continua.
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Prueba práctica: planteamiento de un diseño que recoja los conocimientos evaluados en las
prácticas desarrolladas en la evaluación continua para resolver en un plazo de tiempo acotado (4
horas máximo ) y su exposición al tribunal de evaluación de la asignatura.
La calificación se obtendrá aplicando los pesos mostrados en la siguiente tabla siendo necesario obtener al
menos un 40% en cada una de las partes.
PRUEBA FINAL Total
Examen de teoría 4
Prueba Práctica 6
Total Asignatura 10
