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Título de la acción NUEVAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y TÉCNICAS DE INTEGRACIÓN DE PROYECTOS DE INGENIERÍA

Resumen de la acción En este trabajo se presenta la experiencia educativa y metodología, en realización de proyectos fin de carrera en relación con una serie de asignaturas implicadas, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros y la Facultad de Ciencias Náuticas, de la Universidad de Cádiz. A partir de una serie de necesidades y problemas detectados en su realización, elección de los temas y forma de ejecución y aprovechamiento de resultados. A partir de la elección de una instalación industrial y de realización de muchos proyectos integrados que abarquen la electrificación, automatización, regulación, interface de control SCADA, organización industrial, redes industriales, modelado 3D, realidad virtual, pagina web, etc.,Esta metodología trata por un lado integrar al máximo los conocimientos de diversas disciplinas técnicas, adaptarse a instalaciones industriales del entorno, avanzar en desarrollos en todas a las tecnologías y necesidades que se presenten en la instalación, por otro de aprovechar herramientas informáticas presentes en el mercado tanto técnicas como de multimedia. Por otro tratar de paliar problemas detectados en los alumnos como la falta de visión global y de relación e integración de los conocimientos recibidos, ausencia de capacidad para trabajar en grupos, pasividad y falta de creatividad.

Componentes del grupo Coordinador/a:

Componentes:

Nombre y apellidos Julio Terron Pernía

Área de Conocimiento Ing de Sistemas (ISA) y Automática

Departamento Ingenieria de Sistemas y Automática (ISA) Tec. Electrónica Y Electrónica (TE,E)

Julio Terron Pernía Carlos Corrales Alba Manel J. López Sánchez Pedro Machado Miguel A. Arena Lanzas Manuel E. Milla Ibáñez Manuel J. Ortega López Javier Garcia Carreño

ISA ISA ISA Esc. T. S. Ingeniería Esc. T. S. Ingeniería Esc. T. S. Ingeniería Esc. T. S. Ingeniería Esc. T. S. Ingeniería

ISA,TE,E ISA,TE,E ISA,TE,E Ing. Técnico Elec. Ing. Tecnico Elec. Ing Tecnico Elec. Radio Elec. Naval Informático

Asignaturas afectadas Nombre de la asignatura Control automático por Ordenador Técnicas de Sistemas de Planificación Global Tecnicas de sistemas integrados de planificación y gestión Modelado, análisis y simulación de sistemas Sistemas de Control Digital Automatización Industrial Automatización de sala de máquinas con PLC Proyectos fin de carrera

Área de Conocimiento ISA

Titulación/es L.RCM

ISA

L. MAQN

ISA

L: NM

ISA

L.MAQN

ISA

L.MAQN

ISA

ING. TEC IND. ELECTRÓNICA

ISA

L.MAQN

ETSII

ETSII

MEMORIA DE LA ACCION 1. INTRODUCCION Actualmente, el mundo empresarial industrial ante los cambios tecnológicos, un mercado cambiante, vertiginoso e imprevisible, busca en la contratación de su personal técnico cualificado, aparte de conocimientos, competencias, actitudes y valores. En su quehacer diario requiere soluciones concretas a sus problemas, más que tecnología a secas, y necesita profesionales flexibles, con capacidad de trabajo en grupo, con visión integrada de los procesos, creativos, imaginativos, motivados y capaces de desarrollar su labor en la empresa. Los proble mas que se le presentan abarcan muchos campos de la tecnología (control, electrificación, automatización, organización..) y diferentes funciones (diseño, diagnóstico, mantenimiento, explotación, organización, búsqueda de mercados, calidad, seguridad…). En cuanto a la Universidad, sin embargo, nuestros alumnos (futuros profesionales), a lo largo de su proceso de formación, reciben el conocimiento, parcelado en multitud de asignaturas, sin integrar, sin saber relacionar lo realmente relevante de lo estudiado, y la mayoría de las veces sin motivación, con formas de trabajo individualizado, y sin saber trabajar en equipo. Es tradicional sobre todo en las escuelas técnicas como la Escuela Superior de Ingenieros de Cádiz, Algeciras o la Facultad de Ciencias Náuticas, donde existen muchas especialidades, que el alumno realice un trabajo final o proyecto fin de carrera, sobre algún tema de la vida empresarial e industrial, con el objetivo de prepararse para el mundo laboral, que le ayude a integrar los conocimientos recibidos. Hasta aquí bien. Sin embargo los profesores como directores de proyectos o miembros de tribunales calificadores de los mismos, venimos observando una serie de situaciones, que citamos a continuación. La asignación o elección conlleva por un lado a una realización en solitario por parte del alumno, que trata de realizar lo mejor que sabe, la parte relacionada con su especialidad y pasando por encima las que no son, dejándose asesorar o copiar para salir del paso, donde la mayoría de las veces usa software de diseño, si saber el alcance real de sus decisiones y la calidad de los resultados. Por otro lado es comprensible que el deseo de terminar y colocarse ante un mundo laboral restringido, provoque que los tiempos de realización se vayan acortando y por tanto el grado de avance y calidad en cualquier tema, en muchos casos no es el deseado. El exceso de alumnado frente al nº de tutores, provoca que muchas veces el profesor no esté especializado en los temas que tiene que tutorar. Y también porque no decirlo, a veces es el departamento el que no define una línea clara de trabajo y por tanto no se desarrolla cada vez más nivel en lo que dirige, ni se puede aprovechar en las labores diarias de formación lo desarrollado. Siguiendo la línea de lo expresado en la Memoria 2002-2003 de la UCUA 9.8 ante todo lo expresado, un grupo de profesores pensamos, que sería interesante desarrollar proyectos fin de carrera que girasen sobre una empresa tipo, pero que abarcaran una serie de diseños y funciones relacionadas y complementarias, para que el trabajo desarrollado en un proyecto, sirviera de base y datos al siguiente, y la instalación tocara los máximos campos y tecnologías posibles. Todo ello se realizaría aprovechando la potencialidad que ofrecen las modernas herramientas informáticas, para conseguir potenciar el trabajo en grupo, la creatividad, aprovechar los resultados en clase y estar más integrados de cara a impartir cursos de diseño. 1. Objetivos -

