Electrónica Digital Aplicada

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

PROGRAMA SINTÉTICO

CARRERA: Ingeniería Mecánica

ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada SEMESTRE: Sexto

OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará circuitos de control para motores de CD, CA y motores a pasos incluyendo PLC’S en procesos de control de equipo eléctrico. CONTENIDO SINTÉTICO:

I. Introducción a la Electrónica de Control II. Compuertas Lógicas III. Circuitos Integrados IV. Control Electrónico de Motores a Pasos V. Controladores Industriales por PLC’S VI. Microcontroladores

METODOLOGÍA: Investigación bibliográfica referente al tema. Búsqueda y revisión de las páginas web referidas al tema. Exposición y discusión del tema por equipos coordinados por el profesor Elaboración de material a utilizar en las exposiciones por equipo Construcción de prototipos de circuitos Simulación de circuitos electrónicos en computadora Realización de prácticas en laboratorio con circuitos de control de equipo eléctrico EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se aplicarán tres exámenes departamentales en el transcurso del semestre. Se tomarán en cuenta participaciones como exposición del tema, construcción de prototipos de circuitos de control, reporte de prácticas, etc BIBLIOGRAFÍA: Robert Rosenberg, B.S.M.A. Reparación de motores eléctricos, primer tomo. Editorial Gustavo Gili, Barcelona, séptima edición, 1970, 419 pag. Marc Couêdic. Circuitos integrados para tiristores y triacs. Alfaomega Marcombo, 2000, 169 pag. Timothy J. Maloney. Electrónica industrial. Editorial Prentice.Hall, Hispanoamericana S.A., primera edición, 1983, 567 pag.



ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería Mecánica OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academias de Eléctrica-Electrónica e Ingeniería Eléctrica. DEPARTAMENTO:

ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada SEMESTRE: Sexto CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: Agosto 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica MODALIDAD: ESCOLARIZADA

TIEMPOS ASIGNADOS

HORAS/SEMANA/TEORÍA: 3.0 HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 3.0 HORAS /SEMESTRE/TEORÍA: 54 HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 54 HORAS /TOTALES: 108

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academias de Eléctrica-Electrónica e Ingeniería Eléctrica. REVISADO POR: Subdirecciones Académicas de ESIME Azcapotzalco y Culhuacan APROBADO POR: Consejos Técnicos Consultivos Escolares de ESIME Azcapotzalco y Culhuacan Ing. Jorge Gómez Villarreal Ing. Ernesto Mercado Escutia

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 2 DE 10

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA

Las necesidades actuales de la industria moderna en constante y rápido desarrollo en las últimas décadas, demandan una formación sólida de profesionales de Ingeniería Mecánica capaces de ejercer en la industria un papel con alta eficiencia en las áreas que les competen. Una de estas áreas es la ingeniería eléctrica, en combinación con la electrónica donde el Ingeniero Mecánico deberá incursionar directamente en el uso de elementos semiconductores aplicables a la industria. La ESIME como institución precursora de enseñanza superior está comprometida a cumplir estos objetivos al formar ingenieros que sean profesionalmente competitivos en un desarrollo industrial y tecnológico globalizado y de vanguardia. Lo anterior, sienta las bases para la inclusión de esta asignatura en el 5º semestre, dentro del plan de estudios vigente. De manera antecedente, requiere los conocimientos del curso de Circuitos Eléctricos, Máquinas Eléctricas, Electrónica Básica, Electricidad y Magnetismo. En forma consecuente apoya a las asignaturas de : Instalaciones Eléctricas, Control y Protección de Motores Eléctricos, Refrigeración, Acondicionamiento de Aire, Plantas de Bombeo, Turbinas y Plantas Hidroeléctricas, y otras asignaturas de Ingeniería Aplicada. El diseño de este programa ha sido dispuesto en orden lógico con seis unidades, mismas que guardan entre sí un carácter secuencial. Inicia con la introducción general a la electrónica de control, sigue con las compuertas lógicas y luego el control de motores con componentes SCR, TRIAC y PLC’S. La presente asignatura ofrece al alumno de esta carrera aquellos conocimientos de circuitos al control de motores de CD, CA, motores a pasos y el uso de PLC’S en procesos industriales colocándole así en la posibilidad de capacitarse de manera teórico-práctica para la solución de problemas que en el área combinada de Ingeniería Mecánica, Eléctrica y Electrónica se le presenten en el desempeño de su profesión, lo que justifica su inclusión dentro del plan de estudios vigente. En su estructura este curso advierte gran flexibilidad ya que será susceptible de enriquecimiento a partir de nuevos hallazgos de investigación en el campo, lo que le dará su actualidad. Su implementación requiere de una participación activa donde tanto el profesor como el alumno compartan la responsabilidad en el proceso de enseñanza-aprendizaje.



OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno diseñará circuitos de control para motores de CD, CA y motores a pasos incluyendo PLC’S en procesos de control de equipo eléctrico.



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 3 DE 10 No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción a la Electrónica de Control

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno explicará los principios básicos de la electrónica de control y sus aplicaciones en la industria.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE

BIBLIOGRÁFICA 1.1 1.2 1.3 1.4

Elementos de control electrónico Control básico en equipo eléctrico Detectores en aplicaciones industriales de control Circuitos de control

0.5 1.0 1.0 1.0

5B 5B 5B 5B



ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación documental por el alumno Elaboración de material didáctico para exposición oral Exposición oral por parte de los alumnos bajo supervisión del profesor PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Al final de la unidad II se aplicará el primer examen departamental. Se tomarán en cuenta participaciones como exposición del tema, entrega del material elaborado en la exposición, etc.



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 4 DE 10 No. UNIDAD I I NOMBRE: Compuertas Lógicas


El alumno explicará el principio de comportamiento de las compuertas lógicas y las aplicará en circuitos de control lógico.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE

BIBLIOGRÁFICA 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Introducción Compuerta AND Compuerta OR Compuerta NOT Combinaciones y aplicaciones Simulación con compuertas lógicas

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0

3.0 3.0 3.0 1.5 1.5

5B 6C 5B 6C 5B 6C 5B 6C 5B 6C 5B 6C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación documental por el alumno Exposición oral por parte de los alumnos bajo supervisión del profesor Elaboración de diagramas de circuitos lógicos Simulación de los circuitos lógicos en computadora Construcción y prueba de los circuitos lógicos en el laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Al final de la unidad II se aplicará el primer examen departamental. Se tomarán en cuenta participaciones como exposición del tema, entrega del material elaborado, simulaciones, prototipos, etc.



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 5 DE 10 No. UNIDAD III NOMBRE: Circuitos Integrados


El alumno seleccionará los circuitos integrados requeridos en los equipos de potencia y control.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE

BIBLIOGRÁFICA 3.1

3.2

3.3

Selección de circuitos integrados en aplicaciones de potencia y control. Operación con equipos de control por medio de tiristores y Triacs Aplicación en Variadores de velocidad

3.0

3.0

3.5

4.0

4.0

4.0

11C 16B

11C 16B

11C 16B



ESTRATEGIA DIDÁCTICA Asignación por el profesor del proyecto a construir Identificación de los componentes requeridos parar el proyecto Simulación del circuito electrónico del proyecto Construcción física y prueba de funcionamiento del circuito electrónico PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Al final de la unidad IV se aplicará el segundo examen departamental. Se tomarán en cuenta los avances logrados durante la construcción del proyecto .



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 6 DE 10 No. UNIDAD IV NOMBRE: Control Electrónico de Motores a pasos


El alumno construirá circuitos electrónicos para el control de motores a pasos.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE

BIBLIOGRÁFICA 4.1 4.2 4.3

Introducción Procedimientos para controlar un motor a pasos Aplicaciones

1.5 1.5 8.0

10.5

1C 2B 1C 2B 1C 2B



ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación documental por el alumno referente al tema Exposición oral por parte de los alumnos bajo supervisión del profesor Elaboración de un circuito electrónico para controlar un motor a pasos Construcción física y prueba de funcionamiento del circuito electrónico PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Al final de la unidad IV se hará el segundo examen departamental. Se tomarán en cuenta participaciones como exposición del tema, entrega del material elaborado, funcionamiento del circuito, etc.



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 7 DE 10 No. UNIDAD V NOMBRE: Controladores Industriales por PLC’S


El alumno construirá circuitos para el control de procesos industriales por medio de Controles Lógicos Programables (PLC’S).

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE


Introducción a los PLC’S I Tipos de programación de PLC’S

Programación básica de PLC’S Aplicaciones

1.5 1.5 3.0 5.0

1.5 4.5 4.5

4B 4B 4B 4B



ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación documental por el alumno referente al tema Exposición oral por parte de los alumnos bajo supervisión del profesor Elaboración de un circuito electrónico de control con PLC’S Prueba de funcionamiento del circuito electrónico de control PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Al final de la unidad VI se aplicará el tercer examen departamental. Se tomarán en cuenta participaciones como exposición del tema, entrega del material elaborado, y funcionamiento del circuito, etc.



ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada CLAVE HOJA: 8 DE 10 No. UNIDAD VI NOMBRE: Microcontroladores


El alumno describirá los principios de funcionamiento y programación de los microcontroladores.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE


Introducción Principios de funcionamiento Fundamentos de programación Aplicaciones

1.5 2.0 3.0 3.0

9.0

6C 6C 6C 6C



ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación documental por el alumno referente al tema Exposición oral por parte de los alumnos bajo supervisión del profesor Elaboración de un circuito electrónico de control con Microcontrolador Prueba de funcionamiento del circuito electrónico de control PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Al final de la unidad VI se aplicará el tercer examen departamental. Se tomarán en cuenta participaciones como exposición del tema, entrega del material elaborado, prueba de funcionamiento del circuito electrónico de control, etc.




RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRACT.

No.

NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

UNIDAD

DURACIÓN

LUGAR DE

REALIZACIÓN 1 2 3 4 5

Circuitos con las compuertas AND, OR Y NOT. Interruptor síncrono Variador de velocidad Control de un motor a pasos por PLC’S. Control de un motor a pasos por microcontrolador.

II

III

III

IV, V

VI

12.0

12.0

10.5

10.5

9.0

Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de Ingeniería. Eléctrica Azcapotzalco/Culhuacán




PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1 2 3

I, II

III, IV

V, VI

Examen escrito : 60 % Exposición oral de temas por el alumno: 10 % Reporte de prácticas: 30%

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X X

X

X

X

X

X

Robert Rosenberg, B.S.M.A. Reparación de Motores Eléctricos, 1er Tomo Editorial Gustavo Gili, Barcelona, séptima edición, 1970, 419 pag. Robert Rosenberg, B.S.M.A. Reparación de motores eléctricos, segundo tomo. Editorial Gustavo Gili, Barcelona, séptima edición, 1970, 400 pag. Timothy J. Maloney. Electrónica industrial. Editorial Prentice.Hall, Hispanoamericana S.A., primera edición,1983, 567 pag. Enrique Mandado Pérez. Jorge Marcos Acevedo. Serafín Alfonso Pérez López. Controladores lógicos y autómatas programables. Editorial Alfaomega Marcombo, segunda edición, 1999, 393 pag. Jimmie J. Cathe. Dispositivos electrónicos y circuitos. Editorial McGraw hill, serie Shaum’s, primera edición, 1991, 353 pag. Norman Balabanian. Bradley Carlson. Principios de diseño lógico digital. Editorial CECSA, primera edición, 2002, 352 pag. Manual de referencia Datos técnicas del AVR 1200 Manual de referencia Amnet Antonio Hermosa Donate. Electronica digital fundamental. Editorial Alfaomega Marcombo, 1995, 277 pag. Kenneth B Rexford. Electrical control for machines. Editorial Delmar Publichers, quinta edición, 1993, 521 pag. José Manuel Benavent García. Antonio Abellán García. Emilio Figueres morós. Electrónica de potencia, teoría y aplicaciones. Editorial ALFAOMEGA, primera edición, 2000, 235 pag. Gilberto Enríquez Harper. Fundamentos de Control de Motores Eléctricos en la Industria. Editorial Noriega- Limusa,1999, primera edición,186 pag. Emilio Figueres Amorós. José Manuel Benavent García. Gabriel Garcerá Sanfeliu. Simulación de circuitos electrónicos de potencia con pspice. Editorial Alfaomega, 2001, primera edición,204 pag. Blas Ogayar Fernández. Andrés López Valdivia. Teoría de circuitos con orcad, 20 prácticas de laboratorio. Editorial Alfaomega-Ra-Ma,primera edición, 2001, 511 pag. Guy Séguier. Electrónica de potencia, Colección semiconductores. Editorial Gustavo Gili, tercera edición ampliada, 1982, 379 pag. Marc Couêdic. Circuitos integrados para tiristores y triacs. Alfaomega Marcombo, 2000, 169 pag.



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidades Azcapotzalco y Culhuacan CARRERA: Ingeniería Mecánica SEMESTRE Sexto ÁREA: BÁSICA C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOCIALES Y HUMANIDADES ACADEMIA: Eléctrica-Electrónica e Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Electrónica Digital Aplicada ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniería: Mecánica, Eléctrica o Electrónica 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará circuitos de control para motores de CD, CA y motores a pasos incluyendo PLC’S en procesos de control de equipo eléctrico. 3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES ACTITUDES

Electrónica de control, motores a pasos y PLC’S

Experiencia docente en circuitos electrónicos con semiconductores. Deseable experiencia profesional en electrónica industrial.

Manejo y elaboración de material didáctico. Facilidad para transmitir conceptos de fenómenos eléctricos. Facilidad para comunicarse y relacionarse con las personas.

Accesibilidad, Tolerancia, Responsabilidad,

Honestidad, Vocación a la Docencia, Compromiso

Social .

ELABORÓ

REVISÓ

AUTORIZÓ

Ing. Juan D. Andrade Baiguen Ing. Adolfo López Carballo

PRESIDENTES DE ACADEMIA

M. en C. Ricardo Cortez Olivera M. en C. Alberto Paz Gutiérrez

SUBDIRECTORES ACADÉMICOS

Ing. Jorge Gómez Villarreal Ing. Ernesto Mercado Escutia

DIRECTORES DE LOS PLANTELES



FECHA: Enero 2005

Electrónica Digital Aplicada

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