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Matricula: 1480459 Hora: N1-N3, Salon: 1204, Maestro: Cristian Lara

lunes, 26 de noviembre de 2012

Temario de Introducion a la Mecatronica.

1.- Generalidades de la Ingeniería Mecatrónica.
     
     1.1- Desarrollo histórico de la Mecatrónica.
     1.2- Panorama general de la carrera de Ingeniero en Mecatrónica.
     1.3- Perfil y campo de desarrollo del Ingeniero en Mecatrónica
     1.4- Conceptos de ciencia en ingeniería.

2.-Introduccion a sistemas Mecatrónicos.
     
     2.1- Sensores y transductores.
     2.2- Acondicionamiento de señales.
     2.3- Sistemas de actuación mecánicos, eléctricos, neumáticos e hidráulicos.
     2.4- Modelado de sistemas básicos.
     2.5-Microprosesadores.
     2.6-Controladores programables.

3.- Integración de sistemas mecánicos.
     
     3.1- Metodología para la solución de problemas.
     3.2- Criterios de selección de componentes y dispositivos.
     3.3- Integración de componentes y dispositivos.

4.- Aspectos legales de la ingeniería.
    
     4.1- Normas nacionales.
     4.2- Normas Internacionales.
     4.3- Registros y patentes.

5.- Aspectos éticos de la ingeniería.
    
     5.1- Código de ética profesional del Ingeniero Mexicano.
     5.2- Integración con el medio ambiente.
     5.3- Impacto social de la automatización.


6.- Referencias.

domingo, 25 de noviembre de 2012

1.- GENERALIDADES DE LA INGENIERÍA MECATRÓNICA.



     
     1.1- Desarrollo histórico de la Mecatrónica.
     1.2- Panorama general de la carrera de Ingeniero en Mecatrónica.
     1.3- Perfil y campo de desarrollo del Ingeniero en Mecatrónica
     1.4- Conceptos de ciencia en ingeniería.

sábado, 24 de noviembre de 2012

1.1- Desarrollo histórico de la Mecatrónica.




El nombre Mecatrónica se originó en 1969 por Tetsuro Mori, un ingeniero de la empresa japonesa Yaskawa Electric Co, recibiendo aquella en 1971, el derecho de marca. En un principio, su objetivo era simplificar y mejorar el funcionamiento de sistemas mecánicos mediante el remplazo de partes móviles por sistemas electrónicos; después, descubrieron que se podían crear sistemas más complejos mediante la fusión de la mecánica, la electrónica y las tecnologías de computación, mismas que dieron origen a las máquinas de control numérico. Después de 1980, el término comenzó a ganar popularidad, además, se integró el uso de tecnología computacional.

En 1982 Yaskawa permite el libre uso del término. Al principio, la Mecatrónica se ocupó principalmente de la tecnología de servomecanismos usada en productos como puertas automáticas, máquinas automáticas de autoservicio y cámaras auto-focus. En este enfoque pronto se aplicaron métodos avanzados de control. En los años ochenta, cuando la tecnología de la información fue introducida, los ingenieros empezaron a incluir microprocesadores en los sistemas mecánicos para mejorar su desempeño. Las máquinas de control numérico y los robots se volvieron más compactos, mientras que las aplicaciones automotrices como los mandos electrónicos del motor y los sistemas anti cerrado y frenando se hicieron extensas. Por los años noventa, se agregó la tecnología de comunicaciones, creando productos que podían conectarse en amplias redes. Este avance hizo posibles funciones como la operación remota de manipuladores robóticos. Al mismo tiempo, se están usando novedosos microsensores y microactuadores en nuevos productos. Los sistemas microelectromecánicos como los diminutos acelerómetros de silicio que activan las bolsas de aire de los automóviles.

Hoy en día la mecatrónica es la base del desarrollo tecnológico, ya que esta presente en todos los procesos de automatización, el desarrollo de dispositivos bio-tecnológicos y en la creación de robots y maquinas inteligentes.

viernes, 23 de noviembre de 2012

1.2- Panorama general de la carrera de Ingeniero en Mecatrónica.






La Mecatrónica representa un nuevo nivel de integración multidisciplinario para la tecnología de la manufactura, los procesos y los productos. Esta disciplina está incrementando la rapidez con que se transforman las ideas en productos más avanzados y funcionales. Actualmente se reconoce que el futuro en la innovación tecnológica vendrá con la optimización de la unión entre los sistemas electrónicos y los sistemas mecánicos. Esta unión es ya un hecho en algunas aplicaciones de manufactura avanzada, sistemas de producción y en el diseño de productos.
El objetivo de la carrera de ingeniería Mecatrónica es formar profesionales de alto nivel,  capaces  de trabajar a través de las fronteras de las disciplinas componentes  (ingeniería mecánica, ingeniería electrónica,  sistemas  de  control y  computación / tecnología  de  la  información),   para   identificar y usar la combinación correcta de tecnologías, como  la mecánica  de precisión, el control y los sistemas de cómputo que  provean  la  solución óptima al desarrollo de productos, procesos y sistemas autónomos, programables e inteligentes.
Debido a los avances de la tecnología, existe una gran demanda de la industria por contratar ingenieros cuyas habilidades y conocimientos no estén confinados a una sola área, sino a aquellos que son capaces de comunicarse sobre las barreras tecnológicas del diseño, la electrónica, la computación y la ingeniería mecánica. 
El ingeniero en Mecatrónica es un profesionista que atenderá de manera especial  las  necesidades  y  problemáticas  de una sociedad globalizada. Contando para ello con una salida base de conocimientos básicos, así como en las áreas de diseño mecánico, sistemas de control, electrónica industrial y computación.
La integración de la ingeniería electrónica, la ingeniería eléctrica, la tecnología de cómputo y la ingeniería de control o la ingeniería mecánica es cada vez mas frecuente en el diseño, fabricación y mantenimiento de una vasta gama de productos y procesos de ingeniería.
Lo anterior trae consigo la necesidad de que ingenieros y técnicos adopten un enfoque interdisciplinario e integrado en la ingeniería.
Esta formación le permitirá diseñar, implementar, administras, supervisar, operar y dar mantenimiento a procesos requeridos de una mecánica de precisión. Las formación en valores y ética, le permitirá que la toma de decisiones en su ámbito profesional, sea siempre pensando en lograr las mejores condiciones y oportunidades de trabajo para las personas.

jueves, 22 de noviembre de 2012

1.3- Perfil y campo de desarrollo del Ingeniero en Mecatrónica.


Perfil de un ingeniero en Mecatrónica

Toda acción que ejecuta un ingeniero, debe de estar basado en su criterio y ética  profesional, el ingeniero debe poseer las siguientes características:

Los ingenieros deben reconocer que vida, seguridad, salud y  bienestar de la población dependen de su juicio.
Proponer soluciones, integrando tecnologías emergentes de la Mecatrónica.
Controlar, automatizar, operar, supervisar, evaluar y mantener procesos mecatrónicos.
Interactuar, integrar y comunicarse con equipos multidisciplinarios.
Identificar áreas de oportunidad para analizar y comprender problemas de Ingeniería, proponiendo soluciones integrales con tecnologías emergentes, con un sentido de desarrollo sustentable.
Administrar y asegurar la calidad, eficiencia, productividad y rentabilidad de los sistemas y procesos mecatrónicos.
Participar en el desarrollo, transferencia, adaptación y asimilación de tecnologías en Ingeniería Mecatrónica.
No se deben aprobar planos o especificaciones que no tengan un diseño seguro.
Comprometerse a mejorar el ambiente.
Deben emitir informes públicos. Se debe expresar la información en forma clara y honesta.
Acrecentar honor, integridad y dignidad de la profesión.

Campo de desarrollo

El enfoque de la Ingeniería Mecatrónica está encaminado hacia el área industrial, la investigación tecnológica y el desarrollo tecnológico.
El ingeniero tiene oportunidad laboral en empresas de los siguientes sectores:

  • Automotriz
  • De transformación
  • Del cemento
  • De plástico
  • Metalmecánica
  • Química
  • De alimentos
  • De papel
  • De cemento
  • Textiles                          
  • Madera
  • Electrónica
  • Agroindustrial
  • Transporte
  • Petrolera                                 
  • Del acero
  • De procesos extractivos
  • Empresas constructoras
  • De generación de energía
  • De enseres domésticos

miércoles, 21 de noviembre de 2012

1.4- Conceptos de ciencia en ingeniería.


La ciencia:

 Es un proceso de adquisición de conocimiento empírico y la organización de dicho conocimiento, o bien, el conocimientos susceptibles de probarse, sistematizados, realizables y dirigidos a objetos de una misma naturaleza. Esta serie de conocimientos pueden ser ciertos o probables, racionales, sistematizados y verificables, dirigidos a objetos de igual naturaleza. Dicho de otra manera el único objeto de la ciencia es comprender el mundo en que vive el hombre.

La ingeniería:

Se define como la profesión en la cual los conocimientos de las matemáticas y las ciencias naturales obtenidos a través del estudio, la experiencia y la práctica, son aplicados con criterio y con conciencia al desarrollo de medios para utilizar económicamente con responsabilidad social y basados en una ética profesional, los materiales y las fuerzas de la naturaleza para beneficio de la humanidad.

La Mecatrónica:

Es la sinergia de varias disciplinas en ingenierías, por lo que la hace una ingeniería muy completa por los campos que la conforman, de los cuales los más importantes  son: la mecánica, la eléctrica, los sistemas de control y la computación.

La mecánica:

Es la rama de la física que describe y predice las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.

La electrónica:

Es una ciencia aplicada que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas en una gran variedad de dispositivos, desde las válvulas termoiónicas hasta los semiconductores.

Los sistemas de control:

Son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.

La Computación:

Es la disciplina que busca establecer una base científica para resolver problemas mediante el uso de dispositivos electrónicos y sistemas computacionales.

martes, 20 de noviembre de 2012

2.-INTRODUCCION A SISTEMAS MECATRÓNICOS.



     2.1- Sensores y transductores.
     2.2- Acondicionamiento de señales.
     2.3- Sistemas de actuación mecánicos, eléctricos, neumáticos e hidráulicos.
     2.4- Modelado de sistemas básicos.
     2.5-Microprosesadores.
     2.6-Controladores programables.

domingo, 18 de noviembre de 2012

2.1-Sensores y Transductores.

Un trasductor es un dispositivo que trasnforma un tipo de variable fisica.
Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés. Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad).
Cualquier sensor o transductor necesita esta calibrado para ser útil como dispositivos de medida. La calibración es el procedimiento mediante el cual se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida convertida.

Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida.


Los dos tipos son:

•  Transductores analógicos
•  Transductores digitales

Los transductores analógicos:
Proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.

Los transductores digitales:
Producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.
 
Características deseables de los transductores:

Exactitud:
La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero.

Precisión:
La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.

Rango de funcionamiento:
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango.

Velocidad de respuesta:
El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.

Calibración:
El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibración.

Fiabilidad:
El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.

Clasificación de los sensores

Internos: información sobre el propio robot

•  Posición (potenciómetros, inductosyn, ópticos...)
•  Velocidad (eléctricos, ópticos...)
•  Aceleración
Externos: información sobre lo que rodea al robot

• Proximidad (reflexión lumínica, láser, ultrasonido...)
• Tacto (varillas, presión, polímeros...)
• Fuerza (corriente en motores, deflexión...)
• Visión (cámaras de tubo)
 
Según el tipo de magnitud física a detectar podemos establecer la siguiente clasificación:

•  Posición lineal o angular.
•  Desplazamiento o deformación.
•  Velocidad lineal o angular.
•  Aceleración.
•  Fuerza y par.
•  Presión.
•  Caudal.
•  Temperatura.
•  Presencia o proximidad.
•  Táctiles.
•   Intensidad lumínica.
•   Sistemas de visión artificial.
 
Otro tipo de clasificación es diferenciar entre sensores activos o pasivos. Los sensores pasivos requieren de una alimentación para efectuar su función, mientras que los activos general la señal sin necesidad de alimentación externa
Los sensores externos son los elementos que permiten al robot interactuar con su ambiente de una manera flexible. Aunque muchos de los robots actuales ( sobre todo los de las industrias) trabajan de una forma preprogramada, el uso de los sensores externos como apoyo en la ejecución de tareas es cada día más amplio. Los sensores externos dan al robot mayor independencia del entorno concreto en el que se mueven, lo que se traduce en un mayor grado de "inteligencia".
Los sensores táctiles son dispositivos que indican el contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza.

Sensores de Contacto:
Los sensores de contacto nos indican simplemente si ha habido contacto o no con algún objeto, sin considerar la magnitud de la fuerza de contacto. Suelen ser dispositivos sencillos cuyo uso es muy variado.
Se pueden situar en las pinzas de los brazos de robot para determinar cuando se ha cogido un objeto, pueden formar parte de sondas de inspección para determinar dimensiones de objetos, o incluso pueden situarse en el exterior de las pinzas para ir tanteando un entorno.
Estos sensores suelen ser interruptores de límite o microinterruptores, que son sencillos dispositivos eléctricos que cuando se contacta con ellos cambian de estado.

Sensores de fuerza:
Los sensores de fuerza determinan, Además de si ha habido contacto con un objeto como los anteriores, la magnitud de la fuerza con la que se ha producido dicho contacto. Esta capacidad es muy útil ya que permitirá al robot poder manipular objetos de diferentes tamaños e incluso colocarlos en lugares muy precisos. Para detectar la fuerza con la que se ha contactado con un objeto existen diversas técnicas
 
Muñeca detectora de fuerza:
Consta de un célula de carga que se sitúa entre la muñeca y las pinzas del brazo. Su objetivo es proporcionar información sobre las tres componentes de la fuerza (Fx,Fy,Fz) y sobre sus tres momentos en velocidad con la que se mueve el brazo es considerable, resulta difícil poder controlar sus movimientos lo suficientemente rápido como para que no provoque ninguna catástrofe (como el aplastamiento de algún objeto).

Sensores de Array táctil:
Es un tipo especial de sensores de fuerza ya que en realidad está constituido por una matriz de pequeños sensores de fuerza. Debido a esta característica, permiten además reconocer formas en los objetos que se está manipulando. Este tipo de dispositivos suelen montarse en las pinzas de los brazos de robot.
Cada uno de los sensores de fuerza que componen la matriz suele ser una almohadilla elastomérica, que cuando se comprime cambia su resistencia eléctrica de manera proporcional a la fuerza aplicada. Midiendo esa resistencia es cuando podemos obtener la información acerca de la fuerza. La resolución de este tipo de sensores vendrá dada lógicamente por las dimensiones de la matriz de sensores.
Un factor muy importante y que puede resultar un problema al diseñar este tipo de sensores es el grado de desgaste de la superficie de contacto.

 Sensores blindados y sin blindaje:
Sensores blindados.- Incluyen una banda de metal que rodea al núcleo de ferrita y a la bobina. Esto ayuda a dirigir el campo electromagnético a la parte frontal del sensor.
Sensor blindado.
Sensores sin blindaje.- No tienen banda metálica; no obstante, cuentan con una distancia de operación mayor y tienen la capacidad de censar lateralmente.

Sensores inductivos:
• Consiste en un dispositivo conformado por:
•  Una bobina y un núcleo de ferrita.
•  Un oscilador.
•  Un circuito detector (etapa de conmutación)
•  Una salida de estado sólido.

El oscilador crea un campo de alta frecuencia de oscilación por el efecto electromagnético producido por la bobina en la parte frontal del sensor centrado con respecto al eje de la bobina. Así, el oscilador consume una corriente conocida. El núcleo de ferrita concentra y dirige el campo electromagnético en la parte frontal, convirtiéndose en la superficie activa del sensor.
Cuando un objeto metálico interactúa con el campo de alta frecuencia, se inducen corrientes EDDY en la superficie activa. Esto genera una disminución de las líneas de fuerza en el circuito oscilador y, en consecuencia, desciende la amplitud de oscilación.
El circuito detector reconoce un cambio específico en la amplitud y genera una señal, la cual cambia (pilotea) la salida de estado sólido a "ON" u "OFF". Cuando se retira el objeto metálico del área de senado, el oscilador genera el campo, permitiendo al sensor regresar a su estado normal.

Sensor capacitivo:
Un sensor capacitivo es adecuado para el caso de querer detectar un objeto no metálico. Para objetos metálicos es más adecuado escoger un sensor inductivo.
Para distancias superiores a los 40 mm es totalmente inadecuado el uso de este tipo de sensores, siendo preferible una detección con sensores ópticos o de barrera.

 Los sensores capacitivos funcionan de manera similar a un capacitor simple.
La lámina de metal en el extremo del sensor esta conectado eléctricamente a un oscilador. El objeto que se detecta funciona como una segunda lámina. Cuando se aplica energía al sensor el oscilador percibe la capacitancia externa entre el objetivo y la lámina interna. Los sensores capacitivos funcionan de manera opuesta a los inductivos, a medida que el objetivo se acerca al sensor capacitivo las oscilaciones aumentan hasta llegar a un nivel limite lo que activa el circuito disparador que a su vez cambia el estado del switch.

 Sensores Ultrasónicos:
Existe una línea versátil de sensores que incluyen 30 mm de laminilla metal y albergues plásticos en dos estilos de albergue rectangulares.
Es estrecho análogo y con rendimientos a dispositivos discretos extensamente, sensor múltiple de posicionamiento censando los rasgos ambientales del entorno del robot.


sábado, 17 de noviembre de 2012

2.2- Acondicionamiento de señales.


La señal de salida del sensor de un sistema de medición en general se debe procesar de una forma adecuada para la siguiente etapa de la operacion. La señal puede ser, por ejemplo, demasiado pequeña y sería necesario amplificarla; ser analógica y requerir su capitalización  ser digital y convertirla en analógica. A todas estas modificaciones se les designa en general con el término acondicionamiento de señal.

Procesos de acondicionamiento de señal

Protección:

Para evitar daño al siguiente elemento, conviertes una señal en un tipo de señal adecuada , obteniendo el nivel adecuado de la señal, eliminación o recondución de ruido, manipulador de la señal.

Amplificador inversor:

EL amplificador tiene una ganancia de voltaje de unos 100000 y el cambio del voltaje de salida en general se elimina  +- 10.00 Vy - 10.00V

Amplificador sumador:

se considera el circuito de un amplificador operacional inverso en el que la retro alimentación la realiza el capacitador

Amplificador diferencial:

El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada.

Amplificador logarítmico:

El amplificador logarítmico es un ejemplo de un acondicionamiento de señal para cambiar o modificar la salida de un sensor

Comparador:

Un comparador indica cual de dos voltajes es mayor y con ese fin se puede utilizar un amplificador operacional sin retroalimentación u otros componentes.

Errores de los amplificadores:

Los amplificadores operacionales son amplificadores de elevada ganancia que también amplifica la diferencia entre sus dos entradas

Protección:

Para protegerse contra corriente grandes en la linea de entrada se incorpora una serie de resistencias que limiten la corriente a un nivel aceptable y un fusible que se funda cuando la corriente excede un nivel aceptable.

Filtrado:

El termino filtrado se refiere al proceso de eliminación de cierta banda de frecuencia de una señal y permite que otros se transmitan.

Señales digitales:

La salida que produce la mayoría de los sensores en general es de tipo analógica . Cuando un microprocesador forma parte del sistema de medición o de control es necesario convertir la salida analógica del sensor en forma digital. La entrada de un convertidor es una palabra binaria que representa el nivel de la señal de entrada.

Multiplexores:

Un multiplexor es un circuito que puede recibir datos provenientes de diversas fuentes para después al seleccionar un canal de entrada producir una salida correspondiente a solo uno de ellos.
El termino adquisición de datos describe el proceso que consiste en tomar datos de los sensores e introducirlos en una computadora para procesarlos

viernes, 16 de noviembre de 2012

2.3- Sistemas de actuación mecánicos, eléctricos, neumáticos e hidráulicos.


Los sistemas de actuadores son los elementos de los sistemas de control que transforman la saluda de un microprocesador o un sistema de control en una acción de control para una máquina o dispositivo. Un ejemplo podría ser transformar una salida eléctrica por una de movimiento otro ejemplo podría ser la misma salida eléctrica que sea cambiada por un control de líquido que entra a otro sistema por decir una tubería. En si es una salida que emite un microcontrolador que es cambiada a una señal de control para un dispositivo dado en si y que forma parte del sistema.

Existen varios tipos de actuadores como son:

  • Eléctricos
  • Mecánicos
  • Hidráulicos
  • Neumáticos


Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.


Sistemas de actuación eléctrica:

La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.
Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.
La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, seria la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas.
Al estudiar los sistemas eléctricos que se emplean como actuadores de control deberán tenerse en cuenta los siguientes dispositivos y sistemas:

1.- Dispositivos de comunicación, como son los interruptores mecánicos (relevadores) y los interruptores de estado solido (diodos, tristores y transistores), en los que la señal de control enciende o apaga un dispositivo eléctrico.

2.- Dispositivos tipo solenoide, en los cuales una corriente que pasa por un solenoide acciona un núcleo de hierro dulce, por ejemplo una válvula hidráulica/neumática operada por solenoide.

3.- Sistemas motrices, por ejemplo, motores de cd y de ca, en los cuales la corriente que pasa por el motor produce una rotación.

 Sistemas de actuación mecánica: 

Los sistemas mecánicos son aquellos sistemas constituidos fundamentalmente por componentes, dispositivos o elementos que tienen como función especifica transformar o transmitir el movimiento desde las fuentes que lo generan, al transformar distintos tipos de energía.

Entre los elementos mecanicismos están los mecanismos de barras articuladas levas engranes cremalleras correa de transmisión  entc. muchos de los efectos que antes se obtenían con el uso de mecanismo de barrar articuladas en la actualidad se logran mediante sistemas de microprocesadores Por ejemplo antes en las lavadores modernas se utilizan un microprocesador que se programa para que produzcan las salidas deseadas en la secuencia requerida no obstante los mecanismo todavía son útiles en los sistemas mecatrónicos.

Sistemas de actuación hidráulica: 

Las señales hidráulicas se usan en dispositivos de control de mucho mayor potencia; sin embargo, son mas costosas que los sistemas neumáticos y hay riesgos asociados con fugas de aceite, que no existen en una fuga de aire.

En un sistema hidráulico la presurización del aceite se logra mediante una bomba accionada por un motor eléctrico. La bomba envía aceite al sistema desde un pozo colector a través de una válvula de retención y un acumulador. La válvula de alivio libera presión cuando esta rebasa determinado nivel de seguridad; la válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las fluctuaciones de corta duración en la presión de salida del aceite.

En esencia el acumulador es un recipiente que mantiene el aceite a bajo presión, soportando una fuerza extrema. En una fuente de energía neumática, se acciona un compresor de aire con un motor eléctrico. El aire que entra al compresor se filtra y pasa por un silenciador para reducir el nivel de ruido.

La válvula de alivio de presión protege contra un aumento de la presión del sistema que exceda el nivel de seguridad. Dado que el compresor aumenta la temperatura del aire, es posible que sea necesario un sistema de enfriamiento; para eliminar la contaminación y agua del aire se utiliza un filtro y un separador de agua. En el receptor del aire se aumenta el volumen del aire del sistema  y se equilibran las fluctuaciones de presión de breve duración.

Sistemas de actuación neumática:

Las señales neumáticas son utilizadas para controlar elementos de actuación final, incluso cuando el sistema de control es eléctrico.
Esto se debe a que con dichas señales es posible accionar válvulas de grandes dimensiones y otros dispositivos de control  que requieren mucha potencia para mover cargas considerables.

Lo energía del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un movimiento lineal de vaivén, y mediante motores neumáticos, en movimiento de giro.
A menudo, la generación de un movimiento rectilíneo con elementos mecánicos combinados con accionamientos eléctricos supone un gasto considerable
Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.
El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el émbolo a su posición inicial a una velocidad suficientemente grande.
En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de éste limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm.

jueves, 15 de noviembre de 2012

2.4- Modelado de sistemas básicos.


Definición de sistema: 

Un sistema es un objeto compuesto cuyos componentes se relacionan con al menos algún otro componente; puede ser material o conceptual. El mecatrónica se considera sistema a una estructura cerrada que posee entrada y una salida donde se busca conocer la relacione entre las dos variables.

Los elementos básicos que se utilizan para representar sistemas mecánicos son los resortes, amortiguadores y masas. Los resortes representan la rigidez del sistema, los amortiguadores, las fuerzas que se oponen al movimiento, es decir, los efectos de fricción o amortiguamiento, y las masas, la inercia o resistencia a la aceleración.

Sistemas de medición: 

Es el elemento encargado de detectar cambios o medir las variables son los sensores  o transductores( pueden ser de cualquier tipo) luego la señal obtenida se acondiciona   y finalmente se representa el valor de alguna forma como por ejemplo un display o un led.

Acondicionamiento de señales: 

Consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u otras electrónicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora

Los sistemas de control: 

Mantienen a lo largo de el tiempo  o de cualquier otro parámetro un valor programado  de la variable física que se esta midiendo.
Por lo  que los sistemas de control se basan en sistemas de medición los cuales es tomada su salida y retroalimentada como entrada a un sistema.

Multiplexor: 

Son circuitos combinacionales con varias entradas y única salida de datos están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una y solo una , de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada hacia dicha salida

Sistemas de lazo abierto:

Son simples y su capacidad de control es limitada  en cuanto a control. En el sistema solo actúa la señal de entrada y da como resultado una salida independiente mente de la señal de entrada , esto significa que no hay retroalimentación. La precisión depende de la previa calibración de el sistema.

Los sistemas de lazo cerrado: 

Son más complejos y tienen el control exacto sobre las variables de salida ya que ésta es retroalimentada como entrada general de el sistema, esto es imprescindible cuando un proceso no es posible de regular por el hombre , producción a gran escala que exige grandes instalaciones


Elementos básico de sistemas mecánicos.

Estos sistemas están básicamente constituidos por una masa, un resorte y un amortiguador combinados, Para evaluar la relación que existen entre la fuerza y el desplazamiento del sistemas se debe adoptar un procedimiento en el cual se considere solamente una masa y exclusivamente las fuerzas que actúen sobre esta al esquema anterior se le conoce como diagrama de cuerpo libre.

Elementos básicos de sistemas eléctricos.

Los elementos básicos de los sistemas eléctricos son los inductores, capacitadores y resistencias.
Elementos básicos en sistemas de fluidos
En los sistemas de fluidos hay tres elementos básicos que se pueden considerar los equivalentes de la resistencia eléctrica, la capacitancia y la inductancia. Se puede considerar que los sistemas de fluidos pertenecen a dos categorías: hidráulicos, donde el fluido es un liquido no compresible; y neumáticos los cuales contienen gases compresible que, por lo tanto, experimentan cambios de densidad.

miércoles, 14 de noviembre de 2012

2.5-Microprosesadores.


El microprocesador  es el circuito integrado central mas complejo de un sistema informático, se le suele llamar el cerebro de un computador, esta conformado  por millones de componentes electrónicos , se suele abreviar con las siglas CPU, es el encargado de ejecutar los programas desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario , solo ejecuta instrucciones programadas. Tiene  una unidad aritmética lógica, unidad de coma flotante, unidad de control etc.
Las computadoras constan de tres secciones: la unidad central de proceso, la cual reconoce y ejecuta las instrucciones de un programa; los circuitos interface de entrada y salida, los cuales controlan las comunicaciones entre la computadora y el mundo exterior, y la memoria, donde se almacenan las instrucciones y datos de un programa, Las señales digitales se desplazan de una sección a otra a través de vías llamadas buses.
Los datos necesarios para las instrucciones de procesamiento de la CPU se transportan a través del bus de datos la dirección de una localidad de memoria específica para accesar a los datos almacenados se transporta por el bus de dirección y las señales de las acciones de control viajan por el bus de control.
Para que un microprocesador pueda funcionar como un sistema de microcomputadora aplicado al control, son necesarios chips adicionales, por ejemplo, dispositivos de memoria para almacenar programas y datos. El microcontrolador consiste en la integración de un microprocesador con memoria, interface de entrada/salida y otros dispositivos periféricos como temporizadores en un mismo chip.
Bus:
El bus de datos se utiliza para transportar palabras a o desde la CPU, la memoria o la interface de entrada/salida. La longitud de las palabras puede ser de 4, 8, 16, 32, 64 bits. En cada línea binaria viaja una señal binaria, es decir, un 0 o un 1.
El bus de dirección transporta señales que indican donde se puede encontrar los datos mediante la selección de alguna localidad de memoria o de los puertos de entrada y salida.
CPU:
La CPU es la sección del procesador en la que se procesan los datos, se traen instrucciones de la memoria que se decodifican y se ejecutan. La unidad de control define la duración y secuencia de las operaciones. Produce las señales de reloj utilizadas para traer de la memoria una instrucción del programa.
La unidad aritmética y lógica se ocupa de las operaciones con los datos. Los datos internos que  en un momento dado utiliza la CPU guardan en forma temporal en un grupo de registros mientras se ejecutan las instrucciones.

Memoria:
En la unidad de memoria se guardan datos de tipo binario, los datos pueden ser códigos de instrucciones de un programa. El tamaño de la memoria dependerá de la cantidad de líneas de bus de dirección.
Los elementos de la unidad de memoria están formados en esencia por grandes cantidades de celdas de memoria:
·         ROM- las memorias ROM se programan con el contenido que se requiere durante la fabricación del circuito integrado, mientras el chip de memoria esté en la computadora y no es posible escribirle un dato.
·         RAM- Los datos temporales, es decir, aquellos con los que en un momento dado se realizan operaciones, se guardan en una memoria de lectura/escritura conocida como memoria de acceso aleatorio.
El microprocesador hizo posible la manufactura de poderosas calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital.

Microprocesadores Actuales
Intel:
 La marca que más vende y la más conocida gracias a sus procesadores Pentium.  Actualmente distribuye, dentro del nuevo socket 775, los siguientes modelos:
Intel Celeron D:
La gama baja y con un rendimiento muchísimo peor de lo que se espera de los GHz que tienen, pues tienen muy poca memoria caché para poder ser tan baratos. Además, son sólo  de 32 bits. Actualmente de 2'533 a 3'333 GHz. Hay de dos tipos, núcleo Prescott con 256 Kb de caché y núcleo Cedar Mill, con 512 Kb. Los segundos son mejores.
 Intel Pentium 4, la gama media:
 Actualmente todos poseen extensiones EMT 64, por lo que son micros de 64 bits. Es importante que te des cuenta que ya no indican el nº de GHz, sino un modelo. Por tanto, es muy importante que averigües la velocidad real del micro. Existen dos cores:
·         Prescott: de 531 / 3'0 GHz hasta 541 / 3'2 GHz, con 1024 kB de caché
·         Cedar Mill: de 631 / 3'0 GHz hasta 661 / 3'6 GHz, con 2048 kB de caché. Es evidente que los segundos son mejores, los que empiezan por "600".

Intel Pentium D, la gama alta:
Similares a los anteriores pero de doble core. Es decir, que es como si estuvieras comprando dos micros y los colocaras en el mismo espacio, duplicando (idealmente) el rendimiento. Sólo se aprovechan al 100% si el software está optimizado, pero son muy recomendables dada la facilidad con que permiten trabajar con varios programas a la vez. Fíjate bien en los precios porque hay Pentium D por el mismo dinero que un Pentium 4 de los mismos GHz (de 3'2 a 3'6 GHz)  por lo que estarías comprando el doble por el mismo dinero. También son micros de 64 bits. Existen dos cores:
·         Smithfield: 805 y 2'666 GHz. Sólo 1024 Kb de caché por core. Muy malos, dado que tienen sólo 533 MHz de bus.
·         Presler, de 915 / 2'8 GHz hasta 960 / 3'6 GHz. 2048 kB de caché por core y 800 MHz de bus. Uno de estos es buena compra, así que asegúrate que empiece por "900".
 Intel Core 2 Duo, la gama más alta:
También de doble core y 64 bits, pero emplean una arquitectura nueva (arquitectura core), que es la base para los futuros micros de 4 y 8 cores en adelante. Aunque van a una velocidad de GHz menor, su rendimiento es muchísimo más alto que los anteriores, por lo que son mucho más rápidos que los Pentium D. Existen dos cores:
·         Allendale, E6300 / 1'866 GHz y E6400 / 2'133 GHZ, con 1024 kB de caché por core y 1066 MHz de bus. Son buena compra, pero no son los mejores Core 2 Duo.
·         Conroe: E6600 / 2'4 GHz y E6700 / 2'6 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066 MHz. Los más recomendables si el prespuesto te lo pemite.
Conroe XE: X6800EE / 2'93 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066 MHz:
La versión más extrema de Intel. Actualmente el micro más rápido de Intel para ordenadores de sobremesa (no servidores ni portátiles). Es caro (más de 1.000 euros) y su rendimiento no es mucho mayor que el E6700 que cuesta la mitad. Que cada uno valore si le merece la pena.
AMD:
 es el rival más directo que tiene Intel. Los micros son exactamente igual de compatibles, y usando el ordenador no notaremos en ningún momento diferencias entre tener un Intel o un AMD. Al igual que ocurre con Intel, AMD también fabrica diferentes gamas de microprocesadores: los Sempron, al nivel que los Celeron son los de peor calidad, pero que sin embargo si el uso del ordenador es básico (como ya dijimos antes, ofimática, navegar por internet y poco más) un Sempron nos ayudará a ésta tarea a la perfección. Sino, podemos ascender de calidad y comprar los otros modelos superiores, los Athlon64 (con 64 bits, como dice el nombre) o los Athlon 64 X2, que son los de doble core de AMD.

Algo importante en AMD es su denominación de velocidad teórica, marcada con un XXXX+ que no representa su velocidad en GHz. Por ejemplo, un Athlon64 3200+ con 512 kB de caché, va realmente a 2 GHz. Eso no implica que sean lentos, todo lo contrario, se supone que ese 2 GHz equivale a un Pentium4 a 3,2 GHz (de ahí el 3200+). Normalmente suele ser un poco pretencioso, y equivale realmente a un Pentium 4 2'8 ó 3 GHz. Por ello el valor acabado en el sigmo + sirve para comparar los Athlon entre sí, pero no demasiado válido para compararlos con los Pentium 4.
Hoy día existen hasta cuatro sockets de AMD. Los dos más antiguos, el socket A/462 y el socket 754, y hoy día no son nada recomendables, No por que no hayan tenido sus buenos tiempos con micros rápidos, sino porque hoy día venden micros muy lentos para ellos, así que los descartamos. Así que nos quedamos con el socket 939 y el nuevo socket AM2. La diferencia está en que el primero emplea memoria ram DDR y el segundo DDR2, como la de los Pentium4. Los socket 939 son más antiguos, pero hoy día están totalmente vigentes, igualan en rendimiento a los AM2, y además son el algunos casos (concretamente los modelos más rápidos) mucho más baratos. Intentaremos centrarnos en ambos. Recuerda que los Sempron64, Athlon64 y Athlon 64 X2, como dice el nombre, son todos de 64 bits.
Athlon Sempron64 con socket AM2. La alternativa teóricamente más económica, muy poco recomendable, con sólo 128 y 256 kB de caché y velocidades de 2800+ hasta 3600+. Son igual de caros que los Athlon64 Socket 939 Venice del siguiente apartado y mucho peores, por lo que comprarlos es tirar el dinero.
Athlon 64 con Socket 939: aquí tenemos hasta 4 cores:
Venice y Manchester. En este caso recomendamos los primeros, que son algo más baratos y similares en rendimiento que los segundos. Dentro de los Venice tenemos desde 3000+ hasta 3800+. Los Manchester son el modelo doble core pero con uno de ellos desactivado. Al igual que los Venice, tienen 512 kB de caché.
Existen otras dos variantes con núcleos San Diego y Toledo, ambos 3700+ y con 1024 kB de caché. Son los mejores Athlon 64 de socket 939 con diferencia, pues tienen más memoria caché, por lo que son los mejores athlon64 939.
Athlon 64 con Socket AM2. En este caso tenemos sólo un núcleo, Orleans, con velocidades entre 3200+ y 3800+, con 512 kB de caché. No existen diferencias importantes frente al Venice del Socket 939, salvo la intrínseca al socket (como ya hemos comentado, memoria RAM DDR para el 939, DDR2 para el AM2).
Athlon 64 X2 con Socket 939. Al igual que en los Intel, también tenemos esta opción con doble core de AMD, es decir, dos micros en en el mismo espacio. Tenemos dos núcleos:
Manchester, con velocidades de 3800+ hasta 4600+. Con 512 kB de caché por core. No son malos, pero tampoco los mejores.
Toledo, con velocidades de 4400+ hasta 4800+. Con 1024 kB. Son los mejores doble core para socket 939.
Athlon 64 X2 con Socket AM2. Tenemos un núcleo, Windsor, con velocidades desde 3600+ hasta 5200+, Ojo que tienen cachés de distintas velocidades, entre 256 y 1025 kB. Por ejemplo, el 4200+ a 2,2 GHz y 512 kB,  el 4400+ a 2,4 GHz y 1024 kB. Ambos van a la misma velocidad real y, sólo por el aumento de caché, la velocidad "teórica" es mayor. Lo mismo pasa con los dos modelos más exclusivos, el 5000+ a 2,6 GHz con 512 kB y el 5200+ a 2,6 GHz con 1024 kB.
Athlon 64 FX-62 con Socket AM2. Es el más alto de gama de AMD, doble core, 2'8 GHz de velocidad y 1024 kB de caché por core. Es muy caro (más de 800 euros) y no va mucho más rápido que un Athlon 64 X2 5200+ que cuesta la mitad. Una de sus ventajas es que tiene desbloqueado el multiplicador y es muy apto para técnicas de overclocking (forzar el micro a que funcione más rápido de su velocidad teórica). Por ello, es recomendable sólo a usuarios expertos que, además, tengan o quieran gastarse tal cifra de dinero en un micro.

martes, 13 de noviembre de 2012

2.6-Controladores programables.


Los PLC sirven para realizar automatismos; son dispositivos electrónicos que reproducen programas informáticos, que permiten controlar procesos. Estos equipos pueden contar tanto con salidas como entradas del tipo Analógico y/o Digital. Su costo tiende a ser moderado para sus grandes aplicaciones y suplantan completamente a la lógica cableada.
Los PLC's o Autómatas Programables, son dispositivos electrónicos creados específicamente para el control de procesos secuenciales, es decir procesos compuestos de varias etapas consecutivas, con el fin de lograr que una máquina o cualquier otro dispositivo funcione de forma automática. 
Un controlador lógico programable (PLC) se define como un dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable para guardar instrucciones y lleva a cabo funciones lógicas, de configuración de secuencia, de sincronización, de contacto y aritméticas, para el control de maquinaria y procesos. Este tipo de procesadores se denomina lógico debido a que su programación básicamente tiene que ver con la ejecución de operaciones lógicas y de conmutación.
Si bien los PLCs son similares a las computadoras, tienen características especificas que permiten su empleo como controladores. Estas son:
1.- Son robustos y están diseñados para resistir vibraciones, temperatura, humedad y ruido.
2.- La interfaz para las entradas y salidas esta dentro del controlador.
3.- Es muy fácil programarlos, así como entender el lenguaje de programación. La programación básicamente consiste en operaciones de lógica y conmutación.
Estructura básica:
La estructura básica de un PLC consta de una unidad central de procesamiento (CPU), memoria y circuitos de entrada y salida. La CPU controla y procesa todas las operaciones dentro del PLC. Cuenta con un temporizador cuya frecuencia típica es entre 1 y 8 MHz. Esta frecuencia determina la velocidad de operación de PLC y es la fuente de temporización y sincronización de todos los elementos del sistema.
Los elementos de la memoria son: una ROM para guardar en forma permanente la información del sistema operativo y datos corregidos; una RAM para el programa del usuario y memoria buffer temporal para los canales de entrada/salida.
La unidad de entrada/salida es la interfaz entre el sistema y el mundo externo. Para introducir programas a esta unidad se usa un tablero, el cual puede variar de una sencilla configuración de teclado con pantalla de cristal líquido, o bien llegar a tener incluso unidades de presentación visual (VDU) con teclado y pantalla.
Aplicación del PLC:
EL PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del Hardware y Software amplia continuamente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el aspecto de sus posibilidades reales.
Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, etc,.. por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industrial de cualquier tipo al de transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

lunes, 12 de noviembre de 2012

3.- INTEGRACIÓN DE SISTEMAS MECÁNICOS.




     3.1- Metodología para la solución de problemas.
     3.2- Criterios de selección de componentes y dispositivos.
     3.3- Integración de  y dispositivos.

domingo, 11 de noviembre de 2012

3.1- Metodología para la solución de problemas.


La resolución de problemas es una parte clave de los cursos de ingeniería, y también de los de ciencias de la computación, matemáticas, físicas y química. Por lo tanto, es importante tener una estrategia consistente para resolver los problemas. También es conveniente que la estrategia sea lo bastante general como para funcionar en todas estas áreas distintas.
La metodología para resolver problemas que usaremos tiene cinco pasos.

1. Plantear el problema claramente.
2. Describir la información de entrada y salida.
3. Realizar los cálculos.
4. Solución
5. Probar el programa con diversos datos.

Analizaremos cada uno de estos pasos con un ejemplo sencillo.
“Suponga que hemos recabado una serie de temperaturas de un sensor de cierto equipo que se está usando en un experimento. Se tomaron mediciones de temperatura cada 30 segundos, durante 5 minutos, en el curso del experimento. Queremos calcular la temperatura media y también gráfica los valores de temperatura.”

1. Planteamiento del problema.

El primer paso es plantear el problema claramente. Es en extremo importante preparar un enunciado claro y conciso del problema para evitar cualquier malentendido. Para el ejemplo, el enunciado del problema es el siguiente:
“Calcular la media de una serie de temperaturas. Graficar los valores de tiempo y temperatura”

2. Descripción de entradas y Salidas.

El segundo paso consiste en describir cuidadosamente la información que se da para resolver el problema y luego identificar los valores que se deben calcular. Estos elementos representan las entradas y salidas del problema y pueden llamarse colectivamente entrada/salida o E/S. En muchos problemas resulta útil hacer un diagrama que muestre las entradas y salidas. En este punto, el programa es una “abstracción” porque no estamos definiendo los pasos para determinar las salidas; sólo estamos mostrando la información que se usará para calcular la salida.

3.  Realizar los cálculos.

El tercer paso es resolver el problema a mano o con una calculadora, empleando un conjunto sencillo de datos. Se trata de un paso muy importante y no debe pasarse por alto, ni siquiera en problemas sencillos. Éste es el paso en que se detalla la solución del problema. Si no podemos tomar un conjunto sencillo de números y calcular la salida, no estamos preparados para continuar con el siguiente paso; debemos releer el problema y tal vez consultar material de referencia. Para este problema, el único cálculo consiste en calcular la media de una serie de valores de temperatura. Supongamos que usamos los siguientes datos para el ejemplo a mano:

Tiempo (minutos)                    Temperatura (grados ºF)

            0.0                                                     105
            0.5                                                     126
            1.0                                                     119

Calculamos a mano la media como (105+126+119)/3

4. Solución.

Una vez que podamos resolver el problema para un conjunto sencillo de datos, estamos listos para desarrollar un algoritmo: un bosquejo paso a paso de la solución del problema. Si el problema es complejo puede ser necesario escribir a grandes rasgos los pasos y luego descomponer esos pasos en otros más pequeños. En este paso estamos preparados para realizar el programa correspondiente.

5. Prueba.

El paso final de nuestro proceso de resolución de problemas es probar la solución. Primero debemos probar la solución con los datos del ejemplo a mano porque ya calculamos la solución antes.