Ttulo de la accinNUEVAS TECNOLOGAS DE LA INFORMACIN Y TCNICAS DE INTEGRACIN DE PROYECTOS DE INGENIERA

Resumen de la accinEn este trabajo se presenta la experiencia educativa y metodologa, en realizacin de proyectos fin de carrera en relacin con una serie de asignaturas implicadas, de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros y la Facultad de Ciencias Nuticas, de la Universidad de Cdiz. A partir de una serie de necesidades y problemas detectados en su realizacin, eleccin de los temas y forma de ejecucin y aprovechamiento de resultados. A partir de la eleccin de una instalacin industrial y de realizacin de muchos proyectos integrados que abarquen la electrificacin, automatizacin, regulacin, interface de control SCADA, organizacin industrial, redes industriales, modelado 3D, realidad virtual, pagina web, etc.,Esta metodologa trata por un lado integrar al mximo los conocimientos de diversas disciplinas tcnicas, adaptarse a instalaciones industriales del entorno, avanzar en desarrollos en todas a las tecnologas y necesidades que se presenten en la instalacin, por otro de aprovechar herramientas informticas presentes en el mercado tanto tcnicas como de multimedia. Por otro tratar de paliar problemas detectados en los alumnos como la falta de visin global y de relacin e integracin de los conocimientos recibidos, ausencia de capacidad para trabajar en grupos, pasividad y falta de creatividad.

Componentes del grupoCoordinador/a: Nombre y apellidos Julio Terron Perna rea de Conocimiento Ing de Sistemas (ISA) y Automtica Departamento Ingenieria de Sistemas y Automtica (ISA) Tec. Electrnica Y Electrnica (TE,E) ISA,TE,E ISA,TE,E ISA,TE,E Ing. Tcnico Elec. Ing. Tecnico Elec. Ing Tecnico Elec. Radio Elec. Naval Informtico

Componentes:

Julio Terron Perna Carlos Corrales Alba Manel J. Lpez Snchez Pedro Machado Miguel A. Arena Lanzas Manuel E. Milla Ibez Manuel J. Ortega Lpez Javier Garcia Carreo

ISA ISA ISA Esc. T. S. Ingeniera Esc. T. S. Ingeniera Esc. T. S. Ingeniera Esc. T. S. Ingeniera Esc. T. S. Ingeniera

Asignaturas afectadasNombre de la asignatura Control automtico por Ordenador Tcnicas de Sistemas de Planificacin Global Tecnicas de sistemas integrados de planificacin y gestin Modelado, anlisis y simulacin de sistemas Sistemas de Control Digital Automatizacin Industrial Automatizacin de sala de mquinas con PLC Proyectos fin de carrera rea de Conocimiento ISA ISA ISA Titulacin/es L.RCM L. MAQN L: NM

ISA ISA ISA ISA ETSII

L.MAQN L.MAQN ING. TEC IND. ELECTRNICA L.MAQN ETSII

MEMORIA DE LA ACCION1. INTRODUCCIONActualmente, el mundo empresarial industrial ante los cambios tecnolgicos, un mercado cambiante, vertiginoso e imprevisible, busca en la contratacin de su personal tcnico cualificado, aparte de conocimientos, competencias, actitudes y valores. En su quehacer diario requiere soluciones concretas a sus problemas, ms que tecnologa a secas, y necesita profesionales flexibles, con capacidad de trabajo en grupo, con visin 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 tecnologa (control, electrificacin, automatizacin, organizacin..) y diferentes funciones (diseo, diagnstico, mantenimiento, explotacin, organizacin, bsqueda de mercados, calidad, seguridad). En cuanto a la Universidad, sin embargo, nuestros alumnos (futuros profesionales), a lo largo de su proceso de formacin, reciben el conocimiento, parcelado en multitud de asignaturas, sin integrar, sin saber relacionar lo realmente relevante de lo estudiado, y la mayora de las veces sin motivacin, con formas de trabajo individualizado, y sin saber trabajar en equipo. Es tradicional sobre todo en las escuelas tcnicas como la Escuela Superior de Ingenieros de Cdiz, Algeciras o la Facultad de Ciencias Nuticas, donde existen muchas especialidades, que el alumno realice un trabajo final o proyecto fin de carrera, sobre algn 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 aqu 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 continuacin. L asignacin o eleccin conlleva por un lado a una realizacin en a 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, dejndose asesorar o copiar para salir del paso, donde la mayora de las veces usa software de diseo, 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 realizacin 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 n de tutores, provoca que muchas veces el profesor no est especializado en los temas que tiene que tutorar. Y tambin porque no decirlo, a veces es el departamento el que no define una lnea clara de trabajo y por tanto no se desarrolla cada vez ms nivel en lo que dirige, ni se puede aprovechar en las labores diarias de formacin lo desarrollado. Siguiendo la lnea de lo expresado en la Memoria 2002-2003 de la UCUA 9.8 ante todo lo expresado, un grupo de profesores pensamos, que sera interesante desarrollar proyectos fin de carrera que girasen sobre una empresa tipo, pero que abarcaran una serie de diseos y funciones relacionadas y complementarias, para que el trabajo desarrollado en un proyecto, sirviera de base y datos al siguiente, y la instalacin tocara los mximos campos y tecnologas posibles. Todo ello se realizara aprovechando la potencialidad que ofrecen las modernas herramientas informticas, para conseguir potenciar el trabajo en grupo, la creatividad, aprovechar los resultados en clase y estar ms integrados de cara a impartir cursos de diseo. 1. Objetivos Realizacin de diferentes proyectos tcnicos sobre una misma instalacin industrial, para la integracin y aprovechamientos de resultados de los proyectos parciales, para una mayor profundidad y mejora del trabajo realizado. Uso de nuevas tecnologas de la informacin para la realizacin de los mismos, para la comprensin ms profunda de los procesos y sistemas mediante generacin y aplicacin de modelos grficos tridimensionales y de realidad virtual. Preparacin de material para la enseanza a distancia mediante e-learning, con la generacin de guiones multimedia, expertos y cognitivos.

