Manual Teórico Práctico del Módulo Autocontenido ......IV. Normas de competencia laboral 10 V....

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OPERACIÓN DE CONTROLADORES ELECTRÓNICOS

Electrónica Industrial 1

Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica

Manual Teórico Práctico del

Módulo Autocontenido Específico:

Operación de Controladores Electrónicos

Profesional Técnico-Bachiller en Electrónica Industrial

Capacitado por:

PT-Bachiller


Tecnologías de la Información 2


Educación-Capacitación Basadas en Competencias Contextualizadas

e-cbcc

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PARTICIPANTES

Director General José Efrén Castillo Sarabia

Secretario Académico Marco Antonio Norzagaray

Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional

Gustavo Flores Fernández

Coordinador de las Áreas de Automotriz, Electrónica y

Telecomunicaciones e Instalación y Mantenimiento

Jaime G. Ayala Arellano

Autores Consultores Formo Internacional, S. C.

Revisor Técnico Alfonso Cruz Serrano

Revisor Pedagógico Virginia Morales Cruz

Revisores de Contextualización Agustín Valerio Armando Guillermo Prieto Becerril

Electricidad y Electrónica. Manual Teórico - Práctico del Módulo Autocontenido Específico para la Carrera de Profesional Técnico Bachiller en Electrónica Industrial. D.R. a 2005 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización

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por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la ley Penal. Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de México.

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ÍNDICE

Participantes I. Mensaje al alumno 6II. Como utilizar este manual 7III. Propósito del módulo ocupacional 9IV. Normas de competencia laboral 10V. Especificaciones de evaluación 11VI. Mapa curricular del módulo autocontenido específico 12Capítulo 1 Operación de dispositivos electrónicos de control. 14Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 151.1.1. Características de los controladores electrónicos 17 • Control electrónico 17 - Características 17 - Control analógico 17 - Control digital 18 • Configuración básica de un circuito de control electrónico 20 • Tipos de controladores electrónicos 21 - Dispositivos básicos 21 - Funciones 22 - Simbología 23 - Abreviaturas 241.1.2. Operación de Flip – flop´s 26 • Principios de operación 26 • Aplicaciones de Flip – flop´s 29 • Normalización IEEE/ANSI 31 • Detección de fallas 311.1.3. Operación de Temporizadores 33 • Principios de operación 33 • Aplicaciones de los temporizadores 35 • Normalización IEEE/ANSI 36

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• Detección de fallas 371.2.1. Operación de Codificadores 38 • Principios de operación 38 • Aplicaciones de los codificadores 38 • Normalización IEEE/ANSI 40 • Detección de fallas 401.2.2. Operación de Decodificadores 40 • Principios de operación

• Aplicaciones de los decodificadores 4041

- Decodificación de direcciones 41 - Decodificación BCD a decimal

- Decodificadores de display 4142

• Normalización IEEE/ANSI 431.2.3. Operación de Multiplexores (Selectores de datos)

• Principios de operación. • Aplicaciones de los multiplexores

454546

• Normalización IEEE/ANSI • Detección de fallas

4849

1.2.4. Operación de Demultiplexores (Distribuidores de datos) • Principios de operación

• Aplicaciones de los demultiplexores

4949

51 • Normalización IEEE/ANSI

• Detección de fallas 5354

1.3.1. Operación de Contadores 57 • Principios de operación 57 • Aplicaciones de contadores 58 • Normalización IEEE/ANSI 59 • Detección de fallas 601.3.2. Operación de registros de corrimiento 62

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• Principios de operación • Aplicaciones de los registros de corrimiento • Registros de corrimiento MSI estándar • Normalización IEEE/ANSI • Detección de fallas

6263646666

Prácticas y Listas de Cotejo 48Resumen 68Autoevaluación de conocimientos del capítulo 1 70 Capítulo 2 Operación de controladores electrónicos de equipos industriales. 54Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 552.1.1. Operación de Amplificadores Operacionales 56 • Principios de operación

• Aplicaciones de los amplificadores operacionales 56

- Circuito comparador 57 - Circuito amplificador 58 - Circuito convertidor 58 • Normalización IEEE/ANSI

• Detección de fallas61

2.1.2. Operación de Convertidores AD y DA 64 • Principios de operación 64 • Aplicaciones de los DAC y ADC: 65 • Normalización IEEEE/ANSI 65 2.1.3.

• Detección de fallas Operación de transductores y sensores de entrada y salida más comunes

• Características de los sistemas de transducción • Aplicaciones de los transductores • Selección de transductores • Sensores de señales • Sistema sensor-transductor

66

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• Detección de fallas 2.2.1. Operación de Servomecanismos 69 • Principios de operación 69 • Aplicaciones de servomecanismos 69 • Normalización IEEE/ANSI 70 • Detección de fallas 702.2.2. Operación de Válvulas 76 • Principios de operación 76 • Aplicaciones de válvulas 77 • Normalización IEEE/ANSI

• Detección de fallas 77

2.2.3. Operación de Relevadores y Contactores 78 • Principios de operación

• Tipos de relevadores y contactores 78

- Electromagnéticos 78 - De corriente directa

- De retraso 79

• Aplicaciones de relevadores y contactores 80 • Normalización IEEE/ANSI 802.2.4. Identificación de controladores electrónicos acoplados a sistemas

industriales 83

• Diagramas de control 83 • Diagramas esquemáticos

• Diagramas de conexiones 84

Prácticas y Listas de Cotejo Resumen Autoevaluación de conocimientos del capítulo 2 Respuestas a la autoevaluación de conocimientosGlosario de Términos E-CBNC Glosario de Términos E-CBCC Glosario de Términos Técnicos

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Referencias Documentales

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I. MENSAJE AL ALUMNO

¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO DE “OPERACIÓN DE CONTROLADORES ELECTRÓNICOS”!

Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de habilidades que contribuyan a elevar tu potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral.

Esta modalidad requiere tu participación e involucramiento activo en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida.

El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral.

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II. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL

Las instrucciones generales que a continuación se te pide que realices, tienen la intención de conducirte a que vincules las competencias requeridas por el mundo de trabajo con tu formación de profesional técnico.

Redacta cuales serían tus objetivos personales al estudiar este módulo autocontenido específico.

Analiza el Propósito del módulo autocontenido específico que se indica al principio del manual y contesta la pregunta ¿Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que voy a aprender a hacer al estudiar el contenido del manual? si no lo tienes claro pídele al PSP que te lo explique.

Revisa el apartado especificaciones de evaluación son parte de los requisitos que debes cumplir para aprobar el módulo. En él se indican las evidencias que debes mostrar durante el estudio del curso -módulo autocontenido específico para considerar que has alcanzado

los resultados de aprendizaje de cada unidad.

Es fundamental que antes de empezar a abordar los contenidos del manual tengas muy claros los conceptos que a continuación se mencionan: competencia laboral, unidad de competencia (básica, genéricas específicas), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de desempeño, evidencias de conocimiento, evidencias por producto, norma técnica de institución educativa, formación ocupacional, módulo ocupacional, unidad de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si desconoces el significado de los componentes de la norma, te recomendamos que consultes el apartado glosario de términos, que encontrarás al final del manual.

Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral, Norma técnica de institución educativa».

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Revisa el Mapa curricular del módulo autocontenido específico. Está diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando.

Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales

la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular.

En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño.

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Imágenes de Referencia

Estudio individual

Investigación documental

Consulta con el PSP Redacción de trabajo

Comparación de resultados con otros compañeros

Repetición del ejercicio

Trabajo en equipo Sugerencias o notas

Realización del ejercicio Resumen

Observación Consideraciones sobre seguridad e higiene

Investigación de campo Portafolios de evidencias

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III. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO

Al finalizar el módulo, el alumno operará controladores electrónicos de uso común en los sistemas industriales, identificando sus variantes, para la solución de problemas básicos sustentados en la teoría del control.

Al mismo tiempo, estas competencias laborales y profesionales se complementarán con la incorporación de competencias básicas y competencias clave, que le permitan al alumno comprender los procesos productivos en los que está involucrado para enriquecerlos, transformarlos, resolver problemas, ejercer la toma de decisiones y desempeñarse en diferentes ambientes laborales, con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva; así como, lograr un desarrollo pleno de su potencial en los ámbitos personal y profesional y convivir de manera armónica con el medio ambiente y la sociedad.

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IV. NORMAS DE COMPETENCIA LABORAL

Para que analices la relación que guardan las partes o componentes de la NTCL o NIE con el contenido del programa del módulo autocontenido específico de la carrera que cursas, te recomendamos consultarla a través de las siguientes opciones:

• Acércate con el PSP para que te permita revisar su programa de estudio del módulo autocontenido específico de la carrera que cursas,

para que consultes el apartado de la norma requerida.

• Visita la página WEB del CONOCER en www.conocer.org.mx en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido específico, esté diseñado con una NTCL.

• Consulta la página de Intranet del CONALEP http://intranet/ en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido específico esté diseñado con una NIE.

V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN

Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El PSP mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño.

Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento.

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Al término del módulo deberás presentar un Portafolios de Evidencias1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral.

Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación.

1 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180).

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VI. MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO

Módulo

Unidades de Aprendizaje

Resultados de Aprendizaje

1.1. Operar dispositivos secuenciales de control de señal,

considerando las especificaciones técnicas del fabricante. 24 hrs.

1.2. Operar dispositivos de lógica secuencial modular, para control de señal, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

20 hrs.

1.3 Operar dispositivos de lógica secuencial modular, para control de señal, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

20 hrs.

2.1. Operar controladores electrónicos de equipos 20 hrs.

2. Operación de controladores electrónicos de equipos industriales.

44 hrs.


108 hrs.

1. Operación de dispositivos electrónicos de control.

64 hrs.

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industriales, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

2.2. Operar controladores electrónicos acoplados a elementos actuadores en sistemas industriales.

24 hrs.

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1OPERACIÓN DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE CONTROL

Al finalizar el capítulo, el alumno manejará dispositivos electrónicos de control mediante la verificación de los parámetros importantes de los mismos.

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MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Módulo






20 hrs.


20 hrs.

2.1. Operar controladores electrónicos de equipos industriales, considerando las especificaciones técnicas

20 hrs.


44 hrs.


108 hrs.


64 hrs.

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del fabricante. 2.2. Operar controladores electrónicos acoplados a elementos

actuadores en sistemas industriales. 24 hrs.

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SUMARIO

CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS.

OPERACIÓN DE FLIP-FLOP´S. OPERACIÓN DE TEMPORIZADORES. OPERACIÓN DE CODIFICADORES. OPERACIÓN DE DECODIFICADORES. OPERACIÓN DE MULTIPLEXORES. OPERACIÓN DE DEMULTIPLEXORES. OPERACIÓN DE CONTADORES. OPERACIÓN DE REGISTROS DE

CORRIMIENTO.

RESULTADO DE APRENDIZAJE

1.1. Operar dispositivos secuenciales de control de señal, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

1.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTROLADORES ELECTRÓNICOS

• Control electrónico

- Características

Los primeros sistemas de control se desarrollaron con la revolución

industrial de finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Al principio, se basaron todos exclusivamente en componentes mecánicos y electromecánicos, básicamente engranajes, palancas, relés y pequeños motores, pero a partir de los años cincuenta empezaron a emplearse semiconductores, que permitían el diseño de sistemas de menor tamaño y consumo más rápidos y con menor desgaste.

Dentro de un proceso electrónico surge continuamente la necesidad de manipular, transformar y controlar diversas señales eléctricas lo que implica el uso de dispositivos específicos para desarrollar estas tareas. Así, por ejemplo, hay dispositivos electrónicos capaces de generar y controlar señales así como, distribuir, decodificar, codificar, multiplexor y retardar dichas señales.

Por lo tanto se dice que un Sistema de Control Electrónico es el conjunto de dispositivos electrónicos que forman una unidad con el objetivo de llevar acabo la manipulación de señales

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eléctricas para lograr un fin específico en un proceso.

Estos Sistemas de Control Electrónico pueden clasificarse en dos grandes grupos según se muestra en el siguiente cuadro sinóptico.

CONTROL DIGITAL

CONTROL

ELECTRÓNICO

CONTROL ANALÓGICO

- Control analógico

Los Sistemas de Control Analógico manejan señales continuas en el tiempo, es decir, señales que están definidas en cualquier intervalo y punto del espacio-

tiempo. Por ejemplo una señal senoidal como el voltaje alterno.

En la figura 1.1 se muestra un ejemplo de sistema de control analógico para distintas entradas y respuestas.

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- Control digital

Los Sistemas de Control Digital se caracterizan por manejar señales

binarias es decir, aquellas señales que sólo pueden tomar dos valores en términos de voltajes, decimos voltaje

FIGURA 1.1 Sistema de control con magnitudes y variables de distintos tipos

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alto y voltaje bajo o dicho de otra forma, señales binarias. Por ejemplo una palabra de computador con ceros y unos (00110010).

A continuación en la figura 1.2 se muestra un ejemplo de circuito controlador digital de eventos largos (Temporizador).

FIGURA 1.2 Circuito de control digital para eventos

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PARA CONTEXTUALIZAR CON:

Resumen

Competencia analítica.

Realizar el análisis y síntesis del proceso de control electrónico.

a) Terminada la explicación del PSP, analiza la información más relevante del proceso de control electrónico.

b) Sintetiza en tu cuaderno las ideas claves, y realiza un resumen en una cuartilla.

• Configuración básica de un circuito de control electrónico.

El concepto de control es extraordinariamente amplio, abarcando desde un simple interruptor que gobierna el encendido de una bombilla o el grifo que regula el paso de agua en una tubería, hasta el más complejo ordenador de proceso o el piloto automático de Un avión.

Podríamos definir el control como la Manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema denominado plan a través de otro sistema llamado sistema de control.

La figura 1.3 muestra esquemáticamente un diagrama de bloques con los dos elementos esenciales: Sistema de control y planta.

Según se muestra, una señal es alimentada al dispositivo de control siendo esta manipulada mediante un circuito de control con la finalidad de tener a la salida una respuesta que permita la interacción con otros dispositivos o sistemas.

Cuando la etapa de control se realiza a partir de un circuito con varios componentes, se dice que se tiene un sistema de control.

FIGURA Diagrama de bloques de un sistema de control básico

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En la figura 1.4 se muestra un diagrama a bloques básico de un sistema de control con realimentación. Aunque el control se puede aplicar a tareas tan diversas como controlar la posición de un vehículo espacial o controlar la posición de una cabeza de lectura/escritura en un disco de memoria digital, el término planta o proceso se utiliza normalmente para describir la parte del sistema que se controla.

Sugerencias o notas

a) En el resumen de la actividad anterior se recomienda identificar y explicar la función de cada uno de

los bloques de un diagrama de control electrónico realimentado y no realimentado

b) Participa comentando tu trabajo.

• Tipos de controladores electrónicos

- Dispositivos básicos

Los dispositivos básicos que se utilizan para controlar y manipular señales son:

Diodo rectificador, Diodo Zener, Diodo emisor de luz, foto-diodo, diodo Shottky, transistor bipolar, JFET, SCR, TRIAC, Opto-transistor, Opto-acoplador, amplificador operacional, reguladores de voltaje, compuertas electrónicas, codificadores, decodificadores, multiplexores, demultiplexores, contadores, registros de corrimiento, osciladores, disparadores, memorias, arreglos programables.

- Funciones

En la tabla 1.1.1 se muestran las funciones cada uno de los elementos mencionados anteriormente

FIGURA 1.4 diagrama a bloques básico de un sistema de control con realimentación

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DISPOSITIVO FUNCIONES

Diodo rectificador Recortador de señales alternas

Diodo ZENER Regulador de voltaje

Diodo emisor de luz

Diodo capaz de emitir luz

Foto-diodo Diodo cuya corriente inversa está en función de luz incidente en él

Diodo Shottky Diodo rectificador diseñado para operar en altas frecuencias

Transistor TBJ Dispositivo amplificador de tres terminales controlado por corriente

Transistor JFET Dispositivo amplificador de tres terminales controlado por voltaje

Interruptor de silicio

Controlado por puerta

Interruptor de silicio controlado por puerta, permite o anula el paso de corriente durante el ciclo positivo de una señal alterna a través de un voltaje y corriente de control en el Terminal llamado puerta

Interruptor de silicio controlado por puerta TRIAC

Interruptor de silicio controlado por puerta, permite o anula el paso


de corriente en ambos ciclos de una señal alterna a través de un voltaje y corriente de control en el Terminal llamado puerta

Opto-transistor Transistor que conduce corriente en función de la luz incidente en el Terminal denominado base

Opto-acoplador Dispositivo electrónico que aísla eléctricamente una etapa de baja potencia con otra de potencia

Amplificador operacional

Amplificador diferencial de alta ganancia, baja impedancia de entrada y baja impedancia de salida

Reguladores de voltaje integrados

Circuitos integrados capaces de regular el voltaje a su salida con una entrada con pérdidas de hasta 3 volts.

Compuertas electrónicas

Dispositivos capaces de realizar operaciones lógicas en circuitos electrónicos

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Decodificadores Arreglos de compuertas (MSI) que realiza la función contraria a un decodificador

Multiplexores Arreglo lógico que canaliza varias entradas hacia una sola salida (canalizadores de datos)

Contadores Dispositivo secuencial que puede ser programado o bien de conteo de eventos establecidos.

Registro de corrimiento

Dispositivos para transmisión de datos en un sistema de comunicaciones

Osciladores Dispositivos que generan una señal oscilante sin tener una señal presente a su entrada

Disparadores Dispositivos programables que general un pulso de duración definida de tiempo

Memorias Arreglos lógicos que almacenen información en localidades de


memoria específicas

Relevadores Dispositivos de interface que conectan dispositivos de potencia con sistemas controladores de baja potencia.

Contactores Dispositivos de interface que conectan dispositivos de potencia con sistemas controladores de baja potencia a diferencia de los relevadores los contactores manejan potencias más grandes.

Comparadores Pueden comparar magnitudes de entrada con otra previamente alimentada al circuito denominada señal de referencia.

Convertidor Digital/Analógico

Convertidor de señal digital a señal continua en el tiempo (Analógica)

Convertidor Analógico/digital

Dispositivo que convierte una señal continua en el tiempo en señal digital.

Convertidores de voltaje a corriente

Arreglo de Amp. Op. Que transforman un

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voltaje a su entrada en una corriente a su salida

Válvulas Dispositivos que controlan el flujo de una variable ya sea neumática o hidráulica.

TABLA: Funciones de controladores electrónicos básicos

- Simbología

En la tabla 1.1.2 se muestra la simbología de algunos de los dispositivos básicos mencionados anteriormente.

DISPOSITIVO SÍMBOLO

Diodo rectificador

Diodo ZENER

Diodo emisor de luz

Foto-diodo

Diodo Shottky


Transistor TBJ

Transistor JFET



Interruptor de silicio controlado por puerta TRIAC

Foto-transistor

Opto-acoplador

Amplificador operacional

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Compuertas electrónicas

Codificadores

Decodificadores

Multiplexores

Flip-flop

Contadores

Osciladores


Disparadores

Memorias

Relevadores

Contactores

Convertidor Digital/Analógico

Convertidor Analógico/digital


Tabla: Simbología de controladores electrónicos básicos.

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- Abreviaturas

La tabla 1.1.4 muestra las abreviaturas comúnmente empleadas.


Diodo rectificador -D

Diodo ZENER -Z

Diodo emisor de luz LED

Foto-diodo

Diodo Shottky

Transistor bipolar de juntura TBJ

Transistor de efecto de campo JFET



SCR

Interruptor de silicio controlado por puerta de ambos sentidos

TRIAC

Opto-transistor -

Opto-acoplador MOC

Amplificador operacional A.O.


Regulador CI

Compuertas electrónicas -


Decodificadores DEC

Multiplexores MUX

Contadores CONT.

Registro de corrimiento -

Osciladores OSC.

Disparadores -

Memorias MEM

Relevadores REL

Contactores -

Comparadores COMP.

Convertidor Digital/Analógico DAC

Convertidor Analógico/digital ADC


-

Válvulas -

Tabla 1.1.4: Abreviaturas de controladores Electrónicos básicos


Competencia para la sustentabilidad

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Investigación de campo

Desarrollar un sentido ecológico determinando las aportaciones del control electrónico a la preservación ambiental y el control y reducción de agentes contaminantes.

a) Realiza una investigación de campo y asiste por ejemplo a una fábrica de envases plásticos con el objeto de que identifiques los agentes contaminantes que se generan en la inyección de plásticos.

b) Pregunta a los encargados de planta cuáles son las técnicas o métodos que emplean para reducir o eliminar los residuos tóxicos generados, verifica si utilizan algún controlador electrónico a la reducción de los mismos.

c) Entrega al PSP un reporte de tu

visita.

Consideraciones sobre seguridad e higiene

a) No llevar alimentos ni líquidos al interior de la fábrica.

b) Hacer caso a todos las indicaciones de seguridad que realicen los guías al iniciar el recorrido, por ejemplo: tocar objetos, instrumentos o aparatos sin que se les indique previamente por el guía.

Realización del ejercicio.

Para finalizar, realiza en equipo la práctica No.1 “Operación de controladores electrónicos” ubicada en la pág 59.

Portafolios de evidencias

Entrega al PSP tu reporte individual

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del análisis de los dispositivos de control, así como los materiales que hayas generado y que formen parte de tu portafolio de evidencias.

1.1.2. OPERACIÓN DE FLIP-FLOP´S

• Principios de operación

Un Flip-flop es un dispositivo biestable síncrono es decir, sus salidas solo tienen dos estados posibles: Voltaje en alto y voltaje en bajo (0 ó 1).

Se dice además que es síncrono por que cambia su estado en presencia de un pulso de reloj el cual puede ser alto o bajo.

Si un flip-flop cambia su estado cuando el reloj pasa de alto a bajo decimos entonces que es disparado por flanco de bajada, cuando el flip-flop cambia su estado cuando el reloj pasa de bajo a alto se dice que es disparado por flanco de subida.

Los Flip-flop´s más representativos se enlistan en la figura 1.5:

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Figura 1.5 Flip-flop´s más comúnmente empleados con sus tablas de verdad y

símbolos lógicos

• Ejercicio

- Procedimiento para el estudio del flip-flop.

1. En la figura 1.6 se muestra el diagrama esquemático correspondiente a la verificación experimental del flip-flop JK. Note que las dos entradas asíncronas han sido conectadas a nivel lógico alto, por lo cual, durante el transcurso del análisis desactivadas. Energice el circuito con los dos interruptores S, y SK en posición cerrada.

2. Independientemente del estado en que haya entrado el flip-flop a la energización, utilizando el interruptor adecuado, lleve la entrada J a nivel alto, y proporcione con la ayuda de S, un pulso de reloj al sistema. La salida Q, debe irse a 1 lógico si estaba previamente en cero, o permanecer en 1 si ya lo estaba. Concluido el pulso de reloj, devuelva la entrada J a nivel bajo. Verifique que aún si se generan pulsos sucesivos de reloj mediante Sc el estado de la salida no cambia, indicando que el

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flip-flop se encuentra en condición de reposo.

3. Lleve la entrada K a cero y proporcione un pulso de reloj al flip-flop, lo cual debe cambiar su salida a 0.

4. Conecte las entradas J y K entre sí y llévelas a 5 V, configurando así un flip-flop tipo T con su entrada a 1 lógico. Verifique que por cada pulso de reloj (un ciclo completo de cierre y apertura de Sc), la salida Q cambia su valor. Es muy posible que ocasionalmente note que la salida no cambia con todas y cada una de las operaciones del interruptor de reloj. Esto se debe al fenómeno de rebote en los contactos, lo' que ocasiona el envío de más de un pulso de reloj al flip-flop, con lo cual, el doble cambio en su salida lo deja otra vez como estaba antes de los pulsos de reloj. Por tanto, esta clase de experimentos requieren del uso de pulsos libres del efecto de rebotes en los contactos mecánicos. Para subsanar esto, utilice cualquiera de los circuitos eliminadores de rebotes sugeridos en la sección de Circuitos de

Aplicación.

5. Repita el paso 4, excepto que las entradas J y K cortocircuitadas entre sí se llevan a OV. De acuerdo a lo establecido para la operación del flip-flop T, la salida no debe cambiar, independientemente de cuantos pulsos de reloj se hagan llegar al circuito.


Observación

Figura 1.6 Circuito para verificar el funcionamiento de F-F JK

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Competencia analítica.

Describir el comportamiento eléctrico de los flip-flop’s a partir de diagramas de estado.

a) Observa los ejemplos que da el PSP y anota lo más relevante. Para completar la información puedes consultar la pág: http://members.tripod.com/~MoisesRBB/flipflop.html

www.monografias.com/trabajos11/contact/contact.shtml

y en www.monografias.com/trabajos3/bcd/bcd.shtml.

b) Recurre con el PSP para consultar cualquier duda que tengas sobre el comportamiento de los flip-flop´s.

Realización del ejercicio

Competencia lógica.

Desarrollar su pensamiento al

deducir la tabla de verdad de los flip-flop’s.

Expresar oralmente sus conclusiones referentes a la respuesta de los flip-flop’s.

a) Analiza los ejemplos de configuraciones y comportamiento de los flip-flops que te proporcione el PSP.

b) Ahora realiza en tu cuaderno una tabla de verdad con dichos ejemplos.

c) Comparte oralmente con el grupo los resultados de la tabla que realizaste así como las respuestas de los flip-flop’s y sus posibles ventajas en el control del comportamiento de los circuitos eléctricos.

• Aplicaciones de los Flip-flop´s

Quizá la aplicación más importante de los Flip-flop´s es en circuitos contadores digitales diseñados específicamente para las tareas de conteo, podemos asegurar que casi

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cualquier aplicación digital de mediana complejidad contiene al menos un contador que cuantifica el número de eventos realizados por el sistema digital.

Los circuitos contadores de mayor aplicación son:

1. Contadores de rizado.

2. Contadores Síncronos o Sincrónicos.

Otra aplicación importante de los Flip-flop´s son los circuitos divisores de frecuencia y circuitos temporizadores.

En la actualidad existen diseños implementados en circuito integrado como el 74LS193 que es un contador de cuatro bits en modo ascendente o descendente.

- Contadores de rizado

El más sencillo de los contadores digitales es el denominado contador de rizado, cuyo diagrama electrónico se ilustra en la figura 1.7 y su diagrama de tiempos se ilustra en la figura 1.8, este circuito se conoce también con el nombre de contador de 4 bits asincrónico. Observe que el reloj se

conecta al primero de los flip-flops de la cascada, y que los relojes de los biestables subsiguientes se derivan de las salidas de los flip-flops que los preceden. De ahí su nombre de contador de rizado y su condición de asincrónico.

Figura 1.7 Diagrama de un contador rizado

Figura 1.8 Diagrama de tiempos del contador de rizado anterior

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Comparación de resultados con otros compañeros.

a) Una vez que hayas realizado el mapa conceptual del ejercicio anterior compara con tus compañeros los resultados que obtuvieron.

b) Anota en tu cuaderno las diferencias y similitudes importantes que observaste entre los mapas conceptuales.

• Normalización IEEEE/ANSI

La simbología normalizada empleada para los diferentes tipos de Flip-flop´s



Competencia para la vida.

Identificar la aplicación de los flip-flop´s a sistemas que impliquen el control de fenómenos presentes en su entorno y su contribución a su vida.

a) Realiza en el siguiente recuadro un mapa conceptual sobre la relación entre la aplicación de los flip-flop’s a fenómenos y sistemas físicos comúnmente presentes en tu entorno.

b) Para el mapa conceptual del ejercicio anterior no olvides utilizar conceptos claves, éstos deben ir con letras mayúsculas y las palabras de enlace en minúsculas.

Mapa conceptual

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se muestra a continuación en las figuras 1.9 y 1.10:

Figura 1.9

Símbolo IEEE/ANSI para el F-F 74HC175

Figura 1.10

Símbolo IEEE/ANSI para el F-F 74LS112

• Detección de fallas

Las fallas más comunes en circuitos que utilizan Flip-flop´s se relacionan

con la correcta temporización de los mismos. Dentro de este campo se tienen las siguientes fallas que son las más comunes:

1. Fallos en la frecuencia del reloj

2. Retrasos de propagación

3. Pérdida de sincronía

4. Fallas en el suministro de potencia

5. Fallas debido a condiciones ambientales.

6. Errores de manufactura

7. Cortocircuitos internos

Se puede seguir un método muy sencillo para la solución de problemas relacionados con flip-flop´s. Resumido en los siguientes pasos:

a) Verificación del estado inicial del sistema.

b) Ubicar el dispositivo sospechoso.

c) Verificar el dispositivo y sustituirlo si es necesario.

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d) Verificar parámetros con el nuevo dispositivo.

Las entradas sin conectar o flotantes de cualquier circuito lógico son particularmente susceptibles a la captación de fluctuaciones espurias de voltaje llamadas ruido. Si el ruido es suficientemente intenso en amplitud y suficientemente largo en duración, la salida del circuito lógico puede cambiar estados como respuesta al ruido. En una compuerta lógica, la salida retornará a su estado original cuando la señal de ruido disminuya. Sin embargo, en un FF la salida permanecerá en su nuevo estado debido a su característica de memoria. Así, el efecto de la captación de ruido en cualquier circuito abierto por lo general es más crítica para un FF o latch que para una compuerta lógica. Las entradas de FF más susceptibles son las que pueden disparar el FF a un estado diferente, como CLK, PRESET y CLEAR. Cada vez que usted observe que la salida de un FF cambia estados de forma errática, considere la posibilidad de que exista una conexión abierta en una de estas entradas.

En el siguiente ejemplo se muestra un procedimiento para detección de fallas en un circuito.

Considere el circuito de la figura 1.11 y examine las indicaciones del probador lógico que se incluyen en la tabla respectiva. Existe un estado BAJO en la entrada D del FF cuando se aplican pulsos a su entrada CLK, pero la salida Q no pasa al estado BAJO. El técnico que prueba este circuito deberá considerar cada una de las siguientes fallas posibles del circuito:

1. Z2-5 está internamente cortocircuitada a Vco

2. Zl-4 está internamente cortocircuitada a Vcc.

3. Z2-5 o Zl-4 está internamente cortocircuitada a Vcc.

4. Z2-4 está interna o externamente cortocircuitada a TIERRA. Esto mantendría PRE activada y sobrecontrolaría la entrada CLK.

5. Existe una falla interna en Z2 que evita que Q responda adecuadamente ¿ -m entradas.

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El técnico, después de efectuar las pruebas necesarias con el óhmetro descarta las primeras cuatro posibilidades. También verifica los pines Vcc y la TIERRA de Z2 y encuentra que operan a niveles de voltaje adecuados. El técnico no desea desoldar Z2 del circuito hasta estar seguro de que tiene algún defecto lo tanto decide examinar la señal de reloj. Con un osciloscopio verifica su amplitud, frecuencia, ancho del pulso y tiempos de transición. Determina que se encuentran dentro de las especificaciones para el 74LS74. Finalmente, concluye que Z2 está defectuoso.

Remueve el chip 74LS74 y lo reemplaza por otro. Para su sorpresa, el circuito con el nuevo chip se comporta exactamente de la misma forma. Después de rascarse la cabeza, decide cambiar el chip de la compuerta NAND, aunque no sabe qué. Como era de esperarse, no observa un cambio en la operación del circuito.

Aún más confundido, recuerda que su maestro de laboratorio de electrónica recalcó la importancia de realizar una inspección visual minuciosa de la

tarjeta del circuito, por lo que comienza a examinarla cuidadosamente. Mientras lo hace detecta un puente de soldadura entre los pines 6 y 7 de Z2. Remueve y prueba el circuito y éste funciona correctamente. Explique cómo esta falla produjo la operación observada.

Figura 1.11. Diagrama de un circuito para detectar fallas

- Solución al ejemplo anterior

El puente de soldadura estaba cortocircuitando la salida Q’ a TIERRA. Esto significa que Q está permanentemente clavado en BAJO. Recuerde que en todos los latches y flip-flops, las salidas Q y Q‘ están internamente cruzadas y acopladas, de manera que el nivel de uno afectará al del otro. Por ejemplo, examine de

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nuevo la circuitería interna del flip-flop J-K. Observe que un estado en BAJO constante en Q mantendría un estado BAJO en una entrada de la compuerta NAND 3, de modo que Q tendría que permanecer en ALTO sin importar las condiciones en J,K y CLK.

El técnico aprendió una buena lección acerca de la detección de fallas en circuitos con FF. Aprendió que en las dos salidas se deben buscar fallas, incluso las que no están conectadas a otros dispositivos.

PARA CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio

Para finalizar, realiza en equipo la práctica No. 2 “Operación de un circuito de control digital con flip-flop’s”.

Portafolio de evidencias.

Entrega al PSP tu reporte individual del análisis de los circuitos de control lógico secuencial, así como los materiales que hayas generado y que formen parte de tu portafolio de evidencias.

1.1.3. OPERACIÓN DE TEMPORIZADORES


Un circuito temporizador es un arreglo de circuitos básico de combinación (compuertas básicas) y elementos secuenciales (Flip-flop´s).

Estos circuitos son llamados comúnmente Monoestables (poseen un solo estado lógico, generalmente alto).

La función de un monoestable es la de generar un pulso de salida cuya duración esta determinada por las necesidades de implementación y a través de circuitos externos al diseño. El pulso de salida depende directamente de un flanco de disparo.

La figura 1.12 nos muestra el pulso de salida de un monoestable debido a un flaco positivo de disparo.

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El más común de los circuitos temporizadores que existe en el mercado y como circuito integrado (CI) es el LM555. Este dispositivo puede funcionar en dos modalidades:

1. Monoestable

2. Astable (oscilador o reloj)

El modo monoestable ha sido ya explicado por lo que nos centraremos en el modo Astable.

El LM555 al ser configurado en modo oscilador genera un tren de pulsos con una frecuencia definida por componentes externos (un resistor RA y un capacitor C2) variando el valor de estos componentes se puede también variar la frecuencia.

La Figura 1.13 muestra al LM555 configurado en su modo Monoestable mientras que la Figura 1.14, lo presenta en su configuración Astable.

Las ecuaciones que describen la duración del pulso en modo monoestable son:

Tw = 1.1RAC

Figura 1.12. Pulso de salida de un monoestable.

Figura 1.13. LM555 en configuración monoestable.

Figura 1.14. LM555 en configuración astable.

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Donde: Tw es la duración del pulso

RA el valor de resistencia

C el valor del capacitor

En su modo Astable u oscilador las ecuaciones son las siguientes:

f = 144/((RA + 2RB)C1)

Donde: f es la frecuencia de la señal generada

RA es el valor de resistencia para variar la frecuencia.

C el valor del capacitor para variar la frecuencia.

En cualquiera de los dos casos debe elegirse un valor de resistencia o de capacitor de manera arbitraria y cuyo valor sea comercial para poder efectuar los cálculos como se muestra en los siguientes ejemplos.

• Aplicaciones de los temporizadores

Una de las aplicaciones más importantes de los circuitos temporizadores es en sistemas de control ya que, estos pueden programarse mediante la configuración de elementos externos como resistores

y capacitores así mismo, los circuitos de reloj en sistemas de conteo y de conversión de datos como DAC y ADC son ampliamente utilizados.

En resumen, los circuitos temporizadores encuentran su aplicación para control de eventos en sistemas digitales o bien como divisores de frecuencia en diversas aplicaciones e incluso como sistemas de control de disparo.

Ejemplo. 1

• Diseñe un oscilador de 400Khz utilizando un LM555.

SOLUCIÓN.

1. Como se pide un oscilador debemos utilizar la ecuación que describe el funcionamiento de un LM555 en su modo astable. Dicha ecuación es:

f = 144/((RA + 2RB)C)

2. Seleccionamos arbitrariamente un valor de capacitor y que sea comercial digamos: 0.01 μF,

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3. Despejamos ahora la ecuación con el objeto de obtener los valores de los resistores, por lo que tenemos:

(RA + 2RB) = 144/fC; de donde tenemos que: (RA + 2RB) = 360Ω

4. Ahora seleccionamos un valor comercial de RA y de manera arbitraria, así RA = 120Ω; por lo tanto RB = (360-120)/2 = 120Ω

Así los valores que generan una señal de 400Khz son:

RA = 120Ω RB = 120Ω C = 0.01 μF

5. El Diagrama final con los valores calculados y la forma de onda de la señal se muestran en la figura 1.15:



Competencia analítica

Utilizar la multiplicación y división de números enteros y quebrados, en el cálculo de parámetros básicos de circuitos temporizadores implementados a aplicaciones específicas.

a) Realiza el siguiente ejercicio de cálculo de parámetros básicos de circuitos temporizadores y su implementación en un sistema controlado electrónicamente. Realiza las operaciones en el espacio en blanco.

b) Planteamiento del problema:

Un sistema de control se activa con un pulso de voltaje alto. Este pulso deberá tener una duración de 60 milisegundos; utilizando un CI 555 calcula los componentes de tal forma que se tenga el pulso requerido .El ejercicio 555 se refiere al modo monoestable.

Figura 15. Diagrama de un oscilador de 400Khz utilizando un LM555

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c) Consulta tus dudas o comentarios con el PSP.

• Normalización IEEE/ANSI.

En las figuras 1.16(a) y (b) se muestra la simbología IEEE/ANSI empleada para el temporizador 74121.



Si después de haber revisado los resultados que obtuviste con el de tus compañeros compruebas que tu ejercicio no era correcto, repite el ejercicio y anota en un espacio cuál fue el error que tenías.

Competencia tecnológica.

Describir la simbología eléctrica y electrónica de los elementos temporizadores presentes en circuitos de control.

a) De manera individual elabora un cuadro sinóptico de la simbología de elementos temporalizadotes básicos, descrita por el PSP.

b) Para tu cuadro sinóptico puedes utilizar llaves, diagramas o utilizar una serie de columnas e hileras.

• Detección de fallas.

Figura 1.16(a) y (b). Símbolo IEEE/ANSI para el temporizador 74121

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Un circuito temporizador tiene dispositivos que controlan la duración del pulso (modo monoestable) y también dispositivos que controlan la frecuencia de la señal generada (modo monoestable). Los errores más comunes son debido a estos dispositivos. Por ejemplo si el resistor RA se encuentra abierto o en corto no se tendrá pulso en un monoestable y lo mismo ocurrirá si el capacitor se encuentra en corto o abierto.

Cuando RA y C se encuentran en corto o abiertos en un circuito astable u oscilador la señal de salida comúnmente se encuentra en nivel alto no teniéndose una frecuencia definida.

El caso más crítico se tiene cuando los dispositivos externos se encuentran en perfecto estado lo cual nos haría pensar en un daño en el circuito integrado LM555. Los fallos más comunes de un temporizador como el 555 son los siguientes:

1. Calentamiento del dispositivo

2. No hay pulso de salida

3. No existe tren de pulsos a la salida

4. La forma de onda no es clara (cuadrada)

Las formas de onda pueden verificarse perfectamente utilizando un osciloscopio de doble trazo con lo cual podemos monitorear perfectamente la salida y verificar la forma de onda, frecuencia y el nivel de voltaje especificado por el fabricante.



Para finalizar, realiza en equipo la práctica No. 3 “Operación de un circuito temporizador como controlador de disparo”. pág

Portafolio de evidencias.

Entrega al PSP tu reporte individual del análisis de los circuitos de control lógico secuencial, así como los materiales que hayas generado y

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que formen parte de tu portafolio de evidencias.


1.2. Operar dispositivos de lógica combinatoria modular, para control de señal, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

1.2.1. OPERACIÓN DE CODIFICADORES


Un Codificador es un circuito lógico Combinatorio implementado con compuertas básicas (AND, OR y NOT).

La función principal de un Codificador es la de asignar un código de salida único (un número binario) a cada uno de los datos aplicados en su entrada.

La definición de un codificador no es rigurosa por lo cual podemos decir que un Codificador es un dispositivo combinatorio para el cual el número de entradas es mayor al número de salidas.

El proceso de codificación consiste básicamente en el monitoreo de un grupo de líneas o entradas en el circuito para producir un código en la salida que corresponde a cada una de las entradas en el sistema, este código de salida indica cuál de las entradas ha sido activada.

• Aplicaciones de los codificadores

Existen numerosas aplicaciones en las cuales resultan útiles los codificadores por ejemplo codificación de paridad en sistemas computarizados, codificación de teclados y la multiplexación de datos.

Figura 1.17.Diagrama de una aplicación de codificadores

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Un ejemplo muy común es el circuito Codificador de Decimal a BCD el cual posee diez líneas de entrada (una por cada dígito decimal) y 4 salidas que corresponden al código BCD. El diagrama se ilustra en la figura 1.17.

Por ejemplo, si la entrada correspondiente al número 3 decimal se activa tendremos a la salida el número BCD 001, si ahora se activa la entrada correspondiente al número 9 decimal tendremos a la salida el número BCD 1001.

Uno de los dispositivos codificadores comerciales es el 74LS148 que además tiene una línea de selección denominada Enable. Cuando esta línea recibe un nivel alto el dispositivo pasa a un estado de alta impedancia (deshabilitado) y cuando recibe un nivel bajo el dispositivo estará listo para operar en condiciones normales.


Trabajo en equipo


Utilizar sistema de numeración binaria y mapas K.

a) Forma equipos de tres o cuatro personas para planear el diseño e implementación de un codificador decimal (entradas decimales) a BCD utilizando mapas de Karnaug.

b) Recuerda que las variables en un mapa de Karnaug deben ir ordenadas de acuerdo al código Gray.

c) Presenta tu diseño en rotafolio y exponlo a los demás miembros del grupo.

d) Consulta con el PSP las dudas que tengas para realizar tu diseño.

e) Al finalizar tu diseño pide al PSP que retroalimente tu trabajo.

Consulta con el PSP.

Competencia lógica

Describir el comportamiento de un circuito codificador de cuatro a tres

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líneas.

a) Elabora en equipo un diagrama funcional.

b) Solicita apoyo al PSP para que construyan el diagrama lógico de un circuito codificador de cuatro a tres líneas.

c) Anota aquí la conclusión a la que llegaron como equipos después de realizar su diagrama.

Conclusión

• Normalización IEEE/ANSI

Figura 1.18. Símbolo IEEE/ANSI para un codificador de M-entradas por N-salidas.

La simbología correspondiente un codificador de M entradas y N salidas se muestra en la Figura 1.18


En este tipo de circuitos las fallas más comunes se enlista a continuación:

1. Corto circuito en las entradas

2. Línea de habilitación en malas condiciones

3. Código de salida erróneo

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4. Conexiones internas en corto circuito

Una de las herramientas de mayor uso al detectar fallas en un dispositivo digital es la denominada punta lógica. Esta punta lógica permite identificar los niveles de entrada y salida a través de un LED indicador el cual encenderá cuando se tenga un nivel alto y permanecerá apagado cuando se tenga un nivel bajo.

1.2.2. OPERACIÓN DE DECODIFICADORES


Un Decodificador es un circuito lógico combinacional de múltiples entradas y múltiples salidas. Las entradas generalmente son codificadas en un cierto código y las salidas son presentadas en un código distinto al código de entrada.

No existe una regla general que determine cuántas líneas de entrada y salida deba tener un Decodificador por lo que decimos que un decodificador

es un circuito combinatorio que posee más líneas de entrada que de salida.

Un circuito Decodificador posee además líneas auxiliares o de habilitación l que pueden ser activas o bajas dependiendo de la aplicación y el diseño que se desee.

• Aplicaciones de los decodificadores

- Decodificación de direcciones

El circuito de decodificación mas ampliamente usado es el denominado Decodificador de N a 2^N o bien Decodificador Binario.

En la figura 1.19 se muestra el caso de un Dec. De 2 a 4 que consta de dos líneas de entrada A y B, cuatro líneas de salida Y0, Y1, Y2, Y3, y una línea de habilitación.

Figura 1.19. Decodificador con dos líneas de entrada y cuatro líneas de salida.

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Por ejemplo, si la línea de habilitación se encuentra en alto y además A = 0 y B = 0 el dispositivo responderá con un voltaje alto en la salida correspondiente a Y0.

En general, para cualquier combinación de las entradas sólo se activa una y sólo una línea de salida.

Existen decodificadores comerciales por ejemplo el 74LS139 que tiene dos decodificadores internos de 2 a 4, el decodificador 74LS138 que es un decodificador de 3 a 8 y por último del decodificador 74LS 154 que es un decodificador de 4 a 16. No importa el número de entradas o salidas el principio de funcionamiento es siempre el mismo.

- Decodificación BCD a decimal

Este circuito decodificador tiene cuatro líneas de entrada que corresponden al código BCD y posee diez líneas de salida (una por cada dígito decimal).

El circuito de un DEC. BCD a Decimal se muestra en la figura 1.20.

Por ejemplo, si en la entrada BCD se tiene el número 0101 la salida Y5 del decodificador estará en alto mientras las demás permanecen apagadas. Si ahora tenemos el número BCD 1001 la salida Y9 estará activa.

Uno de los chips comerciales más comunes es el 74LS42. en este dispositivo si se tiene un número BCD no válido en sus entradas todas las salidas permanecerán en alto.

- Decodificador BCD a 7 Segmentos

Uno de los dispositivos de mayor popularidad y aplicación es el decodificador BCD a 7 segmentos (display)

Un display es un arreglo de leds dispuestos de tal forma que pueden

Figura 1.20. Circuito de un decodificador BCD

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visualizarse en ellos números arábigos. Cada una de las salidas del decodificador se conectan al display con la finalidad de ver los números binarios transformados en su correspondiente número arábigo.

Los circuitos integrados de mayor uso son el 7447 de colector abierto activas en bajo por lo que deben conectarse resistencias limitadoras de corriente en cada una de las salidas.

Por sus salidas activas en bajo deben utilizarse displays de ánodo común.

El 7448 funciona de manera casi idéntica al 7447 con la diferencia que sus salidas son activas en bajo por lo que deben usarse displays de cátodo común. En la figura 1.21 ilustramos una conexión típica del 7447 con display de 7 segmentos.


La simbología para un decodificador según las normas IEEE/ANSI para un de codificador de entradas y m-Salidas con señal de habilitación se muestra en las figuras 1.22 y 1.23.

Figura 1.22. Simbología para un decodificador de n-entradas por m-salidas según las normas

IEEE/ANSI

Figura 1.21. Decodificador con una conexión

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Figura 1.23. Simbología para el decodificador 74LS138 según las normas IEEE/ANSI




Realizar el esquema funcional de un dispositivo decodificador.

a) En tu cuaderno de apuntes realiza un esquema funcional de un dispositivo decodificador.

b) Recuerda tomar en cuenta que el esquema de un DEC no tiene salidas y entradas perfectamente definidas

Comparación de resultados con

otros compañeros.

a) Una vez que hayan realizado su esquema comparen su trabajo con el de otros compañeros.

b) Enriquezcan su esquema si consideran que le falta información que intercambiaron con sus compañeros.


A medida que los circuitos y los sistemas se hacen más complejos, es evidente que el número de causas posibles de falla se incrementa. Aunque la manera de proceder para el aislamiento y la corrección de fallas continúa siendo esencialmente la misma, la aplicación del proceso de observación-análisis es muy importante en el caso de circuitos complejos, porque ayuda al técnico detector de fallas a ubicarlas en un área pequeña del circuito. Esto reduce a una cantidad razonable los pasos de prueba y los datos que deben ser

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analizados. Si el técnico detector de fallas comprende la operación del circuito, observa los síntomas de la falla, y razona la operación, a menudo puede predecir las fallas posibles aun antes de utilizar un probador lógico o un osciloscopio. Este proceso de observación-análisis es el que los técnicos sin experiencia dudan en aplicar, probablemente debido a la gran variedad de capacidades del equipo de prueba moderno que tienen a su disposición. Es fácil volverse dependiente de estas herramientas si no se utilizan de manera adecuada las habilidades de razonamiento y análisis del cerebro humano.

Otra estrategia vital para la detección de fallas se conoce como dividir y vencer. Se usa para identificar la localización del problema después que el proceso de observación-análisis ha generado un número de posibilidades. Un método menos eficiente sería investigar una por una las causas posibles. Con el método de dividir y vencer se encuentra un punto en el circuito que se puede probar, y por ende reduce a la mitad el número posible de causas. En los sistemas simples esto puede parecer

innecesario, pero a medida que la complejidad se incrementa el número de causas posibles también aumenta. Si hay ocho causas posibles, entonces se debe llevar a cabo una prueba que elimine cuatro. En la siguiente prueba se deben suprimir otras dos y en la tercera hay que identificar el problema.

En la figura 1.24 se ilustra el procedimiento de detección de fallas.

Un técnico conecta las salidas de un contador BCD a las entradas del decodificador-excitador de la figura 24. Aplica pulsos al contador a una velocidad muy lenta y observa el visualizador LED, que se muestra a continuación, a medida que el contador cuenta hacia arriba de 0000 a 1001. Examine cuidadosamente esta secuencia y trate de predecir la falla más probable.

Solución

Comparando la visualización observada con la que se espera para cada conteo,

Figura 1.24. Detección de fallas de un decodificador.

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se describen varios puntos interesantes:

Para los conteos donde la visualización observada es incorrecta, dicha visualización no es ninguno de los patrones del segmento que corresponde a conteos mayores que 1001.

M Esto elimina un contador o alambrado defectuoso del contador al decodificador-excitador.

• Los patrones correctos de los segmentos (O, 1, 3, 6, 7 y 8) tienen la propiedad común de que los segmentos e y /están encendidos, o bien apagados.

* Los patrones incorrectos de los segmentos tienen la propiedad común de que los segmentos e y /están en estados opuestos, y si se intercambian los estados de estos segmentos se obtiene el patrón correcto.

El análisis de estos puntos debe conducirnos a la conclusión de que el técnico probablemente "cruzó" las conexiones de los segmentos e y f.




Aplicar los conceptos vistos para implementar estructuras lógicas.

a) Realiza en tu cuaderno el siguiente ejercicio de implementación de funciones lógicas empleando decodificadores.

b) Planteamiento del problema:

Se desea controlar un sistema de cuatro motores de C.D. Se tienen dos condiciones de entrada de tal forma que con cada combinación de las entradas se active uno y sólo uno de los motores. Diseña el circuito de control empleando decodificadores.


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a) Consulta las dudas que tengas para realizar el ejercicio de arriba con el PSP.

b) Cuando termines el ejercicio pide al PSP que retroalimente tu trabajo.

c) Con la retroalimentación que hizo el PSP a tu ejercicio repite o completa tu trabajo.


a) Investiga sobre las diversas aplicaciones de los dispositivos decodificadores.

b) Esquematiza la información investigada.

c) Coordínate con el PSP para que expongas tu esquema.

1.2.3. OPERACIÓN DE MULTIPLEXORES


La multiplexación consiste en la canalización de información de varias líneas de entrada hacia una sola línea de salida. En la figura 1.25 se ilustra este principio.

Según la figura, dependiendo del selector rotatorio, la información de cualquiera de los seis canales es transferida a la única salida por lo tanto, no se puede tener a la salida la información simultánea de dos entradas distintas.

Figura 1.25.Operación de un multiplexor

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Los multiplexores digitales son también conocidos como selectores de datos. En la figura 1.26 se muestra el diagrama esquemático de un selector de datos 8 a 1 con tres líneas de selección.

Las líneas indicadas como A, B y C son denominadas líneas selectoras. Estas tres líneas son suficientes para generar un total de 2³ = 8 combinaciones que corresponden a las ocho entradas del multiplexor.

Por ejemplo, si la combinación en las entradas A, B y C fuera 000 se selecciona la información presente en la entrada D0 siendo esta enrutada a la salida, si ahora tenemos la combinación 101 la información

presente en la entrada D5 será la que se envíe a la salida W.

Por lo tanto las líneas de selección determinan qué información presente en las entradas (D0 a D7) debe enviarse a la única salida W.

En general un Multiplexor tiene 2^N entradas, en donde N es el número de líneas de selección.

Comúnmente estos dispositivos cuentan también con líneas de habilitación o Enable.

• Aplicación de los multiplexores

La aplicación más importante de estos dispositivos se encuentra en la multicanalización de datos y la selección de los mismos así como, la multicanalización de comunicaciones y adquisición de datos.

Supongamos que tenemos que monitorear distintos puntos de un sistema de enfriamiento, para lo cual tenemos varios sensores ubicados en puntos estratégicos del sistema. Sería complicado tener que enviar un cableado para cada uno de los sensores hasta el procesador central.

Figura 1.26. Diagrama de un selector de datos de 8 a 1 con tres líneas de selección.

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Una mejor alternativa sería multiplexar las salidas de los sensores a un solo par de líneas con el consiguiente ahorro de cableado y espacio.

Otra aplicación importante de los multiplexores lo vemos en un sistema de circuito cerrado de televisión el cual, posee más de una cámara y un solo monitor, de esta manera podemos seleccionar cada una de las cámaras del sistema y ver las imágenes en el monitor una a la vez según la cámara que ha sido seleccionada.

Multiplexores comerciales son por ejemplo: el 72LS151 que es un MUX 8 a 1; el 74LS150 que es un MUX de 16 a 1.

Existen también multiplexores capaces de seleccionar palabras completas, por ejemplo el 74157 que es un MUX cuádruple de 2 a 1 palabras.

A continuación en las figuras 27(a) y (b) mostramos un circuito de aplicación práctico para Multiplexores (MUX).


Trabajo en equipo


Desarrollar el diseño de un multiplexor de 4 a 1.

Figura 27. Circuito de aplicación

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a) En el siguiente esquema identifica los conceptos de líneas de entrada, línea de salida y código de selección.

b) Anota y realiza el ejercicio en tu cuaderno de apuntes.

Consulta con el PSP


Desarrollar el diseño de un multiplexor de 16 a 1.

a) Forma equipos, y conjuntamente con el PSP realicen la configuración de un multiplexor de 16 a1 implementando mediante una red de tipo árbol de multiplexores de 4 a 1.

b) Haz hincapié en la conexión en cascada de las salidas de los multiplexores de etapas anteriores.

Pueden consultar cualquier recurso como son: libros, revistas, manuales, etc. que enriquezca su trabajo.


La simbología normalizada para este tipo de dispositivos se muestra en la figura 1.28 según la norma IEEE/ANSI.

Figura 1.28. Simbología para multiplexores

según la norma IEEE/ANSI.

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Cuando la línea selectora S se encuentra en bajo tendremos en las salidas 1Y a 4Y la palabra 1A – 4A, cuando la línea S se encuentra en bajo tendremos en las salidas la palabra 1B – 4B.


Cuando un circuito multiplexor falla las señales de entrada ya no son enrutadas a la única salida con la consiguiente pérdida de información.

Por otro lado, si las líneas de selección no operan correctamente tendremos a la salida información errónea que no corresponde a lo que deseamos monitorear por ejemplo, supongamos que en la línea D0 de un MUX 8 a 1 tenemos el dato 010101 y necesitamos enviarlo a la salida, sin embargo la salida muestra el dato 111010 que corresponde a la entrada D4 lo que nos hace pensar que las líneas de selección no están operando adecuadamente.

1.2.4. OPERACIÓN DE DEMULTIPLEXORES


Los demultíplexores llevan a cabo la función opuesta a la de los multiplexores, por lo cual, en ocasiones, se les conoce como distribuidores de datos, ya que su función puede resumirse como la de distribuir datos de una sola línea a varias salidas. En la figura 1.29 se muestra un circuito demultiplexor de 1 a 4 líneas. La línea de entrada de datos se conecta directamente a todas las compuertas AND, mientras que las dos líneas de selección activan una de las compuertas a la vez. Por consiguiente, los datos que aparecen en la línea de entrada pasan a través de la compuerta habilitada hasta la línea respectiva de salida del dispositivo distribuidor de datos.

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Como un ejemplo complementario de lo anterior mencionaremos las características de operación de un demultiplexores de 1 a 8 líneas. En la figura 1.30 se muestra su configuración de pines y el diagrama lógico que lo implementa.

Figura 1.30. Demultiplexor de 1 a 8 líneas

a)

b)

Figura 1.29.Circuito de multiplexorde 1 a 4 líneas, a) Circuito electrónico; b)

Diagrama de bloques

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Como se observa, el dispositivo se compone, además de sus ocho salidas, de 3 líneas de habilitación y de 3 líneas de selección de línea de salida. El 74138 se ha diseñado esencialmente como un decodificador de 3 a 8, por lo cual las entradas Gl, G2A y G2B se rotulan como entradas de habilitación. No obstante, cuando se le utiliza como demultiplexor, los datos de entrada pueden introducirse por la línea G2A o por la G2B.




Desarrollar el diseño de un demultiplexor de 1 a 4 con activación.

Analizar el comportamiento de un multiplexor de 1 a 4 con activación diseñado por el PSP.

a) Realiza conjuntamente con el PSP, el análisis de la operación del

multiplexor de 1 a 4 con activación diseñado por el PSP.

b) Es importante que identifiques los conceptos de línea de entrada, líneas de salida y código de selección, elaborando su tabla de verdad correspondiente.

Sugerencias o notas

Para enriquecer el análisis de la actividad anterior puedes consultar diversos materiales como: libros, revistas, manuales, páginas de Internet, etc.

• Aplicación de los demultiplexores

Los demultiplexores, por lo general, complementan o reversan el proceso llevado a cabo por los dispositivos multiplexores. Una de las aplicaciones más usuales e interesantes de esta clase de dispositivos, es aquella en la cual el par multiplexor/de multiplexor se utiliza para la multicanalización de datos en el tiempo. El concepto de multicanalización hace referencia a la

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técnica por la cual un mismo canal es utilizado para la transmisión simultánea de dos o más señales o mensajes. Una forma de utilización de un canal con este propósito hace uso de la denominada multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time División Multiplexing).

Cuando un sistema utiliza la multiplexación en el tiempo en el extremo de envío de información, debe complementar el proceso con la demultiplexación de los datos en el extremo de recepción del canal de transmisión.

El circuito de la figura 1.31 ilustra el principio de funcionamiento de un sistema multicanalizado en el tiempo.

Observe la línea que va del multiplexor al demultiplexor. Si ésta es corta, pueden no ser necesario el esquema, ya que las entradas podrían conectarse directamente a las salidas mediante el uso de líneas o canales adicionales.

Figura 1.31. Funcionamiento de un sistema multicanalizado en el tiempo

No obstante, si la línea es larga, tal vez unos cuantos kilómetros o más, el circuito permite economizar en la cantidad de líneas de comunicación.

Tal podría ser el caso de varios terminales de computadora en un cierto sitio de una ciudad cuyos datos deben ser enviados a una computadora principal o mainframe localizada a una distancia considerable dentro de la misma ciudad o incluso en una ciudad diferente

En este caso, los datos de los terminales deben multiplexarse,

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transmitirse hasta el mainframe por una sola línea, y finalmente demultiplexarse al llegar al sitio donde se encuentra la computadora principal El circuito de la figura muestra como los 8 terminales pueden multiplexarse haciendo uso de un 74151 y transmitirse a su destino para posteriormente ser demultiplexados por un 74138 que actúa en este caso como un demultiplexor de división en el tiempo.

Para efectos de la ilustración, en el diagrama se muestra el caso en que el dato correspondiente a la línea 4 está siendo transmitido.

Figura 1.32. Símbolo IEEE/ANSI para un DEMUX 1 a 16.


La simbología empleada según la norma IEEE/ANSI se muestra en la figura 1.32


El análisis y detección de fallas en un DEMUX se observa en el siguiente ejemplo.

- Sistema síncrono de transmisión de datos

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En la figura 1.33 Se muestra el diagrama lógico de un sistema síncrono de transmisión de datos que se usa para transmitir en serie cuatro palabras de datos de

Figura 1.33. Diagrama de un sistema síncrono de transmisión de datos.

cuatro bits, de un transmisor a un receptor. Veamos primero la circuitería del transmisor.

Las palabras de datos se almacenan en los registros A, B, C y D que están

conectadas como registros de desplazamiento recirculantes con una entrada común de DESPLAZAMIENTO (reloj). Cada registro desplazará exactamente en la TPN de los pulsos de DESPLAZAMIENTO de la compuerta 2 AND. El LSB de cada registro se conecta como entrada de datos para el multiplexor de cuatro entradas.

Los dos contadores MOD-4 controlan la transmisión del contenido del registro de datos a la salida Z del multiplexor. El contador de palabras selecciona los datos del registro que aparecerán en Z. A medida que este contador va de 00 a 11, los datos de cada registro aparecerán secuencialmente en Z. El contador de bits se asegura que cuatro bits de datos de cada registro se transmitan a través del multiplexor antes de avanzar al siguiente registro. El contador de bits avanza un conteo por cada pulso de DESPLAZAMIENTO, de manera que después de cuatro pulsos de DESPLAZAMIENTO se recicla a 00. La TPN en la salida Q1 del contador de bits causará que el contador de palabras se incremente al próximo conteo para seleccionar el siguiente registro de datos para su transmisión.

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De esta manera, el conteo de cada uno de los registros de datos se transmitirá a Z, un bit a la vez, iniciando con el registro A (para S1S0 = 00) y continuando a través de cada registro, a medida que el contador avance un conteo por cada cuatro pulsos de DESPLAZAMIENTO.

Así, la señal Z contendrá 16 bits de datos en serie, 4 bits de cada registro. Se dice que estos datos se multiplexanpor división de tiempo porque están apareciendo cuatro conjuntos diferentes de datos en la misma línea de salida en tiempos diferentes.

El proceso de transmisión lo controlan los dos flip-flops D, las compuertas AND 1 y 2, y el MV monoestable. La operación de esta lógica de control se describe en otro párrafo más adelante.

Suponga que el sistema síncrono de transmisión de datos de la figura anterior no funciona de manera adecuada: la forma de onda de Z es correcta, pero la forma de onda de O0 es idéntica a la forma de onda de Z en todo momento, en tanto que las otras salidas son BAJAS de manera

constante. Suponga que el circuito está soldado a una tarjeta de PC sin receptáculos de CI.

Solución

Se deben emplear tanto el método de observación-análisis para determinar las causas probables, como la técnica de dividir y vencer para aislar el problema. La causa más probable parece ser que S1 y So del DEMUX siempre son BAJAS cuando se transmiten datos. Si este no es el caso, entonces el DEMUX debe tener algún defecto.

Primero tenemos que eliminar esta posibilidad, usando un probador lógico puesto que es una prueba simple que podría aislar el problema del resto de la circuitería. Suponiendo que determinamos que 1i y So siempre están en BAJO hay muchas causas posibles para este síntoma. Una lista de éstas sería:

1. SO del MUX o bien Qo del contador de palabras podría estar cortocircuitado a tierra, evitando que el contador se incremente.

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2. El contador de palabras podría estar defectuoso (línea CLK cortocircuitada bien abierta, MR cortocircuitada a tierra, o bien fallas internas).

3. El contador de bits podría estar defectuoso (CLK o Q1 cortocircuitada o abierta, MR cortocircuitada a tierra, o fallas internas).

4. El INVERSOR o la compuerta AND podrían ser defectuosas (salidas o entradas cortocircuitadas o abiertas, o fallas internas).

5. El FF Y podría estar defectuoso (D, CLR o Y cortocircuitada a tierra, o fallas internas).

6. El MV monoestable podría estar defectuoso (disparo cortocircuitado. o quizá abierto, QO cortocircuitada a tierra, circuito RC defectuoso conectado a la MV monoestable, o bien fallas internas).

7. La línea transmitida de reloj quizá esté abierta entre el transmisor y el receptor

Como el reemplazo de todos los componentes significa desoldar los pines 14 y 16 de los chips del CI, no es conveniente emplear el enfoque de "la escopeta” para la detección de fallas. Debemos encontrar una forma para eliminar las fallas posibles mediante el planteamiento de dividir y vencer. Iniciando en el contador de palabras, decidimos que, o el reloj no está pulsando, o el pin de MR está fijado en BAJO. Si podemos probar que cualquiera de estas dos suposiciones es falsa ¡entonces eliminamos la mitad de los CIs de la lista de sospechosos! Colocamos el probador lógico en MR del contador de palabras para ver si pasa a ALTO. Si es ALTO, probablemente la línea de transmisión de reloj no está abierta, el FF funciona y no hay razón para sospechar del MV monoestable.

Todo se podría verificar poniendo un probador lógico en MR e inyectando un pulso hacia la entrada T del MV

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monoestable. Si detectamos un pulso negativo en MR (aproximadamente del ancho de un ciclo de reloj), entonces eliminamos las causas 5, 6. En este diagrama no se cubre cada falla que pueda ocurrir en este circuito, y cuando se concluye componente es defectuoso, quizá se requiera de alguna detección de fallas local para confirmar que el chip es defectuoso antes de reemplazarlo. Sin embargo al lógica no muestra qué debe emplear un buen técnico detector de fallas para aislar el problema. Un buen técnico detector de fallas es como un detective eficiente siempre está buscando pistas y haciendo deducciones inteligentes a partir de los hechos.


Trabajo en equipo

Para finalizar, realiza en equipo la práctica No.4 “Operación de multiplexores y demultiplexores como circuitos de control”. pág.

Portafolio de evidencias

Entrega al PSP tu reporte individual del análisis del funcionamiento de los multiplexores y demultiplexores, así como los materiales que hayas generado y que formen parte de tu portafolio de evidencias.

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1.3. Operar dispositivos de lógica secuencial modular para control de señal, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

1.3.1. OPERACIÓN DE CONTADORES

• Principios de operación síncronos

Los contadores son circuitos de propósito específico construido a partir de flip-flop´s y diseñados especialmente para las tareas de conteo de eventos en un sistema digital.

Los contadores pueden clasificarse en dos tipos importantes:

1. Contadores asíncronos

2. Contadores síncronos

El más sencillo de los contadores digitales es el conocido como contador de rizado que se muestra en la figura 1.34.

A veces a este contador se le conoce también como contador de cuatro bits. Podemos observar en el diagrama que la señal de reloj se conecta al primero de los Flip-flop´s y que los relojes de los F-F siguientes se derivan de las salidas de los F-F que los preceden.

Los leds colocados en las salidas de los F-F indican de manera visual el conteo ascendente.

Debido a que los relojes de los F-F dependen de las salidas de los F-F anteriores este contador opera de manera asincrónica siendo un buen ejemplo de la primer clasificación de contadores.

Para que un contador opere de manera síncrona la señal de reloj debe llegar al

Figura 1.34.Contador digital o contador de rizado (asíncrono)

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mismo tiempo a los F-F que componen el circuito según se muestra en la figura 1.35.

Observa que el contador es semejante al anterior pero con la diferencia de que la señal de reloj esta conectado a todos y cada uno de los F-F, es decir, el reloj es común a los F-F y se han añadido dos compuertas AND.



Competencia lógica

Deducir la tabla de verdad de un contador.

a) Consulten información acerca de la función y comportamiento de los contadores binario síncrono y

asíncrono.

b) Para ello puedes recurrir a distintas fuentes de información como son: libros, manuales, revistas, páginas de internet, etc.

Trabajo en equipo

a) Reúnanse en equipo de 3 o 4 integrantes.

b) Junten la información que recabaron.

c) Comenta con tus compañeros de equipo como funciona contador binario síncrono (SN74163) y un asíncrono (SN74293) así como también cuál es el comportamiento de ellos de acuerdo a un diagrama lógico.

• Aplicaciones de contadores

Existen en la actualidad contadores digitales en circuito integrado los cuales permiten el ahorro de espacio ya que eliminan las necesidad de

Figura 1.35. Contador Módulo 16 (síncrono)

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implementar contadores con F-F y compuertas básicas.

Ejemplos de estos contadores son:

1. 74LS93 que es un contador síncrono de 4 bits con la capacidad de contar desde 0 a 15.

2. 74LS193 es un contador ascendente/descendente binario de cuatro bits además puede ser reinicializado con una línea denominada CLEAR o bien programado para contar a partir de un número en específico mediante la función LOAD.

3. 74LS92 es un contador decadal es decir, pasa de 9 a 0 cuando se encuentra en modo ascendente y de 0 a 9 cuando se encuentra en su modo descendente.

Una de las aplicaciones más importantes de los circuitos contadores es como divisores de tiempo por ejemplo, si tenemos un circuito divisor por 12 significa que cambiará su estado siempre y cuando se han

cumplido doce pulsos de reloj. Estos circuitos son la base de tiempo en circuitos de reloj.

Mostramos en la figura 1.36 un circuito de aplicación de contadores: Reloj Digital.

Figura 1.36. Circuito de aplicación de contadores


La simbología IEEE/ANSI para diversos contadores se presenta de manera similar a los dispositivos anteriores.


Ya analizamos los efectos de los retardos de propagaría flip-flops en

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contadores de rizo. Como observamos, los retardos de propagación acumulados sirven esencialmente para limitar la respuesta de frecuencia de contadores de rizo. Los retardos entre transiciones de flip-flops; también pueden causar problemas cuando se decodifica un contador de rizo. El problema se presenta en forma de fallas o mal funcionamiento en la decodificación (glitches) o picos (impulsos) en las salidas de algunas de las compuertas de decodificación, lo cual se ilustra en la figura 1.38 para un contador de rizo MOD-4

En la figura 1.38 también se muestran las formas de onda en las salidas de cada FF y la compuerta de decodificación. Note el retardo cíe propagación entre la forma de onda de

Figura 1.38.Contador de rizo MOD-4

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reloj y la forma de onda de la salida A. y entre la forma de onda A y la forma de onda B. Las fallas en las formas de onda de decodificación Xo y X2 se deben al retardo entre las formas de onda A y B. XO es la salida de la compuerta AND que decodifica el conteo normal 00. La condición 00 también ocurre momentáneamente cuando el contador pasa del conteo 01 al 10, como se muestra mediante las formas de onda.

Esto se debe a que B no puede cambiar estados hasta que A pasa a BAJO. Este estado momentáneo 00 sólo dura algunos nanosegundos (dependiendo del tpd del flip-flop B), pero se puede detectar mediante la compuerta de decodificación si la respuesta de la compuerta es suficientemente rápida. De ahí, el pico o impulso en la salida XO.

Una situación similar produce un estado transitorio en la salida X2. X2 es la decodificación para la condición 10, y esta condición ocurre momentáneamente cuando el contador pasa del estado 11 al 00 en respuesta al cuarto pulso de reloj, como se muestra en las formas de onda. De

nuevo, esto se debe al retardo de la respuesta del flip-flop B después que A ha pasado a BAJO.

Aunque la situación se ilustra para un contador MOD-4, lo mismo puede suceder con cualquier contador de rizo. Esto se debe a que los contadores de rizo funcionan con el principio de "reacción en cadena", en el que cada FF dispara el siguiente y así sucesivamente.

Los picos en las salidas del decodificador pueden o no presentar un problema, dependiendo de cómo se use el contador.


Observación

Competencia lógica

Desarrollar el pensamiento predictivo en la inspección de circuitos contadores.

a) Después de que el PSP realice una

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explicación sobre los circuitos contadores y la manera de predecir en ellos fallas que pueden suceder.

b) Resume lo observado

c) Analiza las fallas encontradas.


a) Las observaciones que obtengas compáralas con tus compañeros.

b) Después de comparar con tus compañeros, si consideras que es necesario complementa tu observación con información que consideres retroalimentará tu trabajo.

1.3.2. OPERACIÓN DE REGISTROS DE CORRIMIENTO


Un registro de desplazamiento es un grupo de F-F conectados de tal manera que cada uno transfiere su bit de información al siguiente F-F más significativo del registro en presencia de un pulso adecuado del reloj.

Los registros de desplazamiento se clasifican por la forma de recibir y entregar los datos como se indica a continuación.

1. Registro SISO (Serial In – Serial Out).- este registro recibe datos en forma serial es decir, el primer F-F esta conectado a una fuente de datos binarios de tal forma que a cada pulso de reloj cada uno de estos datos son transportados a lo largo de toda la cadena de F-F. el principio de operación se muestra en la figura 1.39.

Figura 1.39. Principio de operación del registro SISO

2. Registro SIPO (Serial In- Parallel Out).- este registro acepta entradas en forma serial pero la salida de información se hace en forma

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paralela según se muestra en la figura1. 40.

Figura 1.40. Principio de operación del registro SIPO

3. Registro PISO (Parallel In – Serial Out).- en ests registro los datos se cargan todos a la vez y se entregan en forma serial a cada pulso de reloj hasta completar la descarga. El principio de operación se ilustra en la figura 1.41.

Figura 1.41. Principio de operación del registro PISO.

4. Registro PIPO (Parallel in – Parellel Out).- permite la carga como la lectura en forma paralela además a este registro se le asigna la posibilidad de ingresar y leer datos en forma serial por lo que se le conoce como registro universal ya

que puede hacer las funciones de todos los anteriores. El principio de funcionamiento se muestra en la figura 1.42.

Figura 1.42. Principio de operación de registro PIPO.

• Aplicaciones de los registros de corrimiento

Los registros de corrimiento tienen gran aplicación en operaciones aritméticas ya que se usan para desplazar los operandos al multiplicar o dividir.

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Otra aplicación importante se ilustra en la figura 1.43 para producir retardos de tiempo, por ejemplo si deseamos retardar un bit durante cuatro pulsos de reloj bastará hacerlo recorrer un arreglo de 4 F-F conectados en serie de tal forma que el dato deseado aparezca después de los cuatro pulso de reloj.

La conversión de datos en sistemas digitales es quizá la aplicación más importante de los registros de desplazamiento ya que se utiliza para reducir el número de conductores necesarios en equipos de transmisión de datos.

• Registros de corrimiento MSI estándar.

Algunos de los registros comerciales más comunes se enlista a continuación:

1. 74LS174 que son registros que permiten la carga y lectura en paralelo de datos de 8 bits y que requieren de más de 16 pines para su implementación y se usan para la transferencia síncrona de datos según se muestra en la figura 1.44

Figura 1.44. Registro 74LS174

2. Los 74LS299 y el 74LS323 son las versiones modernas del 74LS198 puesto que permiten el desplazamiento hacia la derecha y hacia la izquierda de los datos. Su diagrama se muestra en la figura 1.45


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3. El 74LS165 que es un registro de entrada en paralelo y salida serial de 8 bits según se ve en la figura 1.46


4. El 74LS164 se trata de un registro de desplazamiento de ocho bits con entrada serial y salida en paralelo. Lo anterior se ilustra en la figura 1.47



Consulta con el PSP

Competencia Científico-teórica.

Identificar la influencia de la impedancia en el comportamiento de los registros de corrimiento.

a) El PSP te mostrará diferentes componentes de un circuito

b) Identifica la relación de impedancias presentes en los diferentes componentes y su influencia en circuitos con registros de corrimiento

c) Anota tus observaciones en hojas de rotafolio y coordínate con el PSP para exponer frente el grupo.



Aplicar las operaciones fundamentales y números binarios para analizar circuitos con registros

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de corrimiento.

a) Realiza el siguiente ejercicio:

Efectúa la suma de dos números binarios de tal forma que el último dígito tenga un acarreo igual a uno.

b) Observa como este acarreo puede verse como un desplazamiento dentro de un registro de corrimiento (siendo un desplazamiento hacia la izquierda)

c) Anota los resultados en tu cuaderno y comenta tus conclusiones en equipos de trabajo


Competencia emprendedora

Identificar las actividades productivas en las que se utilizan registros de corrimiento

a) Organiza con tus compañeros una salida para asistir a alguna industria en las que se empleen equipos estructurados con registros de corrimiento

b) Realiza previamente una guía de observación para que puedas llevarla el día de la visita

c) Con base en esta guía elabora un reporte de las actividades identificadas

Consideraciones sobre seguridad e higiene

a) Recuerda no llevar alimentos o bebidas al interior de la industria que visiten.

b) Hacer caso a todas las indicaciones sobre seguridad que mencione el guía


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Figura 1.48. (a)Símbolo según IEEE/ANSI para el 74174(PIPO); (b) símbolo IEEE/ANSI para el

74164 (SIPO)

La simbología correspondiente a los registros de desplazamiento 74164 y 74174 se muestran en las Figuras 1.48 (a) y (b).


Los flip-flops, los contadores y los registros son los componentes principales de los sistemas lógicos secuenciales. Debido a sus dispositivos de almacenamiento, un sistema lógico secuencial tiene la característica de que sus salidas y la secuencia de operaciones dependen de las entradas

actuales y de las que ocurrieron antes. Aunque los sistemas lógicos secuenciales por lo general son más complejos que los sistemas lógicos combinacionales, los procedimientos esenciales para la detección de fallas se aplican bien a ambos tipos de sistemas.

Los sistemas secuenciales padecen de los mismos tipos de fallas (circuitos abiertos, cortocircuitos, fallas internas del CI y otras similares) que los sistemas combinacionales.

Muchos de los mismos pasos que se siguen para aislar fallas en sistemas combinacionales se pueden aplicar a los sistemas secuenciales. Una de las técnicas de detección de fallas más eficaz comienza cuando el técnico detector de fallas observa la operación del sistema y, mediante razonamiento analítico, determina las causas posibles del mal funcionamiento del sistema.

Luego el técnico usa los instrumentos de prueba disponibles para aislar esa falla específica.


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Competencia lógica

Aplicar el pensamiento deductivo en la identificación de fallas en los registros de corrimiento.

a) Forma equipos de 3 ó 4 integrantes

b) Realicen el análisis de las características básicas de los diagramas de los registros: Entradas en paralelo, salida en paralelo, pulso de corrimiento o clock, entrada serial, salida serial, control clear y control preset.

c) Con base a esto identifiquen las fallas que pueden presentarse en los registros de corrimiento.

d) Anota las conclusiones en tu cuaderno de apuntes.


Competencia para la vida

Desarrollar el hábito de lectura relativa a textos tecnológicos como son el origen y diversos usos de los registros de corrimiento.

a) Realicen una búsqueda bibliográfica sobre el origen y uso de los registros de corrimiento.

b) Reúnan la información más importante y preséntenla al grupo

c) Intercambien los trabajos para enriquecer su bibliografía.

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PRÁCTICAS DE EJERCICIOS Y LISTAS DE COTEJO

Unidad de aprendizaje

1

Práctica número: 1

Nombre de la práctica:

Operación de controladores electrónicos

Propósito de la Práctica

Al finalizar la práctica el alumno identificará la estructura de diferentes tipos de controladores electrónicos digitales y analógicos según las características de operación en manuales de fabricantes.

Escenario Taller

Duración 4 hrs.

Materiales Maquinaria y Equipo Herramienta

• Manuales de controladores electrónicos de varios fabricantes (Texas Instruments, Motorola, etcétera)

• Diagramas de dispositivos de control

• Dispositivos de control digital y analógico propuestos

• Mesas de trabajo

• Pulsera antiestática

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Procedimiento

Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica.

Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar.

Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica.

• Reciclar los materiales utilizados en la práctica

• Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos

• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso.

• Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas.

• No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.

EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes

EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica

El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica.

EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.

Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica:

• Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, los errores más frecuentes que se suelen cometer, las recomendaciones del fabricante.

• Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos.

1. Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar

2. Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos

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Desarrollo 1. Identifica la estructura de un dispositivo de control

2. Explica la estructura de un dispositivo de control digital a través de diagramas de bloques

3. Explica la estructura de un dispositivo de control analógico a través de diagramas de bloques

4. Realiza un esquema de los dispositivos de control analizados mostrando las partes que corresponden según el diagrama de bloques

5. Realiza un cuadro sinóptico anotando las características eléctricas principales de un dispositivo de control según el manual del fabricante

6. Discute con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular

7. Anota las conclusiones que considere más relevantes.

8. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo.

9. Elabora algunos comentarios sobre la estructura de un dispositivo de control.

10. Guarda los dispositivos de control utilizados

11. Guarda los manuales de fabricante utilizados

12. Limpia tu área de trabajo

13. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones.

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Lista de cotejo de la práctica número 1:

Operación de controladores electrónicos

Nombre del alumno:

Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellasobservaciones que hayan sido cumplidas por el alumno

durante su desempeño.

Desarrollo Si No No aplica

+ Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica

+ Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Identificó los dispositivos y circuitos de control a utilizar 2. Alistó los manuales de dispositivos y circuitos 3. Identificó la estructura de un dispositivo de control 4. Explicó la estructura de un dispositivo de control digital a través de diagramas de bloques

5. Explicar la estructura de un dispositivo de control analógico a través de diagramas de bloques

6. Realizó un esquema de los dispositivos de control analizados 7. Realizó un cuadro sinóptico anotando las características eléctricas principales de un dispositivo de control según el manual del fabricante

8. Discutió con sus compañeros de equipo sus anotaciones 9. Anotó las conclusiones más relevantes 10. Discutió sus conclusiones en grupo 11. Elaboró comentarios sobre la estructura de un dispositivo de control.

12. Guardó los dispositivos de control utilizados 13. Guardó los manuales de fabricante utilizados

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14. Limpió su área de trabajo 15. Separó los residuos recuperables 16. Realizó un reporte individual con las conclusiones y el procedimiento empleado.

Observaciones:

PSP: Hora de inicio: Hora de

término: Evaluación:

Unidad de

aprendizaje 1



Operación de un circuito de control digital con flip-flop´s.


Al finalizar la práctica el alumno identificará el punto de operación de un circuito de control lógico secuencial con flip-flop´s observando su concordancia con los diagramas de tiempo y manuales de fabricante.

Escenario Taller

Duración 4 hrs.


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• Manuales de controladores electrónicos de varios fabricantes (Texas Instruments, Motorola, etcétera)

• Diagramas de tiempo de dispositivos electrónicos

• 2 CI 74LS76

• 4 LED

• 4 resistor de 330 Ω

• Fuente de voltaje 5V fijos

• Protoboard

o 4 cables caimán-caimán

• Pinzas de corte

• Pinzas de punta

• Pinzas pela cable

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Procedimiento












EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.




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1. Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar

2. Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos

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Desarrollo 1. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del

fabricante

2. Verifica todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar

3. Energiza el circuito con al fuente de 5V con la debida precaución

4. Con ayuda de un Multímetro digital mide los voltajes de cada salida del circuito (QA, QB, QC y QD)

5. Toma nota del estado inicial de cada salida QA, QB, QC y QD del sistema.

6. Alimenta la señal del reloj a través de un circuito oscilador tal como un LM555 y un arreglo de compuertas NAND. NOTA. La frecuencia debe ser aprox. De 60 pulsos por minuto.

7. Observa detenidamente el funcionamiento del sistema

8. Anota tus observaciones en un diagrama de tiempos

9. Propón ante tus compañeros de equipo una posible aplicación de este circuito como circuito de control

10. Consulta los manuales del fabricante y verifica el funcionamiento del sistema

11. Verifica todos y cada uno de los estados según el diagrama de tiempo del circuito


13. Anota las conclusiones que considere más relevantes

14. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo.

15. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables

16. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados


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Operación de un circuito de control digital con flip-flop´s

Nombre del alumno:





+ Utilizó la ropa y el equipo de trabajo

1. Identificó los dispositivos y circuitos de control a utilizar

2. Alistó los manuales de dispositivos y circuitos

3. Armó en protoboard el circuito propuesto

4. Manipuló correctamente los manuales de fabricante

5. Verificó las conexiones del circuito propuesto

6. Energizó el circuito con las medidas de seguridad necesarias

7. Midió los voltajes de cada salida del circuito

8. Manipuló correctamente el Multímetro

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9. Anotó el estado inicial de cada salida del circuito

10. Alimentó el circuito con una señal de reloj de características específicas

11. Observó detenidamente el funcionamiento del circuito

12. Anotó sus observaciones en una diagrama de tiempos

13. Propuso ante su equipo posibles aplicaciones del circuito

14. Verificó en manuales de fabricante el funcionamiento del sistema

15. Verificó el circuito según los diagramas de tiempo

16. Discutió con sus compañeros de equipo sus anotaciones

17. Anotó las conclusiones más relevantes

18. Discutió sus conclusiones en grupo

19. Desarmó el circuito tomando las medidas de seguridad necesarias

20. Guardó los dispositivos de control utilizados

21. Guardó los manuales de fabricante utilizados

22. Limpió su área de trabajo

23.Realizó un reporte individual con las conclusiones y el procedimiento empleado.

Observaciones:

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PSP: Hora de inicio:

Hora de término:

Evaluación:

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1



Operación de un circuito temporizador como controlador de disparo.


Al finalizar la práctica el alumno identificará el punto de operación de un circuito temporizador como circuito de control de acuerdo a los diagramas y ecuaciones características de operación.

Escenario Taller

Duración 4 hrs.


• 1 CI LM555

• 1 Resistor de 10KΩ

• 1 Resistor de 1KΩ

• 1 Resistor de 330 Ω

• 1 Capacitor de 0.01μF

• 1 Capacitor de 100μF

• 1 led


• Osciloscopio de doble trazo

• Protoboard

• 4 cables caimán-caimán

• Pinzas de corte

• Pinzas de punta


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Procedimiento












El PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.




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1. Identificar los dispositivos TTL y herramientas a utilizar

2. Tener listos los manuales de dispositivos TTL

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Desarrollo 1. Para el circuito de la figura 1 determina en forma teórica la duración del pulso a la salida con

ayuda de la ecuación: Tw = 1.1 (RA) ©, donde Tw es la duración del pulso en segundos cuando se da el disparo, RA es la resistencia conectada entre el pin 6 y 5V; C es al capacitor conectado entre el pin 7 y tierra.

2. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante.



5. Observa la salida con el LED conectado a ella.

6. Anota tus observaciones

7. Manda ahora un voltaje en alto (5V) al pin indicado como disparo en el circuito



10. Conecta ahora el osciloscopio en la salida con la escala de tiempo adecuada (segundos)

11. Activa nuevamente el disparo del circuito

12. Mide con ayuda del osciloscopio la duración del pulso

13. Compara el valor de tus mediciones con el obtenido con la ayuda de la ecuación en el punto 1.

14. Si hay diferencias explícalas con tus compañeros de equipo

15. Propón ante tus compañeros de equipo una posible aplicación de este circuito como circuito de control

16. Consulta los manuales del fabricante y verifica los parámetros de funcionamiento del

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Desarrollo LM555


18. Elabora conclusiones del funcionamiento del circuito

19. Presenta tus conclusiones y discútelas en grupo.

20. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables



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Operación de un circuito temporizador como controlador de disparo.

Nombre del alumno:






1. Identificó los dispositivos y circuitos de control a utilizar

2. Alistó los manuales de dispositivos y circuitos

3. Determinó las características de operación del circuito de acuerdo a su ecuación característica

4. Armó en protoboard el circuito propuesto

5. Manipuló correctamente los manuales de fabricante

6. Verificó las conexiones del circuito propuesto

7. Energizó el circuito con las medidas de seguridad necesarias

8. Observó el funcionamiento del circuito

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9. Anotó el estado inicial a la salida del circuito

10. Excitó el circuito enviando un voltaje alto al terminal indicado como disparo

11. Observó detenidamente el funcionamiento del circuito con la señal de disparo

12. Anotó sus observaciones

13. Disparó nuevamente el circuito

14. Observó en un osciloscopio la respuesta del circuito

15. Comparó la respuesta del circuito con el valor obtenido en el punto 1.

16. Explicó las posibles diferencias en equipos

17. Propuso ante su equipo posibles aplicaciones del circuito

18. Verificó en manuales de fabricante el funcionamiento del sistema

19. Discutió con sus compañeros de equipo sus anotaciones

20. Anotó las conclusiones más relevantes

21. Discutió sus conclusiones en grupo

22. Desarmó el circuito tomando las medidas de seguridad necesarias

23. Guardó los dispositivos de control utilizados


25. Limpió su área de trabajo

26. Realizó un reporte individual con las conclusiones y el

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procedimiento empleado.

Observaciones:


Hora de término:

Evaluación:

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1



Operación de multiplexores y demultiplexores como circuitos de control.


Al finalizar la práctica el alumno manejará circuitos de lógica digital tales como multiplexores y demultiplexores como circuitos de control para varias señales en un sistema a través de sus tablas de verdad.

Escenario Taller

Duración 4 hrs.


• CI 74LS151

• 1 CI 74LS08

• 1 CI 74LS04

• 4 led

• 4 resistor de 1K Ω


• 1m de cable 24 AWG


• Protoboard

• Pinzas de corte

• Pinzas de punta


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Procedimiento




• Reciclar los materiales utilizados en la práctica cuando esto sea posible












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Desarrollo

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Multiplexor.

1. Para el circuito de la figura 1 determina la tabla de verdad que describe su funcionamiento, tomando en cuenta que es un circuito MUX 3X8

2. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante.



5. Alimenta la entrada del reloj donde corresponde. Nota: el reloj deberá tener una frecuencia de 60 pulsos por minuto.

6. manda un cero lógico a todas y cada una de las entradas de selección (S1, S2 y S3)



9. Ingresa las combinaciones de manera secuencial en las entradas de selección (000, 001, 010, etc)

10. Observa la salida con el LED conectado a ella


12. Obtén una tabla de verdad del comportamiento del circuito y compárala con la obtenida en el punto 1.

13. Si hay diferencias explícalas con tus compañeros de equipo

14. Consulta los manuales del fabricante y verifica los parámetros de funcionamiento del 74LS151


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Operación de multiplexores y demultiplexores como circuitos de control

Nombre del alumno:





+ Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Identificó los dispositivos TTL y herramientas a utilizar 2. Tuvo listos los manuales de dispositivos TTL 3. Determinó la tabla de verdad para el circuito de la figura 1 que

describe su funcionamiento, tomando en cuenta que es un circuito MUX 3X8

4. Armó, en protoboard, el circuito de la Figura 1, utilizando los manuales del fabricante.

5. Verificó cada una de las conexiones del circuito antes de energizar 6. Energizó el circuito con al fuente de 5V con la debida precaución 7. Alimentó la entrada del reloj (con una frecuencia de 60 pulsos por

minuto) donde correspondiente

8. Mandó un cero lógico a cada una de las entradas de selección (S1, S2 y S3)

9. Observó la salida con el LED conectado a ella 10. Anotó tus observaciones 11. Ingresó las combinaciones de manera secuencial en las entradas de

selección (000, 001, 010, etc)

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12. Observó la salida con el LED conectado 13. Anotó tus observaciones 14. Obtuvo una tabla de verdad del comportamiento del circuito y la

comparó con la obtenida en el punto 1.

15. Explicó a sus compañeros las diferencias si se presentaron 16. Consultó los manuales del fabricante y verifica los parámetros de funcionamiento del 74LS151

17. Discutió con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular.

18. Elaboró conclusiones del funcionamiento del circuito

19. Diseñó e implementó en protoboard un circuito demultiplexor de 2 a 4.

20. Elaboró la tabla de verdad de un Demux 2 a 4 donde la entrada se presenta como E.


21. Verificó cada una de las conexiones del circuito antes de energizar 22. Energizó el circuito con al fuente de 5V con la debida precaución 23. Alimentó la entrada del reloj (frecuencia de 60 pulsos por minuto)

donde corresponde.

24. Mandó un cero lógico a cada una de las entradas de selección (S1, S2)

25. Observó la salida con el LED conectado a ella. 26. Anotó las observaciones 27. Ingresó las combinaciones de manera secuencial en las entradas

de selección (00, 01, etc.)

28. Observó la salida con el LED conectado a ella 29. Anotó tus observaciones 30. Obtuvo una tabla de verdad del comportamiento del circuito y

compárala con la obtenida en el punto 1

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31. Explicó las diferencias si existieron a con tus compañeros de equipo

32. Describió el funcionamiento de un DEMUX, de acuerdo a la tabla de verdad

33. Consultó los manuales del fabricante y verificó los parámetros de funcionamiento de un DEMUX 2 a

34. Discutió con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular

35. Elaboró conclusiones del funcionamiento del circuito 36. Presentó las conclusiones y las discutió en grupo. 37. Desarmó los circuitos, según las normas de seguridad aplicables 38. Guardó los dispositivos, los materiales y los equipos utilizados 39. Guardó los manuales de fabricante utilizados 40. Limpió su área de trabajo 41. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de

control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones.

Observaciones:


Hora de término:

Evaluación:

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RESUMEN

En este capítulo hemos estudiados las bases teóricas y fundamentos de la teoría de control sobre las que se sustentan todos los sistemas de Control ya sean Automáticos o no Automáticos y según sean del tipo analógico o digital. Se ha hecho hincapié en las características del control analógico y digital para establecer así mismo las diferencias cruciales entre uno y otro. Como parte introductoria hemos mencionado algunos dispositivos básicos y que conforman los sistemas de control así como, cada una de las funciones que realizan y abreviaturas más comúnmente utilizadas. A partir del tema 1.1.2, empezamos a estudiar elementos de control electrónico biestables tales como lo flip-flop´s y que son parte fundamental en todo sistema electrónico con necesidad de memoria ya que como hemos visto, el F-F es el elemento básico de memoria. En el tema 1.1.3 se han visto las características de operación de los elementos temporizadores ya que son

parte fundamental en un sistema electrónico que requiera de control de tiempos en procesos aunque los circuitos temporizadores se han estudiado en dos modalidades: como controladores de disparo o bien como osciladores. Se han incluido algunos ejemplos de diseño para familiarizar al alumno con el cálculo de parámetros en este tipo de circuitos. En los temas 1.1.4 y 1.1.5 hemos estudiado las características de los elementos conocidos como codificadores y decodificadores como elementos de un sistema de control electrónico capaces de transformar información binaria codificada en otro código de nuestro interés y según la necesidad de cada problema real, siendo las funciones de cada elemento complementarias entre sí. Así mismo lo Multiplexores y Demultiplexores son elementos que realizan funciones complementarias entre sí, aunque tienen semejanza: ambos son elementos capaces de direccionar diferente información

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Los elementos contadores se han estudiado por su capacidad de controlar eventos en diferentes procesos de control electrónico, se destacaron las características entre contadores del tipo síncrono y asíncrono así como, algunos ejemplos de aplicación. Por último, se han estudiado las características de los registros de corrimiento y su importancia como elementos transmisores de datos en diferentes modos ya sea transmisión paralela o bien serie. Para todos y cada uno de los elementos tratados se han incluido ejemplos de diseño, simbología ANSI/IEEE, y métodos de detección de fallas con la intención de complementar el aprendizaje y fomentar en el alumno el análisis de circuitos para el posible

diagnóstico de fallas en cursos posteriores. de los elementos de controle identificaron los dispositivos electrónicos de control digital así como sus parámetros, valores nominales y se analizaron además fallas comunes de funcionamiento como: temporización, respuestas erróneas, etc. para determinar su funcionamiento en sistemas de control. En el siguiente apartado se analizaran los principios y aplicaciones de los controladores electrónicos analógicos de equipos industriales tales como sensores, transductores y servomecanismos para posteriormente ser operados.

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AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 1

1. ¿Cuáles son los requerimientos de un componente electrónico de un dispositivo de control?

2. ¿Cómo identificaría los requerimientos de un componente electrónico de un dispositivo de control?

3. Explique que es un sistema de control

4. ¿Qué significado tienen las siglas BCD/DEC?

5. ¿Qué significado tienen las siglas HPRI?

6. Realice un esquema de los componentes básicos de un sistema de control.

7. ¿Cuáles son los pasos que se siguen en procedimiento de diseño de un controlador electrónico implementado con circuitos lógicos digitales?

8. Explique cuales son los pasos que se siguen para la detección de fallas en sistemas controlados mediante electrónica digital.

9. Explique como opera un flip – flop.

10. ¿Como se detectaría la falla en un circuito con flip – flop’s en el que la condición es que Q permanece en BAJO?

11. Mencione los dos tipos de multivibradores monoestables y su característica principal.

12. ¿Puede activarse al mismo tiempo más de una salida de un decodificador?

13. ¿Cuál es la diferencia entre un 7445 y un 7442?

14. ¿En que difiere un codificador de un decodificador?

15. Explique el funcionamiento de un ADC.

16. Explique el funcionamiento de un DAC

17. ¿Cuál es la función de las entradas de selección de un multiplexor?

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18. ¿Cuáles son las aplicaciones más importantes de los multiplexores?

19. Explique la diferencia entre un MUX y un DEMUX.

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RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS

Capítulo 1

1. Son referidos a sus valores nominales de voltaje corriente y potencia, tamaño, precio, tolerancia, confiabilidad etc.

2. Por su nomenclatura, estructura y medición

3. Un sistema de control es un conjunto de elementos sistematizados que permiten regular el funcionamiento y operación de un sistema.

4. Decodificador de BCD a decimal.

5. Alta prioridad.

6. Diagrama de un sistema de control.

7. El procedimiento a seguir es el siguiente:

a. a). Establecer la tabla de verdad.

b. b). Escribir el término lógico deseado para cada caso en el que sea valido.

c. c). Escribir la expresión matemática ha obtener en la salida.

d. d). Simplificar la expresión de salida.

e. Implementar el circuito obtenido y verificar su funcionamiento.

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8. Detección de la falla: Se observa la operación del sistema o circuito que presenta la falla. Aislamiento de la falla: Se realizan pruebas y se llevan a cabo mediciones para aislar la falla. Corrección de la falla: Se reemplaza el componente defectuoso, se repara la conexión, se remueve el corto, etc.

9. Un flip – flop está formado por un ensamble de compuertas lógicas que puede tener una o más entradas y dos salidas: una salida normal con un estado alto o de establecer y una salida invertida o de estado bajo o de borrado.

10. Cuando la salida permanece en Bajo , esto podría ser a causa de:

a. a): Z1-3 está en corto circuito interno con tierra.

b. b): Z1-4 está en corto circuito interno con tierra.

c. c): Z2-2 está en corto circuito interno con tierra.

d. d): El nodo Q esta en corto circuito externo con tierra.

11. No reactivable: La duración del pulso de salida siempre es la misma, independientemente de la duración de los pulsos de entrada. Reactivable: Opera de manera muy similar al no reactivable, su principal diferencia es que puede volver a dispararse mientras se encuentra en su estado casi estable dando origen a un nuevo intervalo tp.

12. No

13. El 7445 tiene salidas de colector abierto capaces de manejar hasta 30V y 80 mA.

14. Un codificador produce como salida el código correspondiente a la entrada que fue activada. Un decodificador activa una salida.

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15. Un ADC o convertidor analógico Digital es un sistema electrónico que se encarga de cuantificar y cualificar una señal analógica representándola en forma de pulsos digitales o palabras binaria octales o hexadecimales.

16. Un DAC (convertidor Digital/analógico) es un arreglo de componentes eléctricos y electrónicos que convierten un conjunto de pulsos o valores binarios en una señal analógica continua.

17. El número binario que se aplica en las entradas de selección determina que datos de entrada serán trasladados hacia la salida.

18. Conversión de paralelo a serial, enrutado de datos, generación de funciones lógicas, secuenciación de operaciones.

19. Un MUX selecciona una de entre varias señales de entrada para trasladarla a la salida; un DEMUX selecciona una de varias señales de salida para recibir la señal de entrada.

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2OPERACIÓN DE CONTROLADORES ELECTRÓNICOS

DE EQUIPOS INDUSTRIALES

Al finalizar la unidad, el alumno operará controladores electrónicos de equipos industriales empleando transistores de propósito general, para amplificar o conmutar señales eléctricas.

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MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Módulo






20 hrs.


20 hrs.

2.1. Operar controladores electrónicos de equipos industriales, considerando las especificaciones técnicas

20 hrs.


44 hrs.


108 hrs.


64 hrs.

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del fabricante. 2.2. Operar controladores electrónicos acoplados a elementos

actuadores en sistemas industriales. 24 hrs.

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SUMARIO OPERACIÓN DE

AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

OPERACIÓN DE CONVERTIDORES A/D Y D/A.

OPERACIÓN DE TRANSDUCTORES Y SENSORES DE ENTRADA Y SALIDA MÁS COMUNES.

OPERACIÓN DE SERVOMECANISMOS.

OPERACIÓN DE VÁLVULAS. OPERACIÓN DE RELEVADORES Y

CONTACTORES. IDENTIFICACIÓN DE

CONTROLADORES ELECTRÓNICOS ACOPLADOS A SISTEMAS INDUSTRIALES.


2.1. Operar controladores electrónicos de equipo industriales, considerando las especificaciones técnicas del fabricante.

2.1.1. OPERACIÓN DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

• Principios de operación.

El término amplificador operacional (A. O.) se refiere a un amplificador que realiza operaciones matemáticas. Los primeros amplificadores operacionales se utilizaron en computadores analógicos en las que se realizaban operaciones de suma, resta, multiplicación, etc.

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además límites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB. Un A. O. es un bloque funcional con terminales externos (pines). Conectando estos terminales a fuentes de tensión y a unos cuantos componentes se pueden construir rápidamente todo tipo de circuitos útiles.

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La figura 2.1 presenta el diagrama de bloques de un A. O.

Figura 2.1 Diagrama de bloques de un A. O.

La etapa de entrada es un Amplificador diferencial seguido de más etapas de ganancia y un seguidor de emisor en contratase. El amplificador diferencial determina las características de entrada del A. O.

Los A. O. tampoco son tan simples como sugiere dicha figura. El diseño interno de un A. O. utiliza docenas de transistores como espejos de corriente, cargas activas, etc. Pero en general contiene dos características importantes:

1. Entrada diferencial

2. Salida de un terminal


- Circuito comparador.

Un comparador analiza una señal de voltaje en una entrada, con el voltaje

de referencia presente en la otra entrada. El amplificador operacional de propósito general se ha utilizado como sustituto de los CI diseñados específicamente para aplicaciones de comparación.

Por desgracia, el voltaje de salida del amplificador operacional no cambia con mucha velocidad. Además, su salida se modifica dentro de los límites fijados por los voltajes de saturación, + Vsat y -Vsatt los cuales están comprendidos entre ±13 V. Por lo tanto, su salida no puede servir para alimentar dispositivos (como es el caso de los CI de lógica digital TTL) que requieren niveles de voltaje comprendidos entre O y +5 V.

Se han eliminado estas desventajas, utilizando un circuito integrado diseñado específicamente para funcionar como comparador. Un dispositivo de este tipo es el comparador 311.

Tanto el amplificador operacional de propósito general, como el comparador, no funcionan adecuadamente si hay ruido en cualquier entrada. Para resolver este

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problema se mostrará que, agregando una retroalimentadón positiva, se resuelve el problema del ruido.

Hay que tomar en cuenta que la retroalimentación positiva no elimina el ruido, sino que logra que el amplificador operacional responda menos a él. Estos circuitos mostrarán cómo obtener mejores detectores de nivel de voltaje y también nos permitirán comprender cómo funcionan los generadores de onda cuadrada (multivibradores), así como los generadores de pulso único (multivibradores monoestables).

A continuación te presentamos un ejemplo que ilustra un comparador con A.O. Figura 2.2. Detector de cruce por cero.

Ejemplo: El amplificador operacional de la figura 2.2 funciona como comparador. Su entrada (+) contrasta el voltaje E¡ con un voltaje de referencia de O V (Vref = O V). Cuando E¡ es mayor que Vref, V0 es igual a + Vsat. Esto se debe a que el voltaje en la entrada (+) es más positivo que el voltaje en la entrada (—). Por lo tanto,

el signo de Ed es positivo. En consecuencia, V0 es positivo.

La polaridad de V0 indica si E, está arriba o abajo de Vref. La transición de V0 señala cuándo Ei cruza la referencia y en qué dirección lo hace. Por ejemplo, cuando V0 cambia de — Vsat a +Vsat, indica que E¡ acaba de cruzar por O en la dirección positiva. El circuito de la figura es, pues, un detector no inversor por cruce de cero.

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Figura 2.2 Amplificador Operacional configurado como detector de Cruce por Cero. (a) Inversor;

(b) No-inversor

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- Circuito amplificador

Esta configuración es una de las más empleadas para A.O. y existen diversas variantes como veremos a continuación.

1. Amplificador Inversor.

La figura 2.3, muestra un A. O. configurado como Amplificador Inversor de señales.

El factor de amplificación o ganancia en lazo cerrado para el circuito anterior está determinado por la ecuación siguiente: ACL = Vo/ Ei = -Rf/Ri; el signo menos en la ecuación muestra que la polaridad de la salida Vo está invertida con respecto a Ei.

2. Amplificador no inversor.

Este amplificador no invierte la señal de entrada es decir, el voltaje de salida es igual en fase al voltaje de entrada sin embargo aparece con magnitud diferente debido al factor de amplificación que está determinado por la ecuación de lazo cerrado siguiente: ACL= (1+ (Rf/R1)). El circuito se muestra en la figura 2.4.

Figura 2.3 Amplificador Operacional configurado como Amplificador Inversor

de señales

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3. Amplificador sumador

Es probable que el más utilizado de los circuitos sea el amplificador sumador; en éste, la salida está dada por una combinación lineal de cada una de las entradas. Mediante este circuito es posible sumar algebraicamente los voltajes de cada una de las entradas, multiplicado por un factor de ganancia constante dado por Rf/RK. En la figura 2.5 se muestra la ecuación generalizada para el caso de K-entradas.

La red generalizada del circuito sumador se muestra en la figura 2.6. Note que el número de entradas es desde V1 hasta VK.

- El A.O. como Convertidor

1. Voltaje a Corriente.

A veces es necesario, en circuitos de control, entregar una corriente que es proporcional a un voltaje aún cuando la resistencia de carga puede variar. En la figura 2.7 se muestra el circuito que puede realizar esta tarea.

Figura 2.5. Ecuación que describe la salida de un A. O. como sumador

Figura 2.4 Circuito amplificador no inversor.

Figura 2.6. Red generalizada de un A. O. como sumador

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Este circuito es capaz de convertir el voltaje en corriente debido al cero virtual de las entradas diferenciales. Esto es, si Vent. Aparece en la entrada + , entonces un voltaje virtualmente igual a Vent. Debe aparecer en la entrada - . la corriente a través de R1 está determinada por la Ley de Ohm:

I = (Vent. )/ R1; por lo que IR1 nunca cambiará mientras R1 no cambie. Debido a que en apariencia no hay flujo de corriente entre la entrada inversora y la entrada no inversora, podemos decir que:

IR1 = Icarga; por lo tanto: Icarga = Vent./ R1.

La ecuación anterior se mantiene verdadera sin considerar la resistencia de carga. Esta garantizado que la corriente de carga es proporcional al voltaje de entrada bajo cualquier

condición de resistencia de carga (dentro de límites).

Otra ventaja es que el circuito puede manejar una fuente de voltaje que en sí misma no proporciona la corriente que circula por la carga ya que, la corriente de la carga la proporciona el mismo amplificador operacional.



Competencia de información

Manejar manuales técnicos para selección de amplificadores operacionales.

a) En equipo, acudan con diversos fabricantes de amplificadores operacionales, soliciten revisar sus distintos manuales técnicos. Consulta al PSP para que te guíe en tu búsqueda.

b) Revisen los manuales y elaboren un cuadro donde escribirán el

Figura 2.7 Convertidor de voltaje corriente.

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nombre del amplificador operacional y la aplicación que este tiene, recuerda que toda la información debe ir de acuerdo a los manuales técnicos del fabricante, pregunten a los fabricantes sus dudas.

Redacción de trabajo

Competencia lógica

Realizar la toma de decisiones de acuerdo al funcionamiento, para el uso de amplificadores operacionales.

Elabora un resumen con una extensión máxima de 3 cuartillas, en el que especifiques las características que debe reunir un amplificador operacional para su selección, de acuerdo a la aplicación que se le pretende dar. Entrega al PSP tu trabajo para su retroalimentación.


La necesidad de utilizar la misma notación y simbología para A.O´s. ha llevado al siguiente estándar que establece IEEE/ANSI para este tipo de dispositivos. El amplificador Operacional como regla debe contar con al menos cinco terminales que correspondan a: polarización (2), entradas (2) y una salida; como se ve en la figura 2.8.


Figura 2.7 Símbolo estandarizado para un A. O.

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Consulta con el PSP

Competencia tecnológica.

Describir la simbología estandarizada de los amplificadores operacionales.

Escucha y observa con atención la información que el PSP explicará acerca de la simbología del amplificador operacional según la norma IEEE/ANSI. Realiza en tu cuaderno de apuntes algunas anotaciones que consideres importantes y consulta con el PSP las dudas que tengas al respecto.


Los circuitos de control implementados con A. O. pueden presentar las siguientes fallas:

1. Voltajes a la entrada nulos (Ei)

2. Resistencias de entrada en corto

3. Resistencias a la entrada abiertas

4. Resistencia de realimentación en corto

5. Resistencia de realimentación abierta

6. Salida Del A. O. en corto circuito

Por ejemplo, si un A. O. presenta resistencia de realimentación en corto su salida será de nivel cero puesto que la ecuación de ganancia vista anteriormente será: ACL = 0/R1 = 0, por tanto no importa que nivel o tipo de señal se tenga presente en la entrada del A. O., su salida será siempre cero si, por el contrario, el resistor Rf se encuentra abierto, la salida del circuito aparecerá saturada debido a que la resistencia que representa es infinita por lo tanto la ganancia del A. O. tenderá a infinito.

Para algún otro caso el análisis de un A. O. es muy simple ya que puede utilizarse un multímetro para verificar voltajes de entrada y salida o bien un osciloscopio para verificar las formas de onda tanto a las entradas como a las salidas y cotejar estas con las formas de onda esperadas para el circuito.


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Realiza la práctica No.5 :O Operación de registros de corrimiento como retardador de datos.


Entrega al PSP las evidencias generadas en la práctica No. 5.


Realiza la práctica No.6: Simulación y detección de fallas en un circuito de control de ganancia.



2.1.2 OPERACIÓN DE CONVERTIDORES AD Y DA.


DAC (Digital Analog Converter)

En el mundo real las señales analógicas varían constantemente, pueden variar lentamente como la temperatura o muy rápidamente como una señal de audio. Lo que sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y después recuperar con exactitud.

Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin problema. La información manipulada puede volver a tomar su valor analógico si se desea con un DAC (Convertidor Digital a Analógico)

Hay que definir que tan exacta será la conversión entre la señal analógica y la

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digital, para lo cual se define la resolución que tendrá.

Plantearemos tres preguntas cuya respuesta permita saber cuáles son las características más importantes de un DAC. Primera: ¿cuántos valores de salida es posible obtener con un DAC? Segunda: ¿en qué magnitud cambia el voltaje de salida en respuesta al cambio en la palabra de entrada digital, al cambiar ésta en un bit menos significativo (least significant bit, LSB)? (En la siguiente sección se da respuesta a estas preguntas, dentro del tema "Resolución".) Tercera: ¿cuál es la ecuación de entrada-salida del DAC mediante la cual se calcula el voltaje de salida cuando se conoce la palabra de entrada digital?

Resolución

La resolución se define de dos maneras:

1. La resolución es la cantidad de valores de salida analógicos que se puede obtener un DAC. En el caso de un DAC de n bits:

resolución = 2"

2. También se define la resolución como la relación del cambio de voltaje en la sálica se produce como consecuencia de un cambio de 1 LSB en las entradas digitales.

Para calcular la resolución de acuerdo con esta última definición, se necesita contar con dos tipos de información que pueden obtenerse en hojas de información: el voltaje de salida a escala total, VOFs, y la cantidad de entradas digitales, n. Se define a V0fs como el voltaje que obtiene cuando todas las entradas digitales son 1. Por lo tanto, la resolución es:

Si hay n = 4 entradas digitales, por lo tanto, Vo tendrá 24 = 16 valores de salida, del O al 15. Observe que V0rx = 15 V cuando la palabra de entrada digital es 1111. El valor decimal del número binario 1111 es (24 - 1) = 16 — 1 = 15. Por lo tanto, la resolución es igual a 15 V/15 = 1 V/LSB.

EJEMPLO.

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Un DAC de 8 bits tiene un rango de voltaje de salida de 0-2.55V. Defina de dos maneras su resolución.

Solución.

Se puede determinar de la siguiente forma:

Por lo tanto el voltaje puede tomar 256 valores distintos incluido el cero.

Otra forma sería:

Es decir, un cambio en la entrada de 1 LSB provoca un cambio en la salida de 10mV.

En el caso de un DAC, mediante una función de transferencia o ecuación de entrada-salida se da respuesta a la pregunta: ¿en qué medida se modifica el voltaje de salida analógico como respuesta a un cambio en una palabra digital de entrada? Para obtener esta ecuación se multiplica la resolución por el cambio que se produce en los LSB.

Expresado lo anterior en forma de ecuación:

V0 = resolución X D

en la que V0 es el voltaje de salida analógico, la resolución está expresada en la ecuación vista anteriormente y D es el valor decimal de la entrada digital.

EJEMPLO.

Un DAC de 8 bits tiene una resolución de 10mV/LSB. Determina:

a) VOFS

b) Vo

Considerando que en ambos casos el código de entrada es 10000000.

Solución.

a) El VOFS (voltaje de over-flow) se presenta en el DAC cuando la palabra digital tiene el valor: 11111111; transformando este valor a su correspondiente valor decimal tenemos que: 11111111 = 255; por lo tanto: D = 255.

Entonces:

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b) El valor decimal equivalente para 10000000 es 128, pro lo tanto D = 128, así:

ADC (Analog Digital Converter)

En la figura 56 se grafica la salida digital de un ADC ideal de 4 bits en función de un voltaje de entrada analógico. Al igual que en el caso de los DAC, la resolución de un ADC define de dos maneras. Primera: la resolución es la cantidad máxima de códigos digitales de salida. Esta manera de definir la resolución del ADC es similar a la del DAC y a continuación se repite: resolución = 2"

La resolución también se define como la relación del cambio necesario en el valor del voltaje de entrada, Vi, para producir un cambio en la salida digital de 1 LSB. Si se conoce como el valor del voltaje de entrada a escala total, Vifs , necesario para producir una salida digital que todas los dígitos sean 1, la resolución se calcula de la siguiente manera:

resolución = Vifs/ ((2^n)-1)

La expresión más sencilla de la ecuación de entrada-salida de un ADC es la siguiente: código de salida digital = equivalente binario de D en la cual D es el valor decimal de la salida digital; o bien, D es igual a la cantidad de bits presentes en la salida digital; D se calcula mediante la expresión:

D = Vi/resolución

Por ejemplo, observe la figura 2.8 siguiente en la cual n = 4 y Vin = 15 V.

La resolución =15 V/(24 - 1)= 1 V/LSB.

Si V¡ = 5 V, entonces D=5 V/(l V/LSB) = 5 LSB.

El código digital de D = 5 es 0101.

Figura 2.8 características de entrada-salida

de un DAC de 4 Bits.

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En la figura 2.8 se puede observar que la salida binaria es 0101 para todos aquellos valores de Vi que estén entre 4.5 y 5.5 V. Es inevitable que haya incertidumbre sobre el valor exacto de V¡ cuando la salida es de 0101. A esta incertidumbre se la conoce como error de cuantización. Tiene un valor de ±1/2 LSB. Se logra una mejor resolución aumentando la cantidad de bits, con lo que el error de cuantización disminuye.

• Aplicaciones de los DAC y ADC

Para que la electrónica digital pueda interactuar con el mundo real exterior, es necesario disponer de circuitos de interface adecuados. Estos se construyen a partir de los denominados convertidores de análogo a digital y de digital a análogo.

En el mundo real, los fenómenos se suceden de manera analógica.

Es decir, los valores asociados con estos fenómenos, por ejemplo la temperatura, o la distancia, o la velocidad, varían de manera continua y gradual, pudiendo asumir uno cualquiera de un número infinito de valores. Las variables análogas,

asociadas a tales fenómenos, se obtienen por lo general mediante el uso de transductores, los cuales se encargan de sensar al fenómeno o va-riable de interés, para entregar a su salida un voltaje o una corriente cuya variación sea análoga a la del fenómeno sensado. La figura 2.9 muestra una de las aplicaciones más importantes de los ADC y DAC en sistemas computarizados.

Figura 2.9 Aplicaciones de los ADC y DAC en sistemas computarizados.

Para su procesamiento digital, tales voltajes, o corrientes, análogos, deben ser convertidos a cantidades numéricas binarias que puedan ser asimiladas por los dispositivos digitales a los cuales se dirigen.

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El proceso de conversión requiere de dos pasos a saber: primero, es necesario obtener muestras de los valores de la variable a ser convertida y, posteriormente, llevar estas muestras, de corriente o de voltaje, a la entrada del dispositivo que se encargará de convertir el dato analógico a un dato binario.

No obstante, puesto que es necesario sostener constante el valor de la muestra mientras el convertidor de análogo a digital desarrolla su labor de conversión, se requiere de un elemento adicional conocido como un retenedor, el cual se coloca entre el circuito de muestreo y el convertidor. En ocasiones, cuando la señal que se desea convertir varía lentamente, es posible prescindir del elemento de retención.

En sistemas controlados por computadora, una vez que la información de los sensores, o de los transductores, ha ingresado a la máquina, ésta opera sobre los datos recibidos emitiendo los comandos necesarios para que el sistema se comporte de acuerdo a lo deseado.

En un automóvil, por ejemplo, tales comandos podrían controlar el momento de disparo de la chispa o el flujo de gasolina a los inyectores.

Los comandos emitidos por la computadora son igualmente digitales; en ocasiones pueden ser muy sencillos, ordenando simplemente el cierre o apertura de un interruptor.

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Figura 2.10 El convertidor AD7705 utilizado como medidor de presión

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No obstante, algunos de los comandos deberán, por ejemplo,

regular el flujo de gasolina, lo que requiere de un voltaje análogo que controle qué tanto debe abrir o cerrar una válvula particular.

En la figura 2.10 se muestra una aplicación en la cual un convertidor AD es utilizado para implementar un medidor de presión, en donde el sensor se coloca en configuración de puente de Wheatstone.

El segundo canal del convertidor puede utilizarse, como lo sugiere el esquema, para adquirir la temperatura del ambiente y llevar a cabo las correcciones necesarias, si es el caso.


Consulta con el PSP

Competencia científico- teórica

Identificar la tecnología de materiales utilizados en la

generación de dispositivos convertidores.

a) Después de la explicación del PSP acerca de las características eléctricas de los materiales semiconductores con los cuales se generan los convertidores, describe en tu cuaderno de apuntes esos materiales y elabora sus dibujos para complementar la información.


Competencia para la vida.

Desarrollar la habilidad de redacción de informes técnicos relativos a las condiciones y parámetros de operación de un circuito convertidor de señal.

a) Realiza un análisis de las condiciones y parámetros de operación en las que se

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encuentra el circuito convertidor de señal que te indique el PSP.

b) Redacta un informe técnico de su estado, utilizando la terminología y redacción adecuadas.

c) Entrega el informe al PSP para que lo retroalimente.

Consulta con el PSP


Manejar manuales técnicos de operación de convertidores AD y DA de diversas matrículas.

a) Escucha y observa con atención la explicación del PSP acerca de la operación de los convertidores AD y DA, indicados en diferentes manuales técnicos.

b) Con la información que el PSP te presentó y de acuerdo a los manuales técnicos, elabora un

cuadro comparativo de las características de operación de convertidores de diversas matrículas.


Los símbolos empleados para representar tanto un ADC como un DAC se muestra en las figuras 2.11 y 2.12.

Figura 2.11 Simbología estandarizada para un convertidor Analógico-Digital

Figura 2.12 Simbología estandarizada para un convertidor lógico


Los DACs son tanto digitales como analógicos. Los probadores lógicos y los pulsadores se pueden usar en las

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entradas digitales, pero en la salida analógica se debe usar un medidor o un osciloscopio. Básicamente existen dos formas r. operación de un DAC: la prueba de exactitud estática y la prueba de escalera. La prueba estática implica configurar la entrada binaria a un valor y medir la salida analógica con un medidor de alta precisión. Esta prueba se usa para verificar que el valor de salida se encuentre en el rango esperado de acuerdo con la precisión especificada del DAC. Si no es así, pueden existir varias causas posibles, algunas de las cuales son:

Desviaciones en los valores de los componentes internos del DAC (por ejemplo valores de las resistencias) causadas por temperatura, envejecimiento o algunos otros factores. Esto fácilmente puede producir valores de salida fuera del rango de exactitud esperado.

Circuitos abiertos o cortocircuitos de cualquiera de las entrada-podría impedir que una entrada agregara su factor de ponderación a la salida analógica, o podría causar que dicho factor estuviera siempre presente en la salida. Esta situación es especialmente

difícil de detectar cuando la falla se presenta en las entradas menos significativas.

Un voltaje de referencia defectuoso. Como la salida analógica depende de manera directa de VREF, esto podría producir resultados muy exagerados. Para los DAC’s en los que se usan fuentes externas de referencia, el voltaje de referencia se puede verificar fácilmente con un voltímetro digital. Muchos DACs tienen voltajes internos de referencia que no se pueden verificar, excepto en algunos DACs que lo llevan hacia afuera a un pin del CI.

Error de desplazamiento excesivo provocado por envejecimiento o temperatura del componente. Esto produciría salidas que estarían desviadas de su valor esperado en una cantidad fija. Si el DAC tiene capacidad externa de ajuste del desplazamiento, este tipo de error, inicialrnente, se podría eliminar, pero cambios en la temperatura de operación pueden causar que el error de desplazamiento aparezca nuevamente.

La prueba de escalera se usa para verificar la monotonicidad del DAC; es

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decir, verifica que la salida se incremente escalón por escalón a medida que aumente la entrada binaria, como se ilustra en la figura 61 los escalones en la escalera deben ser del mismo tamaño y no se debe omitir ninguno, ni debe haber escalones hacia abajo hasta que se alcance el límite de escala. Esta prueba puede ayudar a detectar fallas internas o externas que causan que una entrada no tenga contribución, o tenga una contribución permanente a la salida analógica.

Figura 2.13. Formas de onda de salida de un DAC cuando las entradas se proporcionan

mediante un contador

En el siguiente EJEMPLO se ilustra lo anterior:

¿Cómo aparecería la forma de onda de escalera si la entrada C hacia el DAC de la figura 2.13 estuviera en circuito abierto? Suponga que las entradas DAC son compatibles con TTL.

Solución:

El DAC interpretará un circuito abierto en C como un 1 lógico por el DAC. Esto proporcionará un voltaje constante de 4 V a la salida del DAC, de modo que la forma de onda del DAC aparecerá como se muestra en la figura 2.14. Las líneas punteadas son la forma de la escalera como aparecería si el DAC estuviera funcionando de manera adecuada. Note que la forma de onda de la salida defectuosa es igual a la correcta durante los tiempos cuando la entrada C del bit normalmente es ALTA.

Figura 2.14 Prueba de escalera

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Competencia lógica

Desarrollar la capacidad de deducción en la identificación de las fallas más comunes que presentan los circuitos convertidores.

a) En equipo trabajarán con el ejemplo del convertidor de señal eléctrica que les proporcione el PSP.

b) Realizarán un reporte en el que determinen cuáles son las fallas que muestra el convertidor, explicando la sintomatología que presentó.

c) Entreguen el reporte al PSP para su retroalimentación.


Realiza la práctica No.7: Operación de un convertidor D/A en circuitos de control.



2.1.3 OPERACIÓN DE TRANSDUCTORES Y SENSORES DE ENTRADA Y SALIDA MÁS COMUNES.

Todo el control industrial depende de la capacidad de medir con rapidez y exactitud el valor de la variable controlada. De modo general, se ha encontrado que la mejor manera de medir el valor de una variable controlada es convertirla en una señal eléctrica de algún tipo y detectar la

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señal eléctrica con algún dispositivo eléctrico de medición

Los dispositivos que convierten el valor de una variable controlada en una señal eléctrica son llamados Transductores eléctricos. El número de transductores es muy grande, se han inventado transductores casi para cualquier variable física.

Industrialmente, las variables físicas más importantes son: posición, velocidad, aceleración, fuerza, presión, razón de flujo, temperatura, intensidad de luz y humedad.

• Características de los Sistemas de Transducción

Los términos «sensor» y «transductor» se suelen aceptar como sinónimos, aunque, si hubiera que hacer alguna distinción, el término transductor es quizás más amplio, incluyendo una parte sensible o «captador» propiamente dicho y algún tipo de circuito de acondicionamiento de la señal detectada. Si nos centramos en el estudio de los transductores cuya salida es una señal eléctrica, podemos dar la siguiente definición: «Un transductor es un dispositivo capaz de

convertir el valor de una magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital».

No todos los transductores tienen por qué dar una salida en forma de señal eléctrica. Como ejemplo puede valer el caso de un termómetro basado en la diferencia de dilatación de una lámina bimetálica, donde la temperatura se convierte directamente en un desplazamiento de una aguja indicadora.

Sin embargo, el término transductor suele asociarse bastante a dispositivos cuya salida es alguna magnitud eléctrica o magnética y, por otro lado, nos interesan aquí sólo este tipo de transductores, en la medida que son elementos conectables a autómatas programables a través de las interfaces adecuadas.

Limitándonos, pues, a los transductores basados fenómenos eléctricos o magnéticos, éstos suelen tener una estructura general, en la cual podemos distinguir las siguientes partes:

Elemento sensor o captador. Con-vierte las variaciones de una magnitud

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física en variaciones de una magnitud eléctrica o magnética, que denominaremos habitualmente señal.

Bloque de tratamiento de señal. Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en general, modificar la señal obtenida en el captador, por regla general utilizando circuitos electrónicos.

Etapa de salida. Esta etapa comprende los amplificadores, interruptores, conversores de código, transmisores y, en general, todas aquellas partes que adaptan la señal a las necesidades de la carga exterior.

La figura 2.15 muestra la estructura genérica de un transductor y donde se distinguen cada una de las partes mencionadas anteriormente.

• Aplicaciones de los transductores

Para citar un ejemplo consideremos un manómetro de tubo de Bourdon como se muestra en la figura 2.16; éste medidor ofrece un ejemplo de un sistema generalizado de medición . En éste caso el tubo de Bourdon es la etapa detectora-transductora porque convierte la señal de presión en un desplazamiento mecánico del tubo.

La etapa intermedia consiste en un sistema de relojería el cual amplifica el desplazamiento de la parte final del tubo, que es un desplazamiento relativamente pequeño, de manera que se convierte en un movimiento de aproximadamente tres cuartos de revolución en el engrane central.

La etapa final indicadora consiste de una carátula y una aguja, las cuáles cuando se calibra el aparato con entradas de presión conocidas, dan una indicación de la señal de presión ejercida en el tubo de Bourdon.

Figura 2.15 Estructura genérica de un transductor

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Figura 2.16 Tubo de Bourdon

Cuando se utiliza un aparato de control en la etapa final de medición, es necesario aplicar alguna señal de retroalimentación a la señal de entrada para cumplir los objetivos del control. La etapa de control compara la señal que representa la variable medida con alguna otra señal de la misma forma que represente el valor asignado que debería tener la variable medida.

Si la señal medida concuerda con el valor predeterminado en el controlador, éste último no actúa; si por el contrario las señales no concuerdan, el controlador envía una señal a un aparato que actúa para alterar el valor de la variable medida. Este aparato depende de la variable que se vaya a controlar; es decir, si la variable medida es el gasto de un

fluido, el actuador debe ser una válvula localizada en el sistema de flujo. Si el gasto medido es alto, el controlador ocasionaría que la válvula se cerrara, reduciendo consecuentemente el gasto. Si el gasto fuese muy bajo, la válvula se abriría. Seguirá es que la operación cesaría cuando el gasto deseado se alcanzara.

Otro ejemplo de aplicación los podemos ver en el diagrama de la figura 2.17; que es un circuito de medición con un elemento transductor denominado: Galga Extensiométrica.

Figura 2.17 Puente de medición para galgas extensiométricas.

Las galgas extensiométricas son sensores de deformaciones basados en la variación de resistencia de un hilo conductor calibrado o, más

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recientemente, resistencias construidas a base de pistas de semiconductor.

Se utilizan generalmente combinadas con muelles o piezas deformables, para detectar de forma indirecta esfuerzos de tracción, compresión, torsión, etc. En definitiva, más que como sensores de desplazamiento se usan como transductores indirectos de fuerza o de par. También se aplican como transductores indirectos en otros tipos de sensores como acelerómetros, detectores de presión, células de pesaje, etc.

Se describen a continuación los dos tipos básicos de galgas extensiométricas: las de hilo y las de semiconductor.

• Selección de transductores.

Para la correcta selección de transductores es necesarios establecer distintos criterios de selección de los cuales podemos enlistar los siguientes:

1. Identificar el tipo de señal de salida.

2. Seleccionar según el tipo de señal o magnitud física a detectar.

3. Principios de medición.

4. Alcance.

5. Resolución.

A continuación describiremos a detalle los criterios 1 y 2 para la selección de dispositivos transductores.

1. Identificar el tipo de señal de salida

Atendiendo a la forma de codificar la magnitud medida podemos establecer una clasificación en:

- Analógicos. Aquellos que como salida un valor de ten: o corriente variable en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este de transductores que incluyan etapa de salida para suministrar señales normalizadas de 0-10 4-20 mA.

- Digitales. Son aquellos que como salida una señal codificada en forma de pulsos o en forma de una palabra digital codificada binario, BCD u otro sistema cualquiera.

- Todo-nada. Indican únicamente cuándo la variable detectada rebasa un cierto umbral o límite. Pueden considerarse como caso límite de los sensores digitales en el que se codifican sólo dos estados.

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2. Selección según el tipo de señal o magnitud física a detectar

En cuanto a la naturaleza de la magnitud física a detectar, existe una gran variedad de sensores en la industria. En la tabla 2.1 se da un resumen de los más frecuentes utilizados en los automatismos industriales. Obsérvese que en la columna encabezada como «TRANSDUCTOR» aparece a veces el nombre del elemento captador de dicho transductor, sobre todo en casos de medición indirecta. Así, por ejemplo, para fuerza y par se utilizan captadores de deformación unidos a piezas mecánicas elásticas.

En general, los principios físicos en los que suelen estar basados los elementos sensores son: cambios de resistividad, electromagnetismo, piezoelectricidad, efecto fotovoltaico y termo-electricidad.

Tabla 2.1 Diversos transductores según el tipo de magnitud física a detectar.

Podemos mencionar otros criterios de selección, exclusivamente para detectores de proximidad y que se muestran en la figura Tabla 2.2.

• Sensores de señales

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El estudio de los sensores no es más que el aprovechamiento de las señales ocasionadas por los fenómenos físicos y químicos mediante mecanismos o sistemas capaces de manifestarse ante cualquier alteración del sistema, es decir, si yo quiero sensar la temperatura sólo basta pensar en que materiales cambian sus características físicas, pude ser un gas o un alambre que se dilata ocasionando un desplazamiento proporcional al del efecto térmico. Para hablar de cómo sensar necesariamente se necesitan establecer grandes vínculos entre el factor variante y la composición mecánica y física del dispositivo que se utilizará para sensar, haciendo cuadros comparativos de acuerdo a cada una de sus propiedades extensivas e intensivas en respuesta a la lineabilidad por parámetros en común.

Un sensor a diferencia de un transductor es un dispositivo diseñado específicamente para las magnitudes de la variable a evaluar de acuerdo a las compatibilidades físicas de lo que se desea medir. En términos estrictos, un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura

sería un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sería un instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un termómetro de radiación infrarroja, p.e.), Mientras que el transductor es un dispositivo compuesto de un sensor del que se toma una señal generalmente dinámica que se aprovecha con los diferentes principios de transducción para determinar una salida por variación del medio físico.

Tabla 2.2. Criterios de selección de detectores de proximidad

Los sensores primarios o elementos primarios de medida más comunes son

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los fuelles, resortes, flotadores, bulbos, platinas dúctiles, membranas entre otros que generalmente trabajan bajo los siguientes principios que conllevan cambios indirectos aprovechados en los transductores:

- Características estáticas, que describen la actuación del sensor en régimen permanente o con cambios muy lentos de la variable a medir.

- Características dinámicas, que describen la actuación del sensor en régimen transitorio, a base de dar su respuesta temporal ante determinados estímulos estándar o a base de identificar el comportamiento del transductor con sistemas estándar.

A continuación describiremos cada una de las características estáticas de los sensores.

- Campo de medida. El campo de medida, es el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con una tolerancia de error aceptable.

- Resolución. Indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy próximos de la variable de entrada. Se mide por la mínima diferencia entre dos valores próximos que el sensor es capaz de distinguir. Se puede indicar en términos de valor absoluto de la variable física medida o en porcentaje respecto al fondo de escala de la salida.

- Precisión. La precisión define la máxima desviación entre la salida real obtenida de un sensor en determinadas condiciones de entorno y el valor teórico de dicha salida que correspondería, en idénticas condiciones, según el modelo ideal especificado como patrón. Se suele indicar en valor absoluto de la variable de entrada o en porcentaje sobre Ei fondo de escala de la salida.

- Repetibilidad. Característica que indica la máxima desviación entre valores de salida obtenidos al medir varias veces un mismo valor de entrada, con el mismo sensor y en idénticas condiciones ambientales. Se suele expresar en porcentaje referido al fondo de escala y da una indicación del error aleatorio del sensor. Algunas

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veces se suministran datos de repetibilidad variando ciertas condiciones ambientales, lo cual permite obtener las derivas ante dichos cambios.

- Linealidad. Se dice que un transductor es lineal, si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de señal de salida con los correspondientes incrementos de señal de entrada, en todo el campo de medida.

La no linealidad se mide por la máxima desviación entre la respuesta real y la característica puramente lineal, referida al fondo de escala.

- Sensibilidad. Característica que indica la mayor o menor variación de la salida por unidad de la magnitud de entrada. Un sensor es tanto más sensible cuanto mayor sea la variación de la salida producida por una determinada variación de entrada. La sensibilidad se mide, pues, por la relación:

Sensibilidad = ∆ magnitud de salida/ ∆ magnitud de entrada

Obsérvese que para transductores lineales esta relación es constante en

todo el campo de medida, mientras que en un transductor de respuesta no lineal depende del punto en que se mida.

- Ruido. Se entiende por ruido cualquier perturbación aleatoria del propio transductor o del sistema de medida, que produce una desviación de la salida con respecto al valor teórico.

- Histéresis. Se dice que un transductor presenta histéresis cuando, a igualdad de la magnitud de entrada, la salida depende de si dicha entrada se alcanzó con aumentos en sentido creciente o en sentido decreciente. Se suele medir en términos de valor absoluto de la variable física o en porcentaje sobre el fondo de escala. Obsérvese que la histéresis puede no ser constante en todo el campo de medida.

En el caso de sensores todo-nada se denomina histéresis a la diferencia entre el valor de entrada que provoca el basculamiento de 0 1 y aquel que provoca el basculamiento inverso de 1 0.

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Obsérvese la clara diferencia entre los términos resolución, precisión, repetibilidad y sensibilidad, términos que suelen confundirse muchas veces, incluso en alguna bibliografía.

La mayor parte de transductores tienen un comportamiento dinámico que se puede asimilar a un sistema de primer o segundo orden, es decir, con una o, como máximo, dos constantes de tiempo dominantes (véase el concepto de constante de tiempo en el capítulo 3). Los principales parámetros que caracterizan el comportamiento dinámico de un transductor serán, pues, los que se definieron para estos tipos de sistemas. Sólo cabe destacar que los transductores que responden a modelos de segundo orden suelen ser sistemas sobreamortiguados, es decir, sistemas en los que no hay rebasamiento en la respuesta al escalón. A continuación damos un resumen de las características dinámicas más importantes:

- Velocidad de respuesta. La velocidad de respuesta mide la capacidad de un transductor para que la señal de salida siga sin retraso las variaciones de la señal de entrada. La forma de

cuantificar este parámetro es a base de una o más constantes de tiempo, que suelen obtenerse de la respuesta al escalón. Los parámetros más relevantes empleados en la definición de la velocidad de respuesta son los siguientes:

Tiempo de retardo. Es el tiempo transcurrido desde la aplicación del escalón de entrada hasta que la salida alcanza el 10% de su valor permanente.

Tiempo de subida. Es el tiempo transcurrido desde que la salida alcanza el 10% de su valor permanente hasta que llega por primera vez al 90% de dicho valor.

Tiempo de establecimiento al 99%. Es el tiempo transcurrido desde la aplicación de un escalón de entrada hasta que la respuesta alcanza el régimen permanente, con una tolerancia de ±1%.

Constante de tiempo. Para un transductor con respuesta de primer orden (una sola constante de tiempo dominante) se puede determinar la constante de tiempo a base de medir el tiempo empleado para que la salida alcance el 63% de su valor de régimen

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permanente, cuando a la entrada se le aplica un cambio en escalón.

- Respuesta frecuencial. Relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitación senoidal. Se suele indicar gráficamente mediante un gráfico de Bode.

- Estabilidad y derivas. Características que indican la desviación de salida del sensor al variar ciertos parámetros exteriores distintos del que se pretende medir, tales como condiciones ambientales, alimentación, u otras perturbaciones.

• Sistema Sensor- transductor

Como ya se ha visto, un sensor y un transductor son muy parecidos y en un sistema no pueden subsistir el uno sin el otro lo cual genera un bloque denominado Sensor-transductor.

Se muestra a continuación en la figura 2.18, un sistema que ejemplifica lo anterior, en este sistema el bloque sensor esta compuesto por cuatro sensores de deformación y la parte transductora o de acondicionamiento

de señal lo constituye un amplificador de instrumentación, en este caso el AD620.

Figura 2.18. SISTEMA SENSOR-TRANSDUCTOR. Cuatro Sensores de Deformación amplificados

con el A. O. AD620

Como se aprecia en la figura 2.18, se conecta un amplificador de instrumentación (AI) AD620 (Analog Devices) con un puente de cuatro sensores de deformación. Los sensores de deformación son de 120 Ohms, SR4, tipo cinta. Se encuentran montados en una barra de acero. También está conectado un circuito de balanceo al puente de sensores de deformación. RB2 se eligió, después de experimentar, con un valor de 100 kOhms. Los sensores de deformación

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se montaron siguiendo fielmente las instrucciones del fabricante (BHL Electronics, Inc.). Se elige el valor de RG correspondiente a una ganancia de 1,000 para efectos prácticos.


Observación

Competencia lógica

Aplicar el pensamiento deductivo en la identificación del principio de operación de diversos sensores y transductores.

a) Observa con atención la explicación del PSP acerca del principio de operación de diversos sensores y transductores.

b) En base a lo observado, realiza un diagrama esquemático de los sensores y transductores, explicando con tus propias palabras cómo es que operan.



Manejar manuales técnicos de dispositivos sensores y transductores de señales.

a) Escucha con atención la información que presenta el PSP acerca de las diferencias entre los sensores y transductores de acuerdo a las características que muestran diferentes manuales técnicos.

b) En una hoja blanca escribe las principales ideas que captaste de la información que presentó el PSP, pega en la pared del salón tu hoja.

c) Revisa rápidamente las hojas de tus compañeros y compara tu información, anota aquellos datos que te hagan falta y consideres importantes.

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Para detectar fallas tanto en transductores como sensores de tipo industrial debemos ser muy cuidadosos y buscar la manera de aislar los dispositivos dudosos ya que, por su naturaleza, los voltajes que manejan estos dispositivos son muy susceptibles al ruido, es decir, los voltajes operados generalmente son del orden de los milivolts.

Los instrumentos empleados ya hemos estudiado y analizado en sistemas anteriores por ejemplo, es posible utilizar osciloscopios para observar formas de onda pero las puntas para el análisis deberán estar perfectamente apantalladas y aisladas con la intención de evitar y reducir al máximo las influencias de señales no deseadas (ruido).

Es posible utilizar multímetros para medir diferencias de potencial en terminales de entrada y salida de los transductores y sensores pero estos deben tener una impedancia de entrada lo suficientemente grande para evitar fugas dentro del mismo instrumento de medición los cual sería

bastante significativo debido a las señales tan bajas que se manejan, no es recomendable medir corrientes directamente de los circuitos sensores o transductores para esto, deberá calcularse mediante la Ley de Ohm cualquier corriente que sea necesaria para determinar el funcionamiento del circuito.

Por último para analizar un dispositivo sensor o transductor debemos contar con hojas de especificaciones que describan el funcionamiento normal del dispositivo y que contengan: curvas características, voltajes y corrientes nominales, temperaturas de operación, límites de voltaje y corriente a la entrada, límites de voltaje y corriente a la salida, etc.

Otro aspecto importante es observar las medidas de seguridad especificadas por el fabricante ya que muchos de estos dispositivos son sumamente delicados y sensibles al momento de ser manipulados.


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Realiza la práctica No.8: Operación de un sensor de deformaciones.




Realiza la práctica No. 9: Operación de un transductor de temperatura.




2.2. Operar consoladores electrónicos acoplados a elementos actuadores en sistemas industriales.

2.2.1 OPERACIÓN DE SERVOMECANISMOS


Dícese servomecanismo al sistema electromecánico que se regula por sí mismo al detectar el error o la diferencia entre su propia actuación real y la deseada.

En todos los servomecanismos., uno de los más importantes componentes es el sensor de posición. Este mide la posición del servomotor y la convierte en una señal eléctrica que el sistema de control puede interpretar y usar.

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Los sistemas de control de posición son un componente importante de muchos productos industriales. Ejemplos son encontrados en robótica, procesos de control y muchos otros.

Para entender mejor el principio de operación de un servomecanismo explicaremos un ejemplo de control de posición.

Un sistema de control de posición básico consta de un servomotor, sensor de posición y controles como los mostrados en la Figura 2.19. Este diagrama de bloques está redibujado en la Figura 2.20 para mostrar cómo el sistema de control de posición es implementado con variables digitales con sólo dos niveles, alto y bajo. El eje codificador entrega la posición del eje en código Gray. Este es convertido a binario usando un decodificador. Un sumador de cuatro bits es usado para comparar la medición de la posición del eje con la posición de referencia. La entrada a el sumador son números de cuatro bits en binario.

Figura 2.19 Sistema de control de posición

Figura 2.20 Sistema de control de posición con variables digitales binarias

El sumador está localizado en modo restador. Por lo tanto, la salida del sumador es un número de 4 bits representando la posición de error.

Algo lógico es usado para decidir cuándo el motor debe ser encendido y en qué dirección debe ir. Cuando el error es cero, el motor se apaga. Por lo tanto, la señal de control del motor es también apagada. Esto es llamado control bang-bang en la literatura de control porque el tamaño de la señal

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de control es independiente de la magnitud del error.


Consulta con el PSP

Competencias Científico-teórica

Explicar las características de las señales mecánicas y eléctricas en un servomecanismo.

Escucha con atención la explicación del PSP acerca de las características de las señales mecánicas y eléctricas que intervienen en la operación de un servomecanismo. Elabora un cuestionario con las principales dudas que tengas acerca del tema, para que el PSP te conteste. Toma nota de la información que explique el PSP.

Observación

Competencia lógica

Desarrollar la habilidad de observación al diferenciar las señales generadas en las diferentes etapas de operación de un servomecanismo.

a) Escucha y observa con atención la información que el PSP expone acerca de las principales características y diferencias de las señales generadas en las etapas de operación de los servomecanismos.

b) En tu cuaderno de apuntes realiza un diagrama acerca de las diferentes etapas que el PSP explique, identificando e indicando las señales que se generan en cada etapa.

• Aplicaciones de Servomecanismos.

Un tipo de motores que cumplen las características anteriores son los servomecanismos, que se utilizan bastante en aplicaciones de

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aeromodelismo para mover los alerones, subir y bajar trenes de aterrizaje, orientar hélices, acelerar o decelerar motores y un sinfín de aplicaciones más. Entre todos los modelos que existen, sobresale una marca por su calidad y prestigio, son los servomecanismos FUTABA. Dentro de la familia hay bastantes tipos con diferentes prestaciones, mayor o menor tamaño, velocidad o fuerza, pero todos ellos se controlan de la misma forma.

La conexión al exterior se realiza a través de tres cables, uno para la masa (cable negro), otro para la tensión de alimentación de 6v (cable rojo) y el último lleva la señal de control de movimiento (cable blanco). El servomotor internamente realiza un control de posición en bucle cerrado, para lo que utiliza un potenciómetro y un circuito de control.

La señal que espera recibir dicho circuito es un tren de pulsos, estos pulsos se repetirán con un periodo de 20 mseg. La anchura de los pulsos indicará en qué posición se deberá quedar el eje.

El centro se corresponde con una anchura de 1.3 mseg, los extremos con anchuras de 0,3 mseg y de 2,3 mseg.

Estos servos de posición son muy útiles para realizar accesorios de robots, como son los manipuladores, pinzas, brazos, en resumen todo aquello en donde el rango de movimiento no necesite revolución continua.

En aplicaciones de movimiento continuo habrá que desmontar el servomotor para configurarlo como un simple motor de corriente continua con caja reductora incorporada.

Al desmontarlo, se podrá optar por diferentes alternativas, cada una de ellas tendrá su aplicación más adecuada.

En la figura 2.21 se pueden ver las distintas partes del servomotor.

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Figura 2.21 Servomotor FUTUBA S3003

Empezando por la parte superior se tiene: La rueda del eje de salida, la tapa de la caja reductora, los engranajes que forman la caja reductora, la caja del servomotor, la tarjeta de control (enumerados de izquierda a derecha: potenciómetro, circuito de control y motor) y por último la tapa del servomotor junto con los tornillos de sujeción.

El potenciómetro se encarga de cerrar el bucle de control, es el que examina la posición del motor. El circuito de control recibe la información del tren de pulsos y del potenciómetro y sitúa al eje del motor en su nueva posición.

La caja reductora aumenta la fuerza de salida del eje y reduce la velocidad del mismo.

También existen un par de topes mecánicos, uno esta en el engranaje de salida del servomotor y el otro es el potenciómetro del circuito de control.

El circuito puente es el controlador, y la señal de salida del controlador es el voltaje aplicado a la entrada del amplificador.

El motor con el arreglo de piñón y cremallera representa el dispositivo corrector final.

Mostraremos ahora un sistema industrial para cortar perfiles el cual “copia una pieza” siguiendo la forma de ésta y reproduciéndola en un bloque nuevo.

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Se sujeta una pieza patrón, o modelo al soporte de montura, al igual que la pieza sin cortar.

El soporte de montura entonces es movido con lentitud a la izquierda.

Al moverse, la herramienta de corte manejada por un motor corta perfil idéntico en la pieza de trabajo. El sistema se muestra en la Figura 2.22.

En este sistema realimentado, el punto de ajuste es la profundidad del patrón, o la posición del seguidor.

La variable controlada es la posición de la herramienta de corte o, de manera equivalente, la aposición del armazón móvil.

Figura 2.22 Diagrama de una máquina cortadora de perfiles con un

servomecanismo para posicionar el cortador.



Competencia de

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información

Consultar y manejar documentación técnica, relativa a servomecanismos de propósito general.

a) Acude a la biblioteca e investiga en libros y manuales técnicos: las características, función y aplicaciones de diversos servomecanismos.

b) Con la información que obtuviste elabora un cuadro conceptual.

c) No olvides preguntar al PSP cualquier duda que tengas.


Competencia de calidad

Desarrollar la ortografía y gramática en la elaboración de reportes escritos relativos a la operación de servomecanismos.

a) Elabora un reporte acerca de las variantes que se pueden

presentar en la operación y funcionamiento de servomecanismos, de acuerdo a su aplicación.

b) El reporte deberá tener una extensión de 2 a 3 cuartillas como máximo, con espacio a 1.5.

c) Entrega al PSP tu reporte para su retroalimentación.


En general para este tipo de dispositivos hay diversas formas de representación no normalizada que es establecida por cada fabricante, aunque con elementos comunes.


Tomado como ejemplo el sistema mostrado en la figura 2.22 para el cortador de perfiles podemos analizar algunas de la fallas posibles en la etapa del servomecanismo compuesto por el arreglo de resistores que no es más que un circuito puente, la polea móvil que funge como sensor y por último el servomotor que tiene la función de

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actuar como posicionador de la herramienta de corte.

Supongamos que el arreglo puente presenta un desbalanceo de resistencias que, como es sabido, si esto ocurre, la señal de error que será captada por el servomecanismo no estará perfectamente medida y por consiguiente la comparación entre la señal medida y la retroalimentada generará un movimiento erróneo en el servomotor, de esta forma, la pieza será cortada de manera aleatoria y sin seguir en lo más mínimo la pieza original resultando una pieza que nada tiene que ver con lo que se desea.

Supongamos que ahora el servomotor presenta un mal funcionamiento lo cual conduce a una mala actuación sobre el eje posicionador de la herramienta de corte aunque el circuito puente realiza de manera correcta la comparación de la señal medida y la retroalimentación al momento de ejecutar el movimiento sobre la pieza a ser cortada resultará nuevamente que la pieza obtenida dista mucho de la original deseada.


Trabajo en equipo


Aplicar el pensamiento empresarial en el registro y evaluación de los servomecanismos.

a) En equipo y con ayuda del PSP elaboren una hoja de verificación con la cual evaluarán el procedimiento de respuestas de los servomecanismos.

b) Evalúen el servomecanismo que indique el PSP.

c) Entreguen al PSP su evaluación para que la retroalimente.


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Realiza la práctica No.10: Operación de un circuito servoamplificador como elemento de control.



2.2.2. OPERACIÓN DE VÁLVULAS


Una válvula es un dispositivo que permite establecer o cortar la conexión hidráulica o neumática entre dos o más conductos o vías. En cualquier válvula hay que distinguir dos partes:

- Elemento de mando.

- Circuito de potencia.

El elemento de mando se encarga de conmutar la conexión hidráulica o neumática entre conductos del circuito de potencia. El mando puede ser de tipo eléctrico (electroimán), manual

(pulsador), hidráulico o neumático. La figura 2.23 muestra la forma constructiva de una válvula con mando eléctrico y manual de 2 vías y 2 posiciones.

Figura 2.23 Electro-válvula de 2 vías/2 posiciones

Las válvulas suelen clasificarse atendiendo al número de posiciones distintas que permite el circuito de mando y al número de vías de entrada y/o salida del circuito de potencia en cada posición. Así, por ejemplo, una válvula 4/2 indica una válvula de 4 vías y 2 posiciones.

Las válvulas de 2 posiciones pueden clasificarse, además, en monoestables

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o biestables. Las primeras tienden, en ausencia de mando, a una posición fija de reposo (generalmente obligada por un muelle). Las biestables y en ausencia de mando, pueden permanecer en cualquiera de las dos posiciones (permanecen en la última posición que les ha llevado el mando).

Figura 2.24 Válvula reguladora de presión de aire como parte de un sistema industrial

Desde un punto de vista lógico, las válvulas monoestables permiten realizar funciones de tipo Y, O y NO y,

por tanto, permiten realizar cualquier circuito neumático o hidráulico de tipo combinacional. Las biestables permiten realizar la función memoria y, por tanto, cualquier circuito secuencial.

• Aplicación de válvulas

En muchos casos, el dispositivo corrector final en un sistema de lazo cerrado es una válvula o un dispositivo tipo válvula que varía el flujo de un fluido en el proceso.

Generalmente este es el caso en los procesos de control de temperatura donde la entrada de calor al proceso se regula ajustando una válvula que controla el flujo de aire de combustión, o de combustible gaseoso o líquido. De la misma manera, en los procesos de control de presión, la presión generalmente se corrige cambiando la apertura de una válvula, ya sea en la entrada o en la salida del proceso.

Por ejemplo, para elevar la presión en una cámara de proceso, la válvula que regula el flujo de entrada puede abrirse más, o la válvula que regula el flujo de escape puede cerrarse más. En general,

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las válvulas y los dispositivos tipo válvula como los amortiguadores, las celosías, las compuertas corredizas, etc; son los dispositivos correctores finales más comunes en los procesos industriales.

- Válvulas electro-neumáticas

Para válvulas grandes, pudiera no resultar práctico su manejo mediante un motor eléctrico. La inercia y la fricción de movimiento del ensamble de la válvula puede imposibilitar el uso de un motor eléctrico como dispositivo posicionador. En tales situaciones, la válvula es movida por presión neumática o presión hidráulica.

Operador electromagnético de la válvula.- en la figura siguiente se muestra

La posición final de la válvula es determinada por la magnitud de la corriente eléctrica de entrada.

- Válvulas Electro-hidráulicas

En situaciones de control en las que una válvula o amortiguador son muy grandes o pesados, o cuando es difícil

mantener la válvula en una posición estable debido a las grandes fuerzas irregulares ejercidas por el fluido en movimiento, el mejor actuador es el posicionador hidráulico.

También, si la válvula rara vez se mueve, puede atascarse en una cierta posición.

Un posicionador electro-hidráulico, con su tremenda capacidad de fuerza, puede ser lo requerido para manejar este problema.

Un posicionador electro-neumático de válvula común, fácilmente adaptable a un controlador proporcional se muestra en la figura 2.24.


Trabajo en equipo

Competencia Científico-teórica

Aplicar los principios científicos de operación y funcionamiento de los diferentes tipos de válvulas.

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a) Observa con atención los ejemplos que el PSP te muestra acerca de los principios científicos involucrados en las características de los tipos de válvulas.

b) En equipo elaboren un cuadro comparativo en un rotafolio, que contenga las siguientes columnas: Tipo de válvula, principio científico que aplica y forma de la aplicación del principio.

c) Compartan su trabajo con el grupo.

Resumen


Analizar información técnica, con base en las recomendaciones de fabricantes de válvulas.

a) Investiga en manuales técnicos acerca de las recomendaciones de funcionamiento que indican

los fabricantes de válvulas

b) Identifica las condiciones óptimas en las que deben funcionar las diferentes válvulas.

c) Con la información que recabes elabora un resumen de 2 a 3 cuartillas como máximo, no olvides incluir algunos diagramas que complementen la información.



Realizar la lectura de documentación técnica relativa a los diferentes tipos de válvulas.

a) En equipo acudan a bibliotecas y recopilen manuales de diversos fabricantes de válvulas.

b) Revisen los manuales que recaben y elaboren en un mapa

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conceptual con la información que obtuvieron.

c) Presenten su mapa al grupo y comparen su información con la de los otros equipos.

d) Recuerden preguntar al PSP cualquier duda que tengan.

Consulta con el PSP

Competencia para la sustentabilidad

Describir las características de la norma ISO 14000 de Ecología y Medio Ambiente, relativas a equipos con dispositivos de control que involucran el uso de válvulas.

a) Escucha y observa con atención la explicación del PSP acerca de las características que deben tener los equipos con dispositivos de control que involucran el uso de válvulas según la norma ISO 14000 de Ecología y Medio

Ambiente.

b) Realiza las anotaciones que consideres pertinentes en tu cuaderno de apuntes..

Estudio individual

Competencia lógica

Describir el funcionamiento e interrelación de los tipos de válvulas más empleados.

a) Escucha con atención la explicación del PSP acerca del funcionamiento de los diferentes tipos de válvulas, sus ventajas y desventajas.

b) Investiga en internet y en la biblioteca más información acerca del tema.

c) En forma individual realiza un reporte en el que analices y describas las ventajas y desventajas que tienen distintos tipos de válvulas.

d) Entrega al PSP el reporte para que

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lo retroalimente.



Identificar aparatos y equipos de uso doméstico y comercial que utilizan control con válvulas.

a) En equipo, acudan a diferentes establecimientos comerciales donde vendan equipos y aparatos de uso doméstico y comercial que utilicen el control con válvulas.

b) Realicen una lista de todos aquellos aparatos y equipos con las características antes mencionadas.

c) Posteriormente muestren al grupo su lista y compárenla con la de los otros equipos.

Consulta con el PSP

Competencia de calidad

Determinar la calidad de los sistemas y procesos controlados por válvulas.

a) Escucha con atención la explicación del PSP acerca de la importancia que tiene la calidad de las válvulas al instrumentar procesos de control.

b) Escribe tus conclusiones en tu cuaderno, respondiendo a la pregunta: ¿por qué es importante cuidar la calidad de los sistemas y procesos controlados por válvulas?


En la industria se han manejado diferentes tipos de válvulas tanto para variables hidráulicas como neumáticas y además de diferentes fabricantes.

Esto ha creado la necesidad de estandarizar la simbología para cada

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tipo de válvulas que las haga independientes del tipo de fabricante.

Nuevamente la sociedad encargada de establecer estos estándares ha sido IEEE/ANSI por lo cual a continuación mostramos algunos símbolos para válvulas que corresponden a dicha estandarización.

En la Tabla 2.3, se muestran los diferentes símbolos para distintos tipos de mando de válvulas.

Así mismo, en la Tabla 2.4 se muestra la simbología AIEEE/ANSI para diferentes válvulas que desempeñan funciones lógicas.

Tabla 2.3 Símbolos IEEE/ANSI para distintos tipos de mando en válvulas.

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En el sistema de la figura 2.24 deducimos un procedimiento de análisis para detectar fallas en un sistema que implica el uso de válvulas.

En primer lugar debe conocerse el funcionamiento total del sistema para poder realizar un análisis que implique el cotejo de las condiciones deseadas y las obtenidas por observación o bien por medición de parámetros.

Una vez que se tiene comprendido el funcionamiento del sistema se procede al análisis de la operación de la válvula tomando en cuenta el tipo, parámetros de funcionamiento y la acción que desempeña dentro del sistema y de qué manera se está desempeñando es decir, si cumple con las especificaciones para las cuales fue creada e instalada en el sistema.

Los estados de una válvula son fáciles de analizar ya que, tomando en cuenta que su trabajo es el de regular el paso de una variable nos daremos cuenta si el paso de la misma está siendo regulado por la válvula de esta manera en el momento en que el flujo o variable no esté perfectamente controlada se sospechará del funcionamiento de la válvula.

Otro caso puede presentarse cuando la válvula tiene fugas ya que puede disminuir considerablemente la presión

Tabla 2.4 Símbolos IEEE/ANSI para diferentes válvulas lógicas

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de trabajo o bien la velocidad del flujo de la variable.

Otro ejemplo será analizado tomando en cuenta la figura 2.25 donde se muestra una vista de corte específico de una válvula eléctrica operada por solenoide.

En la ausencia de corriente a través de la bobina del solenoide, no habrá un campo magnético para jalar hacia arriba la armadura, por lo que el resorte de compresión la empujará hacia abajo. El vástago de la válvula está conectado a la armadura, por lo que también se mueve hacia abajo y empuja fuertemente el tapón de la válvula contra el asiento de la válvula. Esto bloquea el flujo de fluido entre los puertos de entrada y de salida. Cuando la bobina del solenoide es energizada y los conductores de la bobina llevan corriente, se establece un campo magnético que jala hacia arriba la armadura. La armadura debe vencer la fuerza del resorte que tiende a empujar hacia abajo, a fin de colocarse a la mitad de la bobina. A medida que se mueve hacia arriba la armadura, levanta el tapón de la válvula del asiento de la válvula y abre el paso de

la entrada a la salida. Las válvulas solenoide son inherentemente dispositivos de dos posiciones. Esto es, o están abiertas por completo o completamente cerradas. Por tanto, se prestan para ser usadas en el modo de control encendido-apagado.




Desarrollar la capacidad de elección en la utilización de válvulas.

a) En equipo, analicen los diferentes ejemplos de circuitos que les presente el PSP.

b) Determinen qué válvula seleccionarían para cada uno de los circuitos de acuerdo a las características y necesidades del mismo.

c) Presenten sus conclusiones al

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grupo.

2.2.3. OPERACIÓN DE RELEVADORES Y CONTACTORES


Los relés y contactores son dispositivos electromagnéticos que conectan o desconectan un circuito eléctrico de potencia al excitar un electroimán o bobina de mando. La diferencia entre relé y contactor está precisamente en la potencia que es capaz de seccionar cada uno. Los relés están previstos para accionar pequeñas potencias, generalmente inferiores a 1 kW, mientras que los contactores pueden accionar grandes potencias (centenares de kilovatios). Es decir, los contactores son capaces de manejar grandes corrientes, mientras que los relevadores son capaces de manejar corrientes relativamente pequeñas.

Los relés se suelen emplear como etapa previa para accionar dispositivos mas potentes como los propios contactores, electro-válvulas u otros. El relé separa en general la parte de

mando, que trabaja con tensiones y corrientes débiles, de la parte de potencia, con tensiones y corrientes más elevadas. Las características más relevantes de relés y contactores son:

- Tensión de mando: Tensión de aumentación de la bobina de mando.

- Potencia de mando: Potencia recesaría para accionar la bobina de mando.

- Tensión de aislamiento, U¡: Tensión de prueba entre circuito de mando y contactos.

- Tensión de empleo, Ue: Tensión de trabajo de los contactos de potencia.

- Corriente térmica, ITH: corriente máxima que pueden soportar los

contactos una vez cerrados sin sobrepasar los límites de calentamiento. No debe confundirse con Ie corriente de empleo. Corriente de empleo, Ie: Es la corriente que el dispositivo es capaz de accionar e interrumpir para cada tensión de empleo y con carga resistiva.

- Poder de corte: Se define por la corriente que el relé es capaz de

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accionar e interrumpir para cada tipo de carga (inductiva, capacitiva, motores, etc.) y para un número de maniobras determinado.

La tabla 2.5 da un breve resumen de las características más relevantes de relés y contactores de baja tensión.

Tabla 2.5 Características eléctricas para relés y contactores de baja tensión

Contactores

El contactor es un interruptor accionado o gobernado a distancia por un electroimán.

Partes constitutivas:

1- Se denomina corriente de llamada a la corriente que acciona el electroimán. La corriente absorbida por la bobina es relativamente elevada debido a que

prácticamente la única resistencia es el conductor con que está hacha la bobina. En estas condiciones, el Cos ⎞ es alto (0,8 a 0,9) y la reactancia inductiva muy baja por existir mucho entrehierro entre el núcleo y la armadura.

Una vez cerrado el circuito magnético la impedancia de la bobina aumenta, de manera tal que la corriente de llamada se reduce considerablemente. La corriente formada se la denomina de mantenimiento o trabajo. Ésta es mucho más baja - de 6 a 10 veces- con un Cos ⎞ más bajo, pero con capacidad para mantener el circuito cerrado.

2- El núcleo es una parte metálica, de material ferromagnético y generalmente en forma de E, y que va fija a la carcaza.

Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina - colocada en la columna central del núcleo - para atraer con mayor eficiencia la armadura. Se construye con una serie de láminas delgadas, de acero al silicio con la finalidad de reducir al máximo las corrientes

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parásitas, aisladas entre sí pero unidas fuertemente por remaches. El magnetismo remanente se elimina completamente por medio de la inserción de un material paramagnético, complementando al pequeño entrehierro.

Cuando se alimenta a la bobina con, el núcleo debe llevar un elemento adicional llamado espira de sombra o anillo de desfasaje. Este elemento, al estar desfasado de la onda principal, suministra al circuito magnético un flujo adicional creando una especie de CC. Esto evita ruidos y vibraciones, evitando la elevación la corriente de mantenimiento.

Los contactos son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de la corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el de mando, tan pronto como se energice la bobina.

Éstos se pueden dividir en contactos principales y contactos auxiliares:

a) Contactos Principales: Son contactos instantáneos cuya función específica es establecer o interrumpir el circuito principal, a través del cual se

transporta la corriente desde la red a la carga, por el cual deben estar debidamente calibrados y dimensionados para permitir el paso de intensidades requeridas por la carga sin peligro de deteriorarse. Por su función, son contactos únicamente abiertos. Cuando un contactor bajo carga se desenergiza produce una chispa, de manera que aunque la parte móvil se haya separado de la fija, el circuito no se interrumpe inmediatamente. Por eso, y más al trabajar con intensidades muy altas, se necesita de una cámara apaga -chispas, la cual tiene como función evitar la formación de arco o la propagación del mismo de distintos sistemas.

Soplado por autoventilación: la cámara se construye de tal manera que presenta una abertura grande un la parte inferior y una pequeña en la parte superior, produciendo una especie de chimenea, la cual enfría el aire alrededor de la chispa, apagándola rápidamente.

Soplo magnético: se canaliza el campo eléctrico formado para aumentar el arco y así poder aumentar también la

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resistencia, evitando que la corriente pase.

Baño de aceite: si la chispa no se extingue se produce el arco, por eso, en este sistema se sumerge la cámara apaga- chispas en un baño de aceite dieléctrico que absorbe el calor, evitando la formación del arco.

Cámara desionizadora: son cámaras en donde sus paredes se recubren con láminas metálicas para que absorban el calor producido actuando como disipadores, de esta manera el aire no se ioniza y no forma el arco.

Transferencia y fraccionamiento del arco: consiste en dividir el arco en muchos arcos más pequeños, de tal manera que su extinción sea más rápida y sencilla.

Contactos Auxiliares: son aquellos contactos cuya función específica es permitir o interrumpir el paso de corriente a las bobinas de los contactos o a los elementos de señalización, por lo cual están diseñados para intensidades débiles. Éstos actúan tan pronto se energiza la bobina a excepción de los retardados. Existen dos clases: contactos NA, llamados

también instantáneos de cierre, cuya función es cerrar un circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen y; contactos NC, llamados también de instantáneos de apertura, cuya función es abrir un circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen.

Un contactor debe llevar necesariamente un contacto auxiliar instantáneo NA. Uno de los contactos auxiliares NA debe cumplir la función de asegurar la autoalimentación de la bobina, por lo cual recibe el nombre específico de auxiliar de sostenimiento o retención.

Existen contactores que tienen únicamente contactos auxiliares, ya sean NA, NC o NA y NC. Estos se les llama contactores auxiliares o relés.

Cuando un contactor no tiene el número suficiente de contactos auxiliares se puede optar por Bloques aditivos o Contactores auxiliares. Para identificar a un contacto auxiliar, a pesar de las marcas del fabricante se utiliza un sistema de números:

Si son NC, la entrada es (11, 21, 31, 41...) y la salida (12, 22, 32, 42...)

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Si son NA, la entrada es (13, 23, 33, 43...) y la salida (14, 24, 34, 44...)

Funcionamiento:

Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campo magnético intenso, de manera que

el núcleo atrae con un movimiento muy rápido. Al producirse este movimiento, todos los contactos del contactor (tanto principales como auxiliares) cambien de posición solidariamente:

Los contactos cerrados se abren y los abiertos se cierran. Para volver los contactos a su posición inicial reposo basta con desenergizar la bobina.

• Tipos de relevadores y contactores

- Electromagnéticos

Estos dispositivos funcionan haciendo circular una corriente eléctrica a través de una bobina que por el principio de inducción se ejerce un campo magnético en todas y cada una de las espiras del la bobina loa cual hace que un elemento móvil, generalmente un núcleo, se desplace hacia delante o hacia atrás, derecha o izquierda. Esta parte móvil se encarga de energizar o

desenergizar el circuito que se este controlando.

Las partes que componen un relevador electromagnético se muestra en la figura 2.25.

Figura 2.25 Partes esenciales de un relevador electromagnético

- Relevadores de Corriente Directa

El relevador de corriente directa, es un dispositivo electromecánico muy utilizado en aplicaciones de control. Está constituido de manera similar a los relevadores estudiados anteriormente, lo constituyen una bobina y varios contactos, unos normalmente abiertos (NA) y otros normalmente cerrados (NC). Cuando se aplica un voltaje a la bobina, circula

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por ella una corriente que origina un campo magnético que cambia el estado original de los contactos, cuando el núcleo de la bobina atrae a los contactos móviles del mismo. Así, los contactos que antes estaban abiertos ahora se cierran, y los que antes estaban cerrados, ahora se abren. Al suspenderse la corriente, los contactos vuelven a su posición original. Los relevadores de la figura 2.26 pertenecen al modelo G3DZ de Omron y poseen un solo juego de contactos conmutables, pero muchos relevos incluyen dos o más juegos de contactos como estos.

Otro tipo de relevadores son los denominados relevadores industriales que si bien son de baja tensión para

disparo, ofrecen otro tipo de funciones que son propias para el disparo de sistemas bifásicos o trifásicos tales como motores, etc.

Algunos ejemplos de este tipo de relevadores y contactores se muestran a continuación

Por ejemplo los contactores de corriente alterna tripulares 3TB/3TF de Siemens se emplean para mandos eléctricos o como aparatos de control remoto, especialmente en el caso en que sea necesaria una elevada frecuencia de operaciones.

La aplicación más adecuada es la conexión desconexión y control de motores trifásicos hasta 500 C.P. 440V, 60Hz, o de circuitos eléctricos de corriente alterna hasta 630 A de intensidad de corriente permanente a 660V y 60Hz. Un contactor de este tipo se muestra en la figura 2.27.

Figura 2.26 Relevador de CD Mod. G3DZ de Omron con un juego de contactos.

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Figura 2.27 Contactor de corriente alterna trifásico 3TF50 de hasta 110A,

500V

- Relevadores de retraso

Los relevadores de sobrecarga, disparo o bien de cortocircuito pueden incluso ser programados mediante circuitería interna o bien a través de sistemas electrónicos.

Estos sistemas electrónicos son totalmente programables en intervalos que van desde los milisegundos hasta los segundos e incluso minutos y, en algunos casos, pueden ser programados para operar diferidamente en sistemas que requieran un funcionamiento a intervalos muy largos (Hrs).

Por ejemplo el relevador 312TDR SS de ATC cuenta con cinco rangos seleccionables: 1, 10 y 100 seg; 10 y 100

min. El ciclo de temporizado puede ser ajustado de dos formas: usando el ensamble de dial remoto opcional, cualquier rango es totalmente ajustable; o con una resistencia fija instalada entre las terminales apropiadas, el 312 puede ajustarse desde 0.025 segundos hasta 100 minutos. Una resistencia de 100 megohms provee el rango total seleccionado; cero ohms provee el ajuste mínimo del rango seleccionado.

La repetibilidad del 312 se mantiene independiente de las variaciones del tiempo de reset, asumiendo que por lo menos existe 0.05 seg. entre ciclos.

A pesar de amplias variaciones de voltaje y temperatura, el 312 mantiene una excelente repetibilidad y precisión.

El relevador electromecánico DPDT, con contactos con capacidad para manejar 5 A @ 120 VCA ó 240 VCA resistivos, tiene una vida esperada de 50,000,000 de operaciones (sin carga).

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Las características más importantes de este relevador son las siguientes:

· Relevador de Tiempo Multi-Rango con Dial Remoto

· 5 Rangos: 0 - 1.0 seg

0 - 10 seg

0 - 100 seg

0 - 10 min

0 - 100 min

· Ajuste de tiempo por medio de dial remoto o resistencia

· Excelente repetibilidad a pesar de cambios de voltaje y temperatura

· Relevador de salida DPDT de 5 A @ 120 VCA ó 240 VCA

· Instalación opcional en tablero

La figura 2.29 muestra físicamente un relevador de este tipo.

Figura 2.29 Relé de tiempo configurable ATC Mod. 312 TDRSS de 5A hasta 240V y 2A hasta 30VCD.

Algunos relevadores de tiempo son aún más sofisticados ya que, presentan un control electrónico y display digital (LCD) como el modelo 3RP1 de Siemens.

Los reles de tiempo de estado sólido 3RP1 se usan para todas las operaciones de retardo de tiempo en control, protección y circuitos de arranque. Cumplen con todos los requerimientos en términos de precisión, resistencia al golpe, seguridad y operación así como estándares de resistencia al ruido y radiación de ruido.

Un relevador de este tipo se muestra a continuación en la figura 2.30.

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Figura 2.30 Relevador de tiempo Mca. Siemens Mod. 3RP1 con control electrónico y pantalla

LCD.


Trabajo en equipo

Competencias Científico-teórica

Describir el ruido eléctrico y su influencia en los contactores y reveladores.

a) Escuchen con atención la explicación del PSP acerca de los diferentes tipos de ruido electrónico.

b) En equipos, traten de identificar los ruidos que el PSP ejemplifique, señalen cuáles son sus características e influencia en los contactores y reveladores.

c) El equipo ganador será el que más ruidos identifique y describa.



Resolver funciones matemáticas que representen el comportamiento de dispositivos reveladores en términos de tiempo.

a) Resuelve las operaciones para calcular los intervalos de tiempo de diferentes reveladores mediante funciones.

b) Posteriormente compara tus resultados con los de los demás miembros del grupo.

Trabajo en equipo

Competencia lógica

Aplicar el razonamiento en el análisis de las gráficas de respuesta para identificar el comportamiento de los contactores y reveladores.

a) Escucha con atención la explicación del PSP acerca de las diferencias en el funcionamiento

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de los reveladores y contactores, a partir del análisis de sus gráficas de señal de salida.

b) Por equipo, en un rotafolio describan el comportamiento de los contactores y reveladores, por medio del análisis de una gráfica de salida.

c) Expongan su trabajo al resto del grupo.

• Aplicaciones de relevadores y contactores.

Generalmente tanto relevadores como contactores de baja tensión y potencia son empleados como circuitos de disparo en equipos de potencias más grandes; algunos relevadores de corriente directa son usados incluso como circuitos de interface entre lógica TTL y circuitos de potencia. Como se muestra a continuación.

a) Los contactores auxiliares de Siemens serie 3TH se emplean para maniobras de circuitos auxiliares hasta 660V en corriente alterna, son adecuados para climas tropicales, es decir,

pueden ser utilizados en elevada humedad del aire ambiental y con fuertes condensaciones. Son utilizados de manera general para todo tipo de control, se conectan y desconectan a control remoto; mediante aparatos instalados por separado, como pulsadores o interruptores termostatos.

b) Algunos relevadores AC/DC de Omron son utilizados como interface entre sistemas de lógica digital TTL y circuitos de potencia. Por ejemplo los modelos de la serie G3TB pueden ser conectado como se ve en la figura 2.31.

Figura 2.31 Interface a un circuito secuencial empleando el relevador G3TB-1

de Omron.

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Existe un esfuerzo constante por establecer estándares que conlleven a una correcta aplicación y control de dispositivos que cuenten en su configuración con relevadores y contactores. Algunos estándares han sido establecidos por ANS/IEEE par lograr este objetivo por ejemplo la Norma ANSI/IEEE C. 57-15. 1986 establece las condiciones para determinar la precisión de un relevador de control basando el porcentaje de error en las siguientes condiciones:

• Temperatura ambiente 25°C

• Frecuencia de placa

• El regulador en una posición neutral de entrega marcara un voltaje de salida y una carga de corriente cero

• Formas de onda de voltaje y corriente sinusoidales.

Así mismo presentamos la simbología aprobada por ANSI/IEEE para algunos interruptores y relevadores en las figuras 2.32 y 2.33


Figura 2.33 Símbolo ANSI para un relevador de corriente

Figura 2.32 Símbolo ANSI para un interruptor termomagnético

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Manejar manuales técnicos de selección de reveladores y contactores de diversas matrículas.

a) Investiga en internet y acude a la biblioteca para recabar manuales técnicos de selección de relevadores y contactores de diversas matrículas.

b) Identifica sus principales características de operación.

c) Elabora un cuadro comparativo acerca de las características de relevadores y contactores de distintas matrículas.

2.2.4 IDENTIFICACIÓN DE CONTROLADORES ELECTRÓNICOS ACOPLADOS A SISTEMAS INDUSTRIALES.

Según se ha indicado, el objetivo de un sistema de control es el de gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula únicamente las magnitudes denominadas de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a través de los accionamientos.

El concepto lleva de alguna forma implícito que el sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja potencia, llamadas genéricamente señales, y gobierna unos accionamientos que son los que realmente modulan la potencia entregada a la planta.

Según la definición anterior, el conjunto de sistema de control y accionamientos se limitaría a ser un convertidor amplificador de potencia que ejecuta las órdenes dadas a través de las magnitudes de consigna. Este tipo de sistema de control se denomina en lazo abierto, por el hecho que no recibe ningún tipo de información del comportamiento de la planta.

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Lo habitual, sin embargo, es que el sistema de control se encargue de la toma de ciertas decisiones ante determinados comportamientos de la planta, hablándose entonces de sistemas automáticos de control Para ello se requiere la existencia de unos sensores que detecten el comportamiento de dicha planta y de unas interfaces para adaptar las señales de los sensores a las entradas del sistema de control.

Figura 2.34 Diagrama de bloques que muestra la unidad de control en un sistema

retroalimentado

• Diagramas de control.

Existen diversas formas de representar un dispositivo controlador dentro de un sistema industrial de procesos sin embargo, a veces no es necesario incluir todo el sistema industrial en sí, basta con señalar el controlador e indicar hacia donde se conecta la salida de este en el sistema general del proceso.

Uno de los diagramas utilizados al representar controladores acoplados en sistemas industriales es el denominado Diagrama de control. Este tipo de diagrama puede presentarse en forma de bloques, eléctrico, etc. Por ejemplo si se tiene un diagrama de bloques de un sistema en general se puede representar la parte del controlador simplemente como un bloque de control como se muestra en las figuras 2.34 y 2.35.

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Figura 2.34 Que muestra un Diagrama electrónico de control para una bomba de recirculación en un sistema de control de temperatura de aceite templado

Figura 2.35 diagrama esquemático de un controlador de temperatura de aceite de templado mostrando la distribución física del tanque de templado y el aparato de enfriamiento

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• Diagramas esquemáticos

Este tipo de diagramas muestran todas y cada una de las partes de un sistema incluyendo la parte de los controladores de dicho sistema con la diferencia que, como su nombre lo indica, se presenta en forma de esquema, es decir, se indican las partes que componen el sistema con una pequeña indicación de las variables y partes de cada uno de los elementos, señalando con flechas u otro tipo de señalización las partes importantes del mismo como se ve en la figuras 2.35 y 2.36

Figura 2.36 diagrama esquemático de un proceso control según la norm

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• Diagramas de conexiones

Este tipo de diagramas muestra cómo van conectados los terminales de todos y cada uno de los dispositivo de

control en un sistema, además se indica con un símbolo o número cada terminal y hacia donde van conectados o bien dirigidos. Según se muestra en las figuras 2.37 y 2.38

Figura 2.37 Diagrama de conexiones para un control secuencial de arranque de motores utilizando un arrancador 3RW22 de Siemens

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Figura 2.38 Diagrama de conexiones para un control de motor a través de

lógica TTL y relevador.


Resumen

Competencia Científico-teórica

Identificar materiales empleados en la fabricación de los distintos controladores electrónicos.

a) Observa y escucha con atención la explicación del PSP acerca de los materiales que se emplean en la fabricación de los distintos

controladores electrónicos.

b) Elabora en tu cuaderno de apuntes, un breve resumen de la información presentada por el PSP e incluye dibujos de los materiales que explicó.



Realizar operaciones básicas de números enteros y quebrados para determinar los parámetros de operación de los controladores electrónicos.

a) Resuelve las operaciones para calcular los parámetros de operación de los ejemplos de controladores electrónicos que te proporcione el PSP.

b) Posteriormente compara tus resultados con los de los demás miembros del grupo.

Consulta con el PSP

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Competencia lógica

Aplicar el pensamiento lógico explicando el comportamiento de los sistemas de control electrónico y sus variantes.

a) Escucha con atención la explicación del PSP acerca del comportamiento de los sistemas de control y su variación al manipular el vapor de sus componentes.

b) En tu cuaderno de apuntes escribe algunas preguntas que le plantearás al PSP.

c) Toma notas de las respuestas.

d) Posteriormente realiza un reporte en el que expliques cuál es el comportamiento de los sistemas de control electrónico.


Competencia de

información

Manejar manuales técnicos de selección de controladores electrónicos de diversas matrículas.

a) Realiza una investigación en distintos manuales técnicos y páginas de internet para obtener información acerca de las características de operación de controladores electrónicos de diversas matrículas.

b) Posteriormente, elabora un reporte de la información que obtuviste, recordando incluir gráficas e ilustraciones que apoyen la información.

c) Anexa las direcciones de internet y los manuales técnicos que consultaste.

d) Te recomendamos que consultes las siguientes páginas:

http://www.national.com

http://www.semiconductor.agilent.com

http://www.jameco.com

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http://www.ti.com

e) Comenta con el grupo los datos recabados y entrega el reporte al PSP para su retroalimentación.



Identificar trabajos de mantenimiento donde se requiere de la verificación de circuitos de control implementados con controladores electrónicos, para darle un enfoque laboral.

a) En equipo, acudan con distintos técnicos o profesionistas que laboren en un departamento de mantenimiento de empresas industriales.

b) Elaboren un cuestionario, que contenga preguntas acerca de la verificación de la respuesta de equipos y sistemas en los que se tengan controladores

electrónicos.

c) Compartan con el grupo la información que obtuvieron y compárenla con los demás equipos.


Realiza la práctica No.11: Identificación de sistemas de control.



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PRÁCTICAS DE EJERCICIOS Y LISTAS DE COTEJO Unidad de aprendizaje

2



Operación de registros de corrimiento como retardador de datos


Al finalizar la práctica el alumno manejará circuitos de corrimiento para retardar la información en circuitos de control de tiempos.

Escenario Taller

Duración 2 hrs.


• CI 74LS74

• 2 led

• 1 resistor de 1K Ω




• Protoboard

• Pinzas de corte

• Pinzas de punta


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Procedimiento Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo

de la práctica.

















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Operación de registros de corrimiento como retardador de datos

Nombre del alumno:

Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo.

De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño.




1. Armó en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante.

2. Verificó cada una de las conexiones del circuito antes de energizar

3. Energizó el circuito con al fuente de 5V con precaución

4. Anotó el estado inicial de tu sistema (sin señal de reloj)

5. Alimentó la entrada del reloj (con una frecuencia de 40 pulsos por minuto).donde corresponde. Nota: el reloj deberá tener

6. Mandó un cero lógico a la entrada IN cerrando el switch 1.

7. Observó las salidas QA y QD (deberán ser cero)

8. Anotó sus observaciones

9. Ingresó un uno lógico abriendo el switch S1

10. Observó la salida QA (deberá ser uno con el primer pulso de reloj)

11. Observó la salida QD

12. Anotó el número de pulsos de reloj necesarios para que “aparezca” el uno que ingresaste en el punto 9.

13. Explicó el funcionamiento del retardador de datos con

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tus compañeros de equipo 14. Anotó las conclusiones del funcionamiento del circuito

15. Discutió con sus compañeros de grupo tus conclusiones

16. Desarmó los circuitos, según las normas de seguridad aplicables

17. Guardó los dispositivos, los materiales y los equipos utilizados


Limpió el área de trabajo

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio:

Hora de término:

Evaluación:

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2



Simulación y detección de fallas en un circuito de control de ganancia.


Al finalizar la práctica el alumno realizará trazos en piezas metálicas previo a la realización de un trabajo de ajuste de banco realizando el trabajo con un buen desempeño de seguridad.

Escenario Taller

Duración 2 hrs.


• CI uA741

• 1 resistor de 3.3K Ω

• 1 resistor de 4.7 Ω

• 1 resistor de 5.6 Ω


• Manual de Amp. Op.

• Fuente de voltaje regulable doble

• Generador de señales

• Osciloscopio de doble trazo

• Protoboard

• Pinzas de corte

• Pinzas de punta


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Procedimiento Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la

práctica.















1. Identificar los Amplificadores operacionales y herramientas a utilizar

2. Tener listos los manuales de Amplificadores Operacionales

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Desarrollo 1. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante.

2. Verifica todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar CONDICIONES NORMALES DE OPERACIÓN 3. Energiza el circuito con las fuentes configuradas en forma simétrica 4. Selecciona cada uno de los resistores de realimentación de manera secuencial 5. Elabora una tabla indicando las ganancias para cada resistor seleccionado. 6. Con ayuda de un osciloscopio de doble trazo observa las señales para cada resistor 7. Elabora un esquema de cada señal observada SIMULACIÓN Y DETECCIÓN DE FALLAS 8. Seleccione R2 y cortocircuite R1 ¿Qué tipo de señal se ve a la salida? ¿Por qué? Haga un dibujo. 9. Con el selector en R2, cortocircuite R2 y ponga R1 en “condiciones normales” ¿Qué tipo de señal es Vo? Haz un dibujo. 10. Seleccione ahora R3 y ponga en circuito abierto R1 ¿Cómo es la señal de salida? Haz un dibujo. 11. Sin seleccionar ningún resistor vea la señal de salida ¿Qué forma tiene? Elabora un dibujo 12. Ahora seleccione R4 y cortocircuite ésta junto con R1 ¿Qué señal se observa a la salida? Haz un dibujo. 13. Discute con sus compañeros de grupo tus conclusiones 14. Desarma los circuitos según las normas de seguridad aplicables 15. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 16. Guarda los manuales de fabricante utilizados 17. Limpia tu área de trabajo. 18. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones.

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Simulación y detección de fallas en un circuito de control de ganancia.

Nombre del alumno:






1. Identificó los Amplificadores operacionales y herramientas a utilizar

3. Tuvo listos los manuales de Amplificadores Operacionales

2. Armó en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante


4. Energizó el circuito con las fuentes configuradas en forma simétrica

5. Seleccionó cada uno de los resistores de realimentación de manera secuencial

6. Elaboró una tabla indicando las ganancias para cada resistor seleccionado.

7. Observó las señales para cada resistor con ayuda de un osciloscopio de doble trazo

8. Elaboró un esquema de cada señal observada

9. Seleccionó R2 y cortocircuite R1 ¿Qué tipo de señal se ve a la salida? ¿Por qué? Haga un dibujo.

10. Sin seleccionar ningún resistor observó la forma de la señal de salida y elaboró un dibujo

11. Seleccionó que R4 y cortocircuite están junto con R1 y observó la

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señal de la salida y elaboró un dibujo. 12. Discutió con sus compañeros de grupo tus conclusiones

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio:

Hora de término:

Evaluación:

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2



Operación de un convertidor D/A en circuitos de control


Al finalizar la práctica el alumno identificará los principios de operación de un convertidor D/A como elemento de acondicionamiento de señal en un sistema electrónico de control.

Escenario Taller

Duración 2 hrs.


• 1 Tablero de Lógica Avanzada.

• 1 Tablero de Lógica Básica.

• 1 Manual ECG.

• 1 Multímetro Digital.

• 1 Fuente de 5 Vcd.

• 20 Puntas con mini conector.

• 1 pinza de punta.

• 1 pinza de corte.

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práctica.















4. Identificar los módulos de lógica digital

5. Tener listos los manuales de convertidores D/A y A/D

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Desarrollo CONVERTIDOR DIGITAL ANALÓGICO D/A.

1. Utiliza tu tablero de lógica avanzada y alambra, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los conectores correspondientes


3. Gira el potenciómetro del reloj variable completamente en el sentido horario, y el interruptor FAST-SLOW (rápido-lento) a FAST (rápido).

4. Ajusta el período de barrido horizontal del osciloscopio a 0,1 milisegundos y la sensibilidad vertical a 0,01 volt (10 mV.). La pantalla debe ser acoplada a la ca para estos pasos del procedimiento. Si está empleando una punta de prueba de pantalla ajustable, colócala en la posición X1. Asegúrese que el gancho de tierra está conectado a GND.

5. Enciende la alimentación del circuito y observa la forma de la onda en el osciloscopio.

6. Describe la forma de la onda y explica.

7. Determina cuál es la resolución o el tamaño de cuantificación, del convertidor D/A.

8. Cuántos “pasos” existen en la forma de onda total.

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Desarrollo 9. Explica porqué la señal de escalera tiene el número de pasos observado en el punto8

10. Elabora conclusiones respecto al funcionamiento de un convertidor D/A

11. Discute con sus compañeros de grupo tus conclusiones

12. Desarma los circuitos según las normas de seguridad aplicables





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Operación de un convertidor D/A en circuitos de control

Nombre del alumno:






1. Aplicó las medidas ecológicas

2. Identifico los módulos de lógica dígital

3. Tuvo preparados los manuales de convertidores D/A y A/D

4. Utilizó el tablero de lógica avanzada y alambra, el circuito de analógico D/A, utilizando los conectores correspondiente

5. Verifico todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar

6. Giró el potenciómetro del reloj variable completamente en el sentido horario, y el interruptor FAST-SLOW (rápido-lento) a FAST (rápido).

7. Ajustó el período de barrido horizontal del osciloscopio a 0,1 milisegundos y la sensibilidad vertical a 0,01 volt (10 mV.). Acopló la pantalla ca y colocó en la posición X1 la punta de prueba de pantalla ajustable, asegurándose que el gancho de tierra está conectado a GND.

8. Encendió la alimentación del circuito y observó la forma de la onda en el osciloscopio

9. Describe la forma de la onda.

10. Determinó la resolución o el tamaño de cuantificación, del convertidor D/A.

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11. Determinó el número de “pasos” que existen en la forma de onda total.

12. Explicó porqué la señal de escalera tiene el número de pasos observado en el punto8

13. Elaboró las conclusiones respecto al funcionamiento de un convertidor D/A

14. Discutió las conclusiones con sus compañeros de grupo

15. Desarmó los circuitos, de acuerdo a las normas de seguridad establecidas

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio: Hora de término: Evaluación:

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2



Operación de un sensor de deformaciones


Al finalizar la práctica el alumno identificará los principios de operación de un sensor de deformaciones del tipo cinta como elemento principal en un sistema de control.

Escenario Taller

Duración 2 hrs.


• 1 sensor de nicromo tipo cinta

• Resistores varios según diseño

• Manual de sensores diferentes fabricantes


• 1 Fuente de cd variable



• 1 pinza pelacable

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Procedimiento Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo

de la práctica.















1. Identificar el sensor de película de nicromo

2. Tener listos los manuales de sensores

PT-Bachiller




Desarrollo

1. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1que se muestra utilizando los manuales del fabricante.


3. Mide la diferencia de potencial del puente con un Multímetro colocando las puntas de medición en E1 y E2, (de esta forma medirás E1-E2)

4. Determina el cambio en la resistencia del sensor (∆R) debido a la compresión que sufre utilizando la ecuación: (E1-E2) = E(∆R/4R)

5. Determina según lo anterior el cambio o incremento de voltaje que produce el sensor por cada incremento de su resistencia ∆R.

6. Aplica una leve deformación a tu sensor y determina el voltaje diferencial midiendo con un Multímetro.

7. Determina ahora el cambio en la resistencia del sensor mediante la ecuación del punto 4.

8. Determina la sensibilidad del sensor expresada como: Volts/Ohms

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Desarrollo

9. Identifica en manuales del fabricante el tipo de sensor utilizado

10. Compara tus resultados de ∆R y la sensibilidad con los datos del fabricante

11. Explica las posibles diferencias

12. Elabora conclusiones describiendo el funcionamiento de tu elemento sensor







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Operación de un sensor de deformaciones

Nombre del alumno:




+ Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.

+ Utilizó la ropa y el equipo de trabajo.

1. Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica.

2. Identificó el sensor de película de nicromo.

3. Tuvo listos los manuales de sensores.

4. Armó, en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante.

5. Verificó todas las conexiones del circuito antes de energizar.

6. Midió la diferencia de potencial del puente con el multímetro, colocando las puntas de medición en E1 y E2 (de esta forma midió E1-E”.

7. Determinó el cambio en la resistencia del sensor (∆R) debido a la compresión que sufre utilizando la ecuación: (E1-E2) = E(∆R/4R).

8. Determinó, según el paso anterior, el cambio o incremento de voltaje que produce el sensor por cada incremento de su resistencia ∆R.

9. Aplicó una leve deformación al sensor y determinó el voltaje diferencial, midiéndolo con un multímetro.

10. Determinó el cambio en la resistencia del sensor, aplicando la ecuación del punto 4.

11. Determinó la sensibilidad del sensor expresada como Volts/Ohms.

12. Identificó en los manuales del fabricante el tipo de sensor

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utilizado. 13. Comparó los resultados de ∆R y la sensibilidad con los datos del

fabricante.

14. Explicó las posibles diferencias.

15. Elaboró conclusiones, describiendo el funcionamiento del sensor

16. Discutió la conclusión con los compañeros de grupo.

17. Desarmó los circuitos, según las normas de seguridad aplicables.

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio: Hora de término: Evaluación:

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2



Operación de un transductor de temperatura


Al finalizar la práctica el alumno identificará los principios de operación de un transductor de temperatura como elemento de un sistema de control.

Escenario Taller

Duración 2 hrs.

Materiales Maquinaria y Equipo Herramienta • 1 CI AD590 (Analog Devices) • 1 CI Amp. Op. De propósito general • 2 resistor de 10 KΩ • 1 potenciómetro de 50 KΩ • Manual Analog Devices • manual de Amp. Op.

• 1 Multímetro Digital. • 1 Fuente simétrica de 15V de cd

• 1 pinza de punta. • 1 pinza de corte. • 1 pinza pelacable

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práctica.















1. Identificar el elemento transductor AD590.

2. Tener listos los manuales de transductores y sensores.

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Desarrollo

1. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1que se muestra utilizando los manuales del fabricante para ver la configuración de pines tanto del AD590 como del Amp. Op.


3. Energiza el circuito

4. Con ayuda de un Multímetro mide la corriente IT

5. Determina la función del Amp. Op en el circuito

6. Con ayuda de un Multímetro mide el voltaje a la salida el operacional

7. Según las mediciones realizadas revisa en un manual los datos del fabricante y compáralos con los obtenidos

8. Explica por que el AD590 se representa como una fuente de corriente en el circuito

9. Según el resistor de retroalimentación (Rf), determina el cambio en voltaje que produce una corriente de 1 μA de acuerdo a la expresión: ∆V = (1 μA)(Rf). Lo que significa que si IT cambia en 1 μA se produce una alteración de 10mV en la salida Vo.

10. De acuerdo a lo dicho en el punto 9 determina la sensibilidad del transductor AD590

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Desarrollo expresada en mV/ºC.

11. Consulta el dato de sensibilidad del transductor en el manual del fabricante y compara tus resultados.

12. Explica las posibles diferencias

13. Elabora conclusiones describiendo el funcionamiento de tu elemento sensor







PT-Bachiller





Operación de un transductor de temperatura

Nombre del alumno:






1. Aplicó las medidas ecológicas durante la realización de la práctica

2. Armó en protoboard, el circuito de la figura 1, utilizando los manuales del fabricante para ver la configuración de pines del AD590 como del Amp. Op.

3. Verificó todas las conexiones del circuito antes de energizar

4. Energizó el circuito

5. Midió la corriente IT con ayuda del Multímetro.

6. Determinó la función del Amp. Op en el circuito

7. Midió el voltaje a la salida el operacional con ayuda del Multímetro

8. Revisó en el manual del fabricante los datos obtenidos y los comparó con los obtenidos, Según las mediciones realizadas.

9. Explicó por qué el AD590 se representa como una fuente de corriente en el circuito

10. Determinó el cambio en voltaje que produce una corriente de 1 μA de acuerdo a la expresión: ∆V = (1 μA)(Rf). Lo que significa que si IT cambia en 1 μA se produce una alteración de 10mV en la salida Vo, según el resistor de retroalimentación (Rf)

11. Determinó la sensibilidad del transductor AD590 expresada en

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mV/ºC, de acuerdo con los dicho en el punto 9. 12 Consultó el dato de sensibilidad del transductor en el manual del fabricante y comparó los resultados

13 Explicó las posibles diferencias

14 Elaboró conclusiones describiendo el funcionamiento del sensor

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio: Hora de término:

Evaluación:

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2



Operación de un circuito servoamplificador como elemento de control


Al finalizar la práctica el alumno identificará los principios de operación de un servoamplificador mediante las ecuaciones que describen su funcionamiento.

Escenario Taller Duración 2 hrs.


• 2 CI Amp. Op. LM741

• 4 resistor de 10 KΩ

• 1 resistor de 100 KΩ

• 1 Capacitor de 1 μF

• Manual de Amp. Op.


• 1 Fuente simétrica de 15V de cd

• 1 Fuente de 15Vcd variable



• 1 pinza pelacable

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Procedimiento
















1. Identificar Los elementos a utilizar como Amp. Op. Y resistores

2. Tener listos los manuales de Amp.Op..

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Desarrollo

1. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1que se muestra utilizando los manuales del fabricante para ver la configuración de pines de los Amp. Op.


3. Calcula las condiciones de equilibrio(los valores de Vf, Vo, VR y Vcap) para el servomecanismo anterior con las ecuaciones siguientes:

Vo = 2Vf = 2Ei = -VR Vcap = Ei – VR = 3Ei

4. Energiza el circuito

5. Con ayuda de la fuente variable alimenta la entrada Ei con un voltaje de 2V como se muestra en la figura

6. Utiliza tu Multímetro y mide las condiciones de equilibrio de tu circuito.

7. Compara tus mediciones con las obtenidas en el punto 3.

8. Aumenta el voltaje Ei hasta 4V

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Desarrollo 9. Repite los puntos 3 y 6 para estas nuevas condiciones.

10. Determina el tiempo que necesita el servoamplificador para alcanzar el equilibrio respecto de la señal de entrada con la ecuación: T = 3RiC, donde T es el tiempo necesario para el equilibrio.

11. Compara tus mediciones con las obtenidas en el punto 3

12. Explica las posibles diferencias de tus comparaciones

13. Elabora conclusiones describiendo el funcionamiento de tu servomecanismo







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Operación de un circuito servoamplificador como elemento de control

Nombre del alumno:






1. Identificó Los elementos a utilizar como Amp. Op. Y resistores

2. Tuvo listos los manuales de Amp.Op

3. Armó en protoboard, el circuito de la Figura 1que se muestra utilizando los manuales del fabricante para ver la configuración de pines de los Amp. Op.


5. Calculó las condiciones de equilibrio(los valores de Vf, Vo, VR y Vcap) para el servomecanismo anterior con las ecuaciones siguientes: Vo = 2Vf = 2Ei = -VR Vcap = Ei – VR = 3Ei

6. Energizó el circuito

7. Alimentó la entrada

8. Energiza el circuito Ei con un voltaje de 2V como se muestra en la figura, con ayuda de la fuente variables

9. Midió las condiciones de equilibrio del circuito, utilizando el multímetro

10. Comparó las mediciones con las obtenidas en el punto 3

11. Aumentó el voltaje Ei hasta 4V

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11. Repitió los puntos 3 y 6 para nuevas condiciones

13. Determinó el tiempo que necesita el servoamplificador para alcanzar el equilibrio respecto de la señal de entrada con la ecuación: T = 3RiC, donde T es el tiempo necesario para el equilibrio.

14. Comparó las mediciones con las obtenidas en el punto 3

15. Explicó las posibles diferencias ante los compañeros

Observaciones:

PSP:

Hora de

inicio: Hora de

término: Evaluación:

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2



Identificación de sistemas de control


Al finalizar la práctica el alumno identificará los tipos de sistemas de control electrónicos utilizados en la industria así como todos y cada uno de sus componentes.

Escenario Taller

Duración 2 hrs.


• Diagramas de sistemas de control.

• Circuitos de sistemas de control

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Procedimiento Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del

desarrollo de la práctica.















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Desarrollo

1. Determina las características de un sistema de control en lazo abierto

2. Determina las características de un sistema en lazo cerrado

3. Elabora un cuadro sinóptico de las ventajas y desventajas de cada uno de ellos

4. Compara ambos tipos de sistemas

5. Para el sistema de la figura 1. identifica cada una de las características enlistadas en el punto 3

6. Determina que tipo de sistema es (lazo cerrado o abierto).

7. Identifica cada una de las partes que componen el sistema y describe la función de cada una de ellas

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Desarrollo

8. La figura 2 muestra el circuito de control para el flujo de agua para el control de humedad de la bodega anterior. Repite los puntos 6 y 7 para este sistema.

9. Elabora conclusiones personales de ambos sistemas







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Identificación de sistemas de control

Nombre del alumno:






1. Aplico las medidas ecológicas durante la realización de la práctica

2. Determinó las características de un sistema de control en lazo abierto

3. Determinó las características de un sistema en lazo cerrado

4. Elaboró un cuadro sinóptico de las ventajas y desventajas de cada uno de ellos

5. Comparó ambos tipos de sistemas

6. Elaboró conclusiones de ambos sistemas

7. Discutió las conclusiones con los compañeros de grupo

8. Desarmó los circuitos, según las normas de seguridad aplicables

9. Guardó en el lugar correspondiente los dispositivos, los materiales y los equipos utilizados

10. Guardó en el lugar indicado los manuales de fabricante utilizados

11. Limpió el área de trabajo

12. Elaboró un reporte del análisis de los dispositivos de control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las

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conclusiones

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio: Hora de término:

Evaluación:

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RESUMEN

En este capítulo 2 hemos estudiado otro tipo de controladores que, a diferencia de los controladores del capítulo 1, estos son del tipo analógico. Para comenzar el estudio de los controladores del tipo analógico hemos estudiado, en el tema 2.1.1., los dispositivos conocidos como Amplificadores Operacionales. Estos dispositivos son de suma importancia ya que pueden funcionar como elementos acondicionadores de señal por medio de la amplificación en elementos sensores que fueron estudiados posteriormente. Las configuraciones del A.O. han sido estudiadas con la intención de deducir las posibles aplicaciones en elementos de control de sistemas industriales. Nuevamente, como en el capítulo anterior, se han incluido algunos aspectos de la normalización ANSI/IEEE para este tipo de dispositivos y una parte que habla de detección de fallas para que el alumno vaya familiarizándose y desarrollando su capacidad de análisis en circuitos con A. O.

En el tema 2.1.2 se han visto las características de operación de otros elementos conocidos como convertidores Analógico-Digital y Digital-Analógico tomando como base al A. O. como parte fundamental y Principio de los convertidores DAC y ADC. Nuevamente se han estudiado las características de los DAC y ADC con el objeto de determinar su aplicación como parte de sistemas de control o bien como elementos acondicionadores de señal en elementos sensores y procesamiento de datos en u sistema industrial ya que, como es bien sabido, una señal digital es más fácil de manipular que una señal analógica. Como parte importante de un sistema de proceso industrial debemos mencionar que han sido estudiados los elementos captadores de variables para llevar a cabo dicho proceso ,es decir, han sido estudiados lo elementos sensores de señal y sus principios de operación. Como parte complementaria de un sensor hemos a su vez, estudiado los elementos transductores que transforman la señal recibida por el elemento sensor en una señal

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manipulable y perfectamente medible tal como, una señal eléctrica. Los criterios para selección de un transductor también has sido estudiados de tal forma, que el alumno pueda a su vez determinar el tipo de transductor que requiera un sistema según el tipo de señal, resolución, etc. En los temas siguientes se comienza el estudio de los elementos finales o actuadores en un sistema industrial. Comenzamos con los servomecanismos como elementos posicionadores en sistemas automáticos ya que por ser sistema retroalimentados se gobiernan de manera autónoma. Los elementos siguientes son los denominados válvulas que son elementos controladores de flujo y que de esta forma pueden ser de dos tipos: hidráulicos y neumáticos. Estos elementos son también del tipo actuador ya que regulando el flujo permiten el control de una variable física. Por último, los elementos actuadores finales estudiados son los relevadores

y contactores que son necesarios como elementos de interface entre sistemas de baja potencia que requieren activar elementos de potencias más grandes. Para todos los temas de actuadores se han incluidos algunas normas técnicas establecidas por ANSI/IEEE con el objeto de que el alumno pueda seleccionar elementos actuadores tomando en cuenta las normas necesarias que rigen en la selección de los mismos. Se incluyeron así mismo, temas de detección de fallas de tal forma que el alumno pueda desarrollar su capacidad de análisis en diversos casos en los que pueden malfuncionar los elementos actuadores. Para finalizar el capítulo 2 se desarrolló una breve explicación de los distintos tipos de diagramas en los que puede ser representado un sistema de control industrial de tal forma, que el alumno sea capaz de identificar os elementos de control dentro de un sistema generalizado de proceso industrial.

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AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 2

1. Describa un procedimiento para poder reconocer si un controlador es análogo o digital

2. Defina que es un servomecanismo y cuales son los elementos que lo conforman

3. Explique las diferencias básicas que existen entre un sistema de control y un servosistema

4. Defina el concepto de actuador neumático

5. Escriba las diferencias y similitudes entre actuadores neumáticos, eléctricos e hidráulicos

6. Indique cuales son las funciones de los servomecanismos en un robot.

7. Explique que es y como funciona un resolver

8. Defina que es una servo válvula

9. Haga una clasificación de los DRIVERS.

10. Describa el funcionamiento de un Encoder

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RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS

Capítulo 2

1. Se debe conectar la salida del controlador a un osciloscopio, para observar el tipo de señal proporcionado por el controlador si esta es continua entonces se asume que es un dispositivo analógico, de lo contrario es digital.

2. Un servomecanismo es un sistema de control retroalimentado que se encarga de gobernar la posición, velocidad o aceleración de un sistema. También esta conformado de un actuador, sensor, planta y controlador adecuados a el tipo de variable que se desea controlar.

3. Un servosistema es un sistema de control, la única diferencia es que un servosistema solo controla velocidad, posición y aceleración. Y un sistema de control se refiere al control de cualquier tipo de planta.

4. Un neumático es el que se encarga de proporcionar la fuerza necesaria en un sistema de control para mantener la variable controlada dentro de un valor preestablecido, lo referente a un actuador neumático, es únicamente el tipo de energía que el actuador utiliza para modificar la variable manipulada.

5. Como todos son actuadores son los que proporcionan la fuerza al sistema, pero el tipo de energía que utilizan difiere en cada uno y el actuador recibe su nombre de acuerdo a ese tipo de energía, muchas veces los actuadores neumáticos e hidráulicos proporcionan movimientos lineales, mientras que los eléctricos proporcionan movimientos circulares.

6. Los servomecanismos en un robot son los que se encargan de proporcionar el movimiento a cada una de las articulaciones del mismo, para esto se pueden usar motores a pasos, motores de c.d. o motores de c.a. controlados por drives concordantes con el tipo de motor.

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7. Los resolver son sensores de velocidad angular los cuales tienen dos bobinas alojadas una en el rotor y otra en el rotor, donde los devanados del estator generan un voltaje estacionario y este se induce con un determinado ángulo en el estator lo cual provoca señales de voltaje que son obtenidas como un valor proporcional a la velocidad del motor.

8. Una servo válvula es una válvula con control de apertura eléctrico. Este control se puede realizar con diferentes servomecanismos basaos en sensores de presión flujo y/o posición.

9. Los drivers son controladores de velocidad, posición y aceleración para máquinas eléctricas existen básicamente dos tipos, uno de c.d. y otro de c.a. estos elementos pueden programarse y conseguir una curva de velocidad, es decir alcanzar su velocidad nominal en un tiempo dado y poder frenar el motor en un tiempo preestablecido.

10. Existen dos tipos de encoder los absolutos y los incrementales, estos están formados por un rotor con una o varias bandas opacas y traslucidas alternadas y por una serie de detectores ópticos alojados en el estator que detectan la presencia o no de una banda opaca frente de ellos, algunos encoders dan un número de pulsos por vuelta y requiere de un contador para poder determinar la posición a partir de la referencia. Otros proporcionan un código digital completo que indica la posición en la que se encuentran.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBNC Campo de aplicación Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia

Laboral que describe el conjunto de circunstancias laborales posibles en las que una persona debe ser capaz de demostrar dominio sobre el elemento de competencia. Es decir, el campo de aplicación describe el ambiente laboral donde el individuo aplica el elemento de competencia y ofrece indicadores para juzgar que las demostraciones del desempeño son suficientes para validarlo.

Competencia laboral Aptitud de un individuo para desempeñar una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresados en el saber, el hacer y el saber-hacer.

Criterio de desempeño Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que se refiere al conjunto de atributos que deberán presentar tanto los resultados obtenidos, como el desempeño mismo de un elemento de competencia; es decir, el cómo y el qué se espera del desempeño. Los criterios de desempeño se asocian a los elementos de competencia. Son una descripción de los requisitos de calidad para el resultado obtenido en el desempeño laboral; permiten establecer si se alcanza o no el resultado descrito en el elemento de competencia.

Elemento de Es la descripción de la realización que debe ser lograda por

competencia una persona en al ámbito de su ocupación. Se refiere a una acción, un comportamiento o un resultado que se debe

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demostrar por lo tanto es una función realizada por un individuo. La desagregación de funciones realizada a lo largo del proceso de análisis funcional usualmente no sobrepasa de cuatro a cinco niveles. Estas diferentes funciones, cuando ya pueden ser ejecutadas por personas y describen acciones que se pueden lograr y resumir, reciben el nombre de elementos de competencia.

Evidencia de Parte constitutiva de una Norma Técnica de

Competencia conocimiento Laboral que hace referencia al conocimiento y comprensión

necesarios para lograr el desempeño competente.

Puede referirse a los conocimientos teóricos y de principios de base científica que el alumno y el trabajador deben dominar, así como a sus habilidades cognitivas en relación con el elemento de competencia al que pertenecen.

Evidencia por producto Hacen referencia a los objetos que pueden usarse como prueba de que la persona realizó lo establecido en la Norma Técnica de Competencia Laboral. Las evidencias por producto son pruebas reales, observables y tangibles de las consecuencias del desempeño.

Evidencia por Parte constitutiva de una Norma Técnica de

desempeño Competencia Laboral, que hace referencia a una serie de resultados y/o productos, requeridos por el criterio de desempeño y delimitados por el campo de aplicación, que permite probar y evaluar la competencia del trabajador. Cabe hacer notar que en este apartado se incluirán las manifestaciones que correspondan a las denominadas habilidades sociales del trabajador. Son descripciones sobre

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variables o condiciones cuyo estado permite inferir que el desempeño fue efectivamente logrado. Las evidencias directas tienen que ver con la técnica utilizada en el ejercicio de una competencia y se verifican mediante la observación. La evidencia por desempeño se refiere a las situaciones que pueden usarse como pruebas de que el individuo cumple con los requerimientos de la Norma Técnicas de Competencia Laboral.

Evidencia de actitud Las Normas Técnicas de Competencia Laboral incluyen también la referencia a las actitudes subyacentes en el desempeño evaluado.

Formación ocupacional Proceso por medio del cual se construye un desarrollo individual referido a un grupo común de competencias para el desempeño relevante de diversas ocupaciones en el medio laboral.

Módulo ocupacional Unidad autónoma integrada por unidades de aprendizaje con la finalidad de combinar diversos propósitos y experiencias de aprendizaje en una secuencia integral de manera que cada una de ellas se complementa hasta lograr el dominio y desarrollo de una función productiva.

Norma Técnica de Documento en el que se registran las especificaciones

Competencia Laboral con base en las cuales se espera sea desempeñada una función productiva. Cada Norma Técnica de Competencia Laboral esta constituida por unidades y elementos de competencia, criterios de desempeño, campo de aplicación y evidencias de desempeño y conocimiento.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBCC

Competencias contextualizadas

Metodología que refuerza el aprendizaje, lo integra y lo hace significativo.

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Competencias Laborales

Se definen como la aptitud del individuo para desempeñar una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresadas en el saber, el saber hacer, el saber ser y el saberestar.

Competencias básicas

Son las que identifican el saber y el saber hacer en los contextos científico teórico, tecnológico, analítico y lógico.

Competencias Analíticas

Estas hacen referencia a los procesos cognitivos internos necesarios para simbolizar, representar ideas, imágenes, conceptos u otras abstracciones. Dotan al alumno de habilidades para inferir, predecir e interpretar resultados.

Competencias Científico – Teóricas

Son las que le confieren a los alumnos habilidades para laconceptualización de principios, leyes y teorías, para la comprensión y aplicación a procesos productivos; y propician la transferencia del conocimiento.

Competencias Lógicas

Se refieren a las habilidades de razonamiento que le permiten analizar la validez de teorías, principios y argumentos, así mismo, le facilitan la comunicación oral y escrita. Estas habilidades del pensamiento le permiten pasar del sentido común a la lógica propia de las ciencias. En estas competencias se encuentra también el manejo de los idiomas.

Competencias Tecnológicas

Hacen referencia a las habilidades, destrezas y conocimientos para la comprensión de las tecnologías en un sentido amplio, que permite desarrollar la capacidad de adaptación en un mundo de continuos cambios tecnológicos.

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Competencias clave

Son las que identifican el saber, el saber hacer, el saber ser y el saber hacer; en los contextos de información, para la sustentabilidad, de calidad, emprendedor y para la vida.

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Competencias para la sustentabilidad

Se refieren a la aplicación de conceptos, principios y procedimientos relacionados con el medio ambiente, para el desarrollo autosustentable.

Competencias de Calidad

Se refieren a la aplicación de conceptos y herramientas de las teorías de calidad total y de aseguramiento de la calidad, y su relación con el ser humano.

Competencias Emprendedoras

Son aquellas que se asocian al desarrollo de la creatividad, fomento del autoempleo y fortalecimiento de la capacidad de autogestoría.

Competencias de información

Se refieren a las habilidades para la búsqueda y utilización de diversas fuentes de información, y capacidad de uso de la informática y las telecomunicaciones.

Competencias para la vida

Competencias referidas al desarrollo de habilidades y actitudes sustentadas en los valores éticos y sociales. Permiten fomentar la responsabilidad individual, la colaboración, el pensamiento crítico y propositivo y la convivencia armónica en sociedad.

Contextualización Puede ser entendida como la forma en que, al darse el proceso de aprendizaje, el sujeto establece una relación activa del conocimiento y sus habilidades sobre el objeto desde un contexto científico, tecnológico, social, cultural e histórico que le permite hacer significativo su aprendizaje, es decir, el sujeto aprende durante la interacción social, haciendo del conocimiento un acto individual y social. Esta contextualización de las competencias le permite al educando establecer una relación entre lo que aprende y su realidad, reconstruyéndola.

Matriz de competencias

Describe las competencias laborales, básicas y claves que se contextualizan como parte de la metodología que refuerza el

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aprendizaje, lo integra y lo hace significativo.

Matriz de contextualización

Presenta de manera concentrada, las estrategias sugeridas a realizar a lo largo del módulo para la contextualización de las competencias básicas y claves con lo cual, al desarrollarse el proceso de aprendizaje, se promueve que el sujeto establezca una relación activa del conocimiento sobre el objeto desde situaciones científicas, tecnológicas, laborales, culturales, políticas, sociales y económicas.

Módulo autocontenido

Es una estructura integral multidisciplinaria y autosuficiente de actividades de enseñanza-aprendizaje, que permite alcanzar objetivos educacionales a través de la interacción del alumno con el objeto de conocimiento.

Módulos autocontenidos específicoes

Están diseñados para atender la formación vocacional genérica en un área disciplinaria que agrupa varias carreras.

Módulos autocontenidos específicos

Están diseñados para atender la formación vocacional y disciplinaria en una carrera específica.

Módulos autocontenidos optativos

Están diseñados con la finalidad de atender las necesidades regionales de la formación vocacional.

A través de ellos también es posible que el alumno tenga la posibilidad de cursar un módulo de otra especialidad que le sea compatible y acreditarlo como un módulo optativo.

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Módulos integradores

Conforman una estructura ecléctica que proporciona los conocimientos disciplinarios científicos, humanísticos y sociales orientados a alcanzar las competencias de formación genérica. Apoyan el proceso de integrac ión de la formación vocacional u ocupacional, proporcionando a los alumnos los conocimientos científicos, humanísticos y sociales de carácter básico y propedéutico, que los formen para la vida en el nivel de educación media superior, y los preparen para tener la opción de cursar estudios en el nivel de educación superior. Con ello, se avala la formación de bachiller, de naturaleza especializada y relacionada con su formación profesional.

Unidades de aprendizaje

Especifican los contenidos a enseñar, proponen estrategias tanto para la enseñanza como para el aprendizaje y la contextualización, así como los recursos necesarios para apoyar el proceso de enseñanza-aprendizaje y finalmente el tiempo requerido para su desarrollo.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

Señal Analógica Es un señal continua en el tiempo es decir, está definida todo un intervalo de tiempo dado.

Actuador Elemento final de un sistema que realiza la corrección final de la señal.

ADC Analog Digital Converter.

AMP. OP. Amplificador Operacional.

Astable Circuito oscilador.

BCD Binary Counter Decade.

Circuito combinatorio Se elabora con compuertas básicas y sus salidas dependen de sus entradas en el tiempo presente.

Circuito secuencial Es aquel circuito digital donde sus salidas dependen de sus entradas presentes y también de las anteriores.

Codificador Circuito combinacional que asigna a cada combinación de entrada una y solo una combinación de salida.

Contactor Dispositivo actuador que consta de un embobinado de alta corriente.

Contador asíncrono Aquel contador en el cual la señal de reloj se va desplazando a la etapa siguiente es decir, la salida de la primera etapa funciona como señal de reloj para la etapa siguiente.

Contador Síncrono Es aquel contador que cambia su estado debido a la presencia de un pulso de reloj.

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DAC Digital Analog Converter.

Demultiplexor Distribuidor de datos.

DEMUX Demultiplexor.

Hidráulico Que opera con un fluido incompresible.

Multiplexor Circuito combinacional que enruta varias señales de entrada a una sola salida.

MUX Circuito multiplexor.

Neumático Que opera con aire.

PIPO Parallel in – Parellel Out.

PISO Parallel In – Serial Out.

Registro Circuito secuencial capaz de almacenar información binaria.

Relevador Dispositivo actuador que consta de un embobinado de baja corriente.

Resolución DAC Número máximo de bits de salida (la salida digital).

Sensor Dispositivo diseñado específicamente para las magnitudes de la variable a evaluar de acuerdo a las compatibilidades físicas de lo que se desea medir y no altera la variable sensada.

Señal binaria Es un señal digital que posee dos valores, es decir, se define con sólo dos niveles de voltaje denominados Alto y bajo.

Servomecanismo Sistema de lazo cerrado capaz de seguir y ajustar su respuesta hacia una señal de entrada.

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SIPO Serial In- Parallel Out.

SISO Serial In – Serial Out.

Sistema en Lazo cerrado

Sistema automático retroalimentado.

Temporizador Circuito controlador de eventos y tiempos de disparo.

Transductor Dispositivo que convierte el valor de una variable controlada en una señal eléctrica.

Válvula Dispositivo que varía el flujo de un fluido en el proceso.

Variable Magnitud de una señal que no permanece constante en el tiempo.

AMP. OP. Amplificador Operacional ADC Analog Digital Converter DAC Digital Analog Converter Resolución DAC Número máximo de bits de salida (la salida digital). Transductor Dispositivo que convierte el valor de una variable controlada en una

señal eléctrica Sensor dispositivo diseñado específicamente para las magnitudes de la

variable a evaluar de acuerdo a las compatibilidades físicas de lo que se desea medir y no altera la variable sensada

Servomecanismo Sistema de lazo cerrado capaz de seguir y ajustar su respuesta hacia una señal de entrada

Sistema en Lazo cerrado

Sistema automático retroalimentado

Válvula Dispositivo que varía el flujo de un fluido en el proceso. Solenoide Bobina Neumático Que opera con aire Hidráulico Que opera con un fluido incompresible Relevador Dispositivo actuador que consta de un embobinado de baja

corriente Contactor Dispositivo actuador que consta de un embobinado de alta

corriente

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Actuador Elemento final de un sistema que realiza la corrección final de la señal

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REFERENCIAS DOCUMENTALES

• Cughlin, Robert F. Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. México, Pearson Educación. 1999.

• Boylestad, Robert y Louis Nashelsky. Fundamentos de Electrónica. México, Prentice – Hall.1995

• Maloney, Timothy J. Electrónica Industrial Moderna. Tercera edición; México, Prentice – may, 1997.

• Mileaf, Harry. Electrónica, serie 1-7. Editorial Limusa, México 1995.

• Rodríguez V., Luis Alfonso. Electrónica Digital Moderna. Tomo 2. Compañía Editorial Tecnológica (CEKIT), Colombia 1999.

Páginas Web:

· http://www.national.com/

· www.semiconductor.agilent.com

· http://www.motorola.com/

· http://users.otenet.gr/~athsam/

· http://www.comunidadelectronicos.com

Manual Teórico Práctico del Módulo Autocontenido ......IV. Normas de competencia laboral 10 V....

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