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Realización de diferentes proyectos técnicos sobre una misma instalación industrial, para la integración y aprovechamientos de resultados de los proyectos parciales, para una mayor profundidad y mejora del trabajo realizado. Uso de nuevas tecnologías de la información para la realización de los mismos, para la comprensión más profunda de los procesos y sistemas mediante generación y aplicación de modelos gráficos tridimensionales y de realidad virtual. Preparación de material para la enseñanza a distancia mediante e-learning, con la generación de guiones multimedia, expertos y cognitivos.

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Utilización del material generado, para su uso en diferentes ámbitos como: Clases teóricas, generación de apuntes, presentaciones didácticas, cursos de formación, maquetas de experimentación. Potenciar en los alumnos que realizan el trabajo fin de carrera actitudes como: trabajo en grupo multidisciplinares, creatividad, ilusión por lo que se hace (aprendizaje por descubrimiento), visión global de los problemas de una instalación industrial real, generación de presentaciones compartiendo resultados. Potenciar la inserción laboral de los alumnos egresados en el entorno de la región. Desarrollo de habilidades como la integración de los conocimientos, y de una visión global de proyectos, en distintas especialidades, Conocimiento y evaluación de las posibilidades y aplicaciones de software técnico disponible en el mercado. Estudio de nuevas técnicas informáticas para actualización de proyectos. Capacidad de representar el conocimiento y los procesos de cálculo por medio de técnicas cognitivas y representaciones multimedia, para desarrollar la flexibilidad mental, sus capacidades formativas y de expresión. Ayudar al análisis y diseño integrado de instalaciones técnicas.

2. Descripción de la experiencia Como ejemplo base de este trabajo se ha elegido una fábrica de piensos compuestos que incorpora todas las tecnologías que interesa estudiar y que comprende las siguientes instalaciones y procesos: FASE 1: (Realizada) • Instalación eléctrica. Acometida y protección en AT, transformación, acometidas a cuadro de fábrica, fuerza, enchufes y cuadros parciales y compensación de la energía reactiva. • Estructuras. Centro de transformación, torre de fabricación, nave de almacén, oficinas y silos exteriores. • Instalaciones y maquinaria. Almacenamiento de cereales, grasa, harinas, molienda, dosificación, mezclado, granulado y envasado, producción de aire comprimido y vapor, agua potable, alcantarillado y fuel-oil. • Alumbrado. Interior torre fabricación, almacén, talleres, oficinas y exterior. Fig. nº 1: Fábrica de piensos • Procesos cognitivos de diagramación del cálculo de las instalaciones con enlaces hipermedia. • Automatización de base. Con PLC´s y gobierno por contactores. Programación del sistema automático de control. Sensores, actuadores y acometida. • Modelado 2D de los planos de la fábrica. • Modelado 3D y animación. Resultados de iluminación. • Modelo de realidad virtual de las oficinas. • Modelo realista para comprobación de resultados. FASE II (En realización) • Red jerarquizada de control integrado con los niveles de gestión de producción y bus de campo. • Automatización por control a distancia por Internet • Modelos web de procesos de cálculo en Matcad • Interfaces hombre-computador para el control mediante SCADA. • Estudio desde el punto de vista de la organización industrial de los procesos. • Modelos interactivos de realidad virtual de la maquinaria del proceso. • Pagina web explicativa del funcionamiento, características y diseño de la instalación. • Material educativo para varias asignaturas técnicas.

Expresamos a continuación algunos ejemplos de los proyectos desarrollados.

Electrificación Interfaces SCADA

Automatización PLC

Control a distancia

Regulación Fábrica De piensos Redes industriales FielBus Organización Industrial y gestión

Pag Web

Planos 2D: Autocad Planos 3D: 3D Studio Pag Web: Front Page Realida d virtual: SuperScape Diagramación: ABC y Visio Hojas de cálculo: Excel Bases de datos: Access Regulación: Matlab y Vissim PLC : Omron Programación: CXProgrammer SCADA: CX Supervisor Electrificación: Soft. Comercial

Procesos De regulación

Alumbrado

Cálculo Naves Y estructura

Fig. nº 2 : Integración de diferentes proyectos de ingeniería sobre planta piloto, y herramientas utilizadas.

2.1. Modelado 2D. Mediante el uso del programa Autocad se han realizado, por capas y códigos de colores, los planos de planta, alzado (Fig. 3) y perfil de las distintas estructuras de la fábrica. Su uso va desde las clásicas utilidades en ingeniería, como planos para acometidas a motores, alumbrado, posicionado de cuadros de mando y fuerza, sensores, medidas para programas de cálculo técnico, posición de elementos, y en multimedia como imágenes y ayuda a descripciones, funcionamiento, estructuras y modelado 3D.

Fig nº 3 : Modelo digital 2D torre fabricación

2.2 Modelado 3D. Se han realizado en 3D con Autocad los mismos modelos de alambres (wireframe) por capas, que en el apartado anterior (Fig. 4). Su uso permite un mejor trazado de acometidas, visualización de posiciones de elementos. Estos modelos son básicos para la generación de los modelos hiperrealistas 3D renderizados, y se usan para explicaciones de la instalación, previsualizar resultados.

Fig. nº 4 Modelo 3D de la fábrica, centro transformación y oficinas

2.3. Diagramación cognitiva experta de los procesos de cálculo: En la educación tradicional, los estudiantes de ingeniería suelen recibir conocimientos cuantitativos, basados en una sucesión de fórmulas matemáticas y tablas, orientados principalmente al cálculo. Esta metodología, solo produce conocimiento experto tipo algorítmico que se olvida fácilmente, ya que se ha demostrado en el aprendizaje cognit ivo y significativo, que el cerebro no piensa así, que necesita relacionar, descubrir, integrar resultados, para que permanezcan los conocimientos en la memoria a largo plazo. Con objeto de que flexibilicen y abarquen otros tipos de conocimientos, que se adapten mejor a las necesidades del mundo del trabajo, se realizan esquemas, que intentan reproducir de forma cognitiva el pensamiento de un experto en la instalación. Para ello se utilizan programas de creación libre de diagramas (ABC Flow Charter, Power Point, Visio) que poseen posibilidades multimedia. En esta ideogramación entran en juego representaciones del conocimiento como redes causales, modelos cualitativos, mapas conceptuales, diagramas de flujo, jerarquías funcionales, enlaces multimedia con gráficos y esquemas, animaciones, etc. En la (Fig. 5) se presenta una diagramación de elección de un transformador, donde se tienen en cuenta los factores que influyen en ello. Se puede recorrer desde cualquier punto y de forma asociativa navegar por él. Por ejemplo la tensión de cortocircuito Ucc % influye de forma monótona creciente (+) en las pérdidas y en la caída de tensión. Las pérdidas del trafo influyen causalmente (+) en el calentamiento y éste a su vez en la ventilación necesaria y por tanto en las características constructivas de la caseta. En los lugares convenientes hay enlaces con hojas de cálculo, bases de datos, imágenes de la caseta o del diagrama unifilar de protección del trafo.

LINEA

Pcc Tensión Nominal 20 KV

decide

Un Ucc 4%

Influye

-

Icc

Produce

influye

+

Esfuerzos térmicos

Produce

+

TRAFO

Esfuerzos Dinámicos

Caida de tensión

Obra civil

Intensidad In

-

Sobredimension de equipos

Perdidas

Caracteristicas dimensionales

+

Caracteristicas constructivas

Facturación disminuye

+ Ventilación

influyen Tipo de acometida

Necesidades de espacio de los elementos eléctricos

+

Normas tecnicas de la compañia suministradora

Diagramación del proceso de cálculo - De flujo - red semántica - Estructura - arbol jerárquico - Red causal ...

Calentamiento

Relación transformación

Potencia

Tensión de trabajo de las fábrica

+determina

Fórmulas de cálculo

Potencia simultánea + % de ampliación

determina Cambio tensión secundario

Caida tensión

Hoja de cálculo (Excel)

Clase + Dimensiones Grupo de conexión Dy

Tipo de aislamiento

Neutro accesible

Tipo de protección

aconseja

posibilita

Compañia suministradora

Base de datos (Access, SQL...)

220V

Tipo de refrigerante

Cuadro contactores, PLC, PC

Carga desiquilibrada Centro Transformación

Tablas del Reglamento AT y BT

Alumbrado

Fig. nº 5 : Diagrama cognitivo de cálculo, con enlace multimedia a hojas de cálculo, bases de datos, imágenes.

2.4. Cálculos técnicos. Éstos corresponden a los proyectos eléctricos elementos de protección y corte de las instalaciones, acometidas de fuerza y acometidas y cálculo de alumbrado, cuadros, cálculos de estructuras, tuberías de agua, aire comprimido, vapor, etc. Para ello se utilizan programas de empresas suministradoras como Metron, ABB, Philips, Pirelli, Siemens, Omron, etc. Aquí es importante por un lado, que el alumno coteje los resultados de los propios cálculos teóricos hechos en hojas de cálculo, teniendo en cuenta las fórmulas y los reglamentos oportunos, con los que ofrecen los programas comerciales de diseño y por otro que comprenda para realizaciones practicas, el sentido de las preguntas y orden de los enlaces que ofrecen los menús de ventanas de cálculo de dichos programas, para que no se limite a responder sin criterio. Se puede comprobar el resultado del nivel de iluminación de la disposición de las luminarias de vapor de mercurio en el modelado 3D y una pantalla de cálculo lumínico de Philips.

Fig. nº 6: Cálculo de las instalaciones de alumbrado y comprobación de resultados obtenidos mediante simulación 3D.

2.5 Interfaces HMI SCADA. Con software de programación SCADA CX-SUPERVISOR para PLC´s de la casa Omron o genéricos como el Labview, se automatiza la instalación gobernando a los PLC mediante las interfaces de control H-M y simuladores del proceso. Para ello se usan imágenes 2D y 3D. Cada día, se considera de mayor importancia los aspectos de diseño de estas interfaces, ya que una mayor aproximación a la realidad evitará errores del operador.

Fig. nº 7: Interfaces HMI a partir de modelos 3D

2.6 Modelo real a escala: Para probar el correcto funcionamiento de la programación del control en todas sus facetas (producción, emergencia, paradas, averías) se ha realizado una maqueta analógica que representa al proceso con sus finales de carrera, pulsadores de marcha, parada, emergencia, relés térmicos, a partir de las imágenes 2D del proceso. Fig. nº 8: Maqueta real del proceso para simulaciones de automatización.

2.7. Realidad virtual (RV): Mediante el software VRT de Superscape con incorporación de objetos 3D del Autocad (extensión .DXF), del 3D Studio (extensión .3DS) o ficheros .VRL de otros programas de RV, se generan escenarios virtuales con incorporación de comportamientos inteligentes de los objetos de la escena mediante programación en lenguaje SCL. Estos escenarios, se utilizan en navegaciones virtuales de visualización de los diseños, para formación, en interfaces H-M de control del mundo real a través de tarjetas de adquisición de datos, en multimedia, en paginas HTML para visitas virtuales en Internet a través de navegadores como el Netscape con el plug-in Viscape o navegador virtual. En la (Fig. nº 9. ) se presenta el despacho del director en la oficina.

Navegación virtual

Periféricos

Interface con el mundo virtual

Interfac e con el mundo real

DAQ

CÓDIGO FUENTE EN SCL short peso_kg, encima=0, pulsado=0, baja, a; fixed angulo, ang_man=0.0000; resume (0, 1); if (objabove (me)!='RootObject' && activate ('boton peso2', 0) encima=1; if (encima==1) { peso_kg='Camión hold'.peso_kg; angulo=0.1000* (peso_kg-500)+10; while (ang_man