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Utilizacin del material generado, para su uso en diferentes mbitos como: Clases tericas, generacin de apuntes, presentaciones didcticas, cursos de formacin, maquetas de experimentacin. Potenciar en los alumnos que realizan el trabajo fin de carrera actitudes como: trabajo en grupo multidisciplinares, creatividad, ilusin por lo que se hace (aprendizaje por descubrimiento), visin global de los problemas de una instalacin industrial real, generacin de presentaciones compartiendo resultados. Potenciar la insercin laboral de los alumnos egresados en el entorno de la regin. Desarrollo de habilidades como la integracin de los conocimientos, y de una visin global de proyectos, en distintas especialidades, Conocimiento y evaluacin de las posibilidades y aplicaciones de software tcnico disponible en el mercado. Estudio de nuevas tcnicas informticas para actualizacin de proyectos. Capacidad de representar el conocimiento y los procesos de clculo por medio de tcnicas cognitivas y representaciones multimedia, para desarrollar la flexibilidad mental, sus capacidades formativas y de expresin. Ayudar al anlisis y diseo integrado de instalaciones tcnicas.

2. Descripcin de la experiencia Como ejemplo base de este trabajo se ha elegido una fbrica de piensos compuestos que incorpora todas las tecnologas que interesa estudiar y que comprende las siguientes instalaciones y procesos: FASE 1: (Realizada) Instalacin elctrica. Acometida y proteccin en AT, transformacin, acometidas a cuadro de fbrica, fuerza, enchufes y cuadros parciales y compensacin de la energa reactiva. Estructuras. Centro de transformacin, torre de fabricacin, nave de almacn, oficinas y silos exteriores. Instalaciones y maquinaria. Almacenamiento de cereales, grasa, harinas, molienda, dosificacin, mezclado, granulado y envasado, produccin de aire comprimido y vapor, agua potable, alcantarillado y fuel-oil. Alumbrado. Interior torre fabricacin, almacn, talleres, oficinas y exterior. Fig. n 1: Fbrica de piensos Procesos cognitivos de diagramacin del clculo de las instalaciones con enlaces hipermedia. Automatizacin de base. Con PLCs y gobierno por contactores. Programacin del sistema automtico de control. Sensores, actuadores y acometida. Modelado 2D de los planos de la fbrica. Modelado 3D y animacin. Resultados de iluminacin. Modelo de realidad virtual de las oficinas. Modelo realista para comprobacin de resultados. FASE II (En realizacin) Red jerarquizada de control integrado con los niveles de gestin de produccin y bus de campo. Automatizacin por control a distancia por Internet Modelos web de procesos de clculo en Matcad Interfaces hombre-computador para el control mediante SCADA. Estudio desde el punto de vista de la organizacin industrial de los procesos. Modelos interactivos de realidad virtual de la maquinaria del proceso. Pagina web explicativa del funcionamiento, caractersticas y diseo de la instalacin. Material educativo para varias asignaturas tcnicas.

Expresamos a continuacin algunos ejemplos de los proyectos desarrollados.

Electrificacin Interfaces SCADA Regulacin Fbrica De piensos Redes industriales FielBus Organizacin Industrial y gestin

Automatizacin PLC

Control a distancia Pag Web Procesos De regulacin Clculo Naves Y estructura

Planos 2D: Autocad Planos 3D: 3D Studio Pag Web: Front Page Realida d virtual: SuperScape Diagramacin: ABC y Visio Hojas de clculo: Excel Bases de datos: Access Regulacin: Matlab y Vissim PLC : Omron Programacin: CXProgrammer SCADA: CX Supervisor Electrificacin: Soft. Comercial

Alumbrado

Fig. n 2 : Integracin de diferentes proyectos de ingeniera sobre planta piloto, y herramientas utilizadas.

2.1. Modelado 2D. Mediante el uso del programa Autocad se han realizado, por capas y cdigos de colores, los planos de planta, alzado (Fig. 3) y perfil de las distintas estructuras de la fbrica. Su uso va desde las clsicas utilidades en ingeniera, como planos para acometidas a motores, alumbrado, posicionado de cuadros de mando y fuerza, sensores, medidas para programas de clculo tcnico, posicin de elementos, y en multimedia como imgenes y ayuda a descripciones, funcionamiento, estructuras y modelado 3D.

Fig n 3 : Modelo digital 2D torre fabricacin

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, visualizacin de posiciones de elementos. Estos modelos son bsicos para la generacin de los modelos hiperrealistas 3D renderizados, y se usan para explicaciones de la instalacin, previsualizar resultados.

Fig. n 4 Modelo 3D de la fbrica, centro transformacin y oficinas

2.3. Diagramacin cognitiva experta de los procesos de clculo: En la educacin tradicional,los estudiantes de ingeniera suelen recibir conocimientos cuantitativos, basados en una sucesin de frmulas matemticas y tablas, orientados principalmente al clculo. Esta metodologa, solo produce conocimiento experto tipo algortmico que se olvida fcilmente, ya que se ha demostrado en el aