He incorporado todas las oportunidades de mejora y recomendaciones para crear una versión actualizada y mejorada del programa analítico.
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PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA CONTROL AUTOMÁTICO (IND 241) – VERSIÓN ACTUALIZADA
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I. IDENTIFICACIÓN
· Facultad: Ciencias Exactas y Tecnología
· Programa de Formación: Ingeniería Industrial
· Área de Formación: Ciencias de la Ingeniería
· Nombre de la Asignatura: Control Automático
· Sigla y Código: IND 241
· Nivel de Curso: Séptimo Semestre
· Número de Créditos: 4 (Cuatro)
· Total de Horas: 108 horas por semestre
· Horas Teóricas: 54
· Horas Prácticas: 54
· Prerrequisitos: IND 176; ELC 275
· Coordinación Vertical:
· Asignaturas Antecedentes: IND 176; IND 285
· Coordinación Horizontal: IND 210; ELC 276; IND 270; IND 223
· Fecha de Actualización: Octubre 2024
· Elaborado por: Ing. Oscar Dimov Vargas (Versión Original 2013)
· Actualizado por: Comité de Actualización Curricular de la Carrera de Ingeniería Industrial
· Aprobado por: Dirección de la Carrera de Ingeniería Industrial de la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno (UAGRM), Santa Cruz – Bolivia.
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II. JUSTIFICACIÓN
La asignatura de Control Automático es un pilar fundamental en la formación del Ingeniero Industrial, actuando como un elemento integrador de conocimientos previos de informática, electrónica y tecnología mecánica. En el contexto de la Industria 4.0, la automatización de procesos es un factor determinante para la competitividad, permitiendo optimizar recursos, garantizar la calidad, mejorar la seguridad y minimizar tiempos de producción.
Esta materia capacita al estudiante para modelar, analizar, automatizar y conectar sistemas de producción. Mediante la aplicación de tecnologías clave como Controladores Lógicos Programables (PLCs), sensores inteligentes, sistemas SCADA y comunicaciones industriales, el estudiante materializa conceptos teóricos, diseñando y programando soluciones de control que dan respuesta a problemáticas complejas y reales, agregando valor e innovación a los procesos productivos de la industria local y global.
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III. OBJETIVOS
Objetivo General:
Al finalizar el curso,el estudiante será capaz de analizar, diseñar, implementar e integrar sistemas de control automático para procesos industriales, seleccionando componentes (sensores, actuadores, controladores), programando controladores (PID, PLCs) y comprendiendo los principios de sistemas de supervisión (SCADA) y comunicaciones industriales en el contexto de la Industria 4.0.
Objetivos Específicos:
· Comprender los principios fundamentales del control automático y clasificar los sistemas de control (lazo abierto/cerrado).
· Seleccionar sensores y transductores apropiados según la variable de proceso y el principio físico de medición.
· Analizar, sintonizar y comparar las acciones de control (P, PI, PID) para diferentes aplicaciones.
· Clasificar y seleccionar actuadores (eléctricos, neumáticos) según su aplicación en sistemas de automatización.
· Diseñar e interpretar circuitos neumáticos básicos utilizando simbología ISO estandarizada.
· Programar y poner en funcionamiento mini-controladores y PLCs para la automatización de procesos.
· Comprender los fundamentos de las comunicaciones industriales y los sistemas SCADA para la integración de sistemas de control.
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IV. CONTENIDO ANALÍTICO (Estructura Optimizada)
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN AL CONTROL AUTOMÁTICO (9 Horas)
· 1.1. Conceptos básicos: sistema, planta, proceso, perturbación.
· 1.2. Historia, evolución e importancia de la automatización (hacia la Industria 4.0).
· 1.3. Clasificación de sistemas de control: lazo abierto vs. lazo cerrado (realimentado).
· 1.4. Terminología: variable controlada, variable manipulada, set point, error.
· 1.5. Diagramas de bloques y introducción a la función de transferencia.
UNIDAD II: SENSORES Y TRANSDUCTORES (18 Horas) <!– Fusión y ampliación –>
· 2.1. Principios de medición industrial: exactitud, precisión, sensibilidad, rango, histéresis.
· 2.2. Clasificación por Variable de Proceso:
· 2.2.1. Temperatura: Termopares, RTDs, termistores.
· 2.2.2. Presión: Transductores piezorresistivos, capacitivos, galga extensiométrica.
· 2.2.3. Caudal: Medidores de presión diferencial, magnéticos, de turbina.
· 2.2.4. Nivel: Medición por flotador, presión hidrostática, ultrasónica.
· 2.3. Clasificación por Principio Físico (Sensores Discretos):
· 2.3.1. Sensores Inductivos.
· 2.3.2. Sensores Capacitivos.
· 2.3.3. Sensores Magnéticos (Reed, Hall).
· 2.3.4. Sensores Fotoeléctricos (barrera, reflexivo).
· 2.4. Criterios de selección, instalación y tendencias (sensores IO-Link).
UNIDAD III: CONTROLADORES Y SINTONIZACIÓN PID (12 Horas) <!– Profundizada –>
· 3.1. Estructura y función del controlador en un lazo de control.
· 3.2. Acciones básicas de control:
· 3.2.1. Control On-Off.
· 3.2.2. Control Proporcional (P): Bandas proporcionales.
· 3.2.3. Control Integral (I) y Proporcional-Integral (PI).
· 3.2.4. Control Derivativo (D) y Proporcional-Integral-Derivativo (PID).
· 3.3. Técnicas de Sintonización (Tuning) PID:
· 3.3.1. Método de Ziegler-Nichols (Primer y Segundo Método).
· 3.3.2. Criterios de estabilidad y performance.
· 3.4. Estrategias avanzadas: Control en cascada y control por ratio.
UNIDAD IV: ACTUADORES Y ELEMENTOS FINALES DE CONTROL (9 Horas) <!– Especificada –>
· 4.1. Definición y función en el sistema de control.
· 4.2. Clasificación y Tipos:
· 4.2.1. Actuadores Eléctricos: Contactores, relevadores, motores de AC/DC, motores paso a paso, servomotores.
· 4.2.2. Válvulas de Control: Válvulas de globo, mariposa, bola. Actuadores para válvulas (eléctricos, neumáticos).
· 4.2.3. Actuadores Neumáticos e Hidráulicos: Cilindros (simple y doble efecto), motores neumáticos.
UNIDAD V: NEUMÁTICA E HIDRÁULICA INDUSTRIAL (12 Horas) <!– Ampliada –>
· 5.1. Fundamentos de la neumática e hidráulica: producción y tratamiento de fluidos.
· 5.2. Simbología ISO 1219 para componentes neumáticos e hidráulicos.
· 5.3. Componentes: Válvulas direccionales, de caudal, de presión, unidades de mantenimiento.
· 5.4. Diseño e interpretación de circuitos neumáticos básicos y secuenciales.
· 5.5. Ventajas, desventajas y aplicaciones industriales.
UNIDAD VI: MINI-CONTROLADORES Y LÓGICA PROGRAMABLE BÁSICA (9 Horas) <!– Revisada –>
· 6.1. Introducción a los controladores programables: rol y ventajas.
· 6.2. Aplicaciones típicas de los mini-controladores (ej. EASY, LOGO).
· 6.3. Programación con funciones lógicas básicas (AND, OR, NOT, temporizadores, contadores).
· 6.4. Desarrollo de esquemas eléctricos de mando y control.
· 6.5. Software de programación y simulación de procesos básicos.
UNIDAD VII: SISTEMAS DE CONTROL CON PLCs Y COMUNICACIONES INDUSTRIALES (39 Horas) <!– Unificación y Actualización –>
· 7.1. Controladores Lógicos Programables (PLCs):
· 7.1.1. Arquitectura hardware (CPU, módulos de E/S digitales y analógicas, fuente).
· 7.1.2. Programación en Lenguaje Escalera (Ladder Diagram).
· 7.1.3. Programación de temporizadores, contadores, comparadores y operaciones de memoria.
· 7.1.4. Prácticas con familias específicas (ej. Siemens S7-200, PS-4).
· 7.2. Comunicaciones Industriales:
· 7.2.1. Fundamentos: Topologías de red, protocolos.
· 7.2.2. Introducción a protocolos estándar: PROFIBUS/PROFINET, Modbus TCP/IP.
· 7.3. Sistemas SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos):
· 7.3.1. Concepto, arquitectura y componentes.
· 7.3.2. Creación de interfaces hombre-máquina (HMI) básicas.
· 7.3.3. Tendencias, alarmas y adquisición de datos.
· 7.4. Integración y Industria 4.0:
· 7.4.1. Conceptos básicos de IoT Industrial (IIoT), nube y Big Data en producción.
· 7.4.2. Proyecto integrador: Diseño, programación, puesta en marcha y supervisión de un sistema de control automatizado.
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V. METODOLOGÍA
El curso se desarrollará bajo un enfoque teórico-práctico y por competencias, que combina:
· Sesiones Teóricas: Exposición dialogada de los fundamentos, apoyada con material multimedia y estudios de caso.
· Sesiones Prácticas de Laboratorio: Resolución de problemas, simulaciones por software y prácticas con componentes reales (sensores, actuadores neumáticos, PLCs) en bancos de prueba.
· Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP): Los estudiantes desarrollarán un proyecto integrador por equipos a lo largo del semestre, que simule un problema industrial real, aplicando y integrando los conocimientos de todas las unidades, desde el diseño del sistema hasta la puesta en marcha y supervisión SCADA.
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VI. SISTEMA DE EVALUACIÓN
La evaluación será continua y acumulativa, considerando los siguientes aspectos:
· Evaluaciones Parciales (Teórico-Prácticas): 2 parciales con un peso del 25% c/u.
· Trabajos Prácticos, Laboratorios e Informes: Con un peso del 20%.
· Proyecto Final Integrador: Diseño, implementación, presentación y reporte de un sistema de control automático, con un peso del 30%.
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VII. BIBLIOGRAFÍA
BÁSICA:
· Ogata, K. (2010). Ingeniería de Control Moderna. Pearson Prentice Hall.
· Johnson, C. D. (2006). Process Control Instrumentation Technology. Pearson Prentice Hall.
· Bolton, W. (2009). Programación de PLCs: Sistemas de Control Automático. Alfaomega.
COMPLEMENTARIA:
· Dunning, G. (2011). Introduction to Programmable Logic Controllers. Cengage Learning.
· Espinoza, J. L. (2008). Automatización Neumática y Electroneumática. McGraw-Hill.
· Actualizada: Bauer, G. (2020). Industria 4.0: Principios y Aplicaciones. Marcombo.
· Actualizada: Mackay, S. (2018). Industrial Communications Protocols. IDC Technologies.
· Manuales técnicos y de programación de fabricantes (Siemens, Allen-Bradley, Festo, etc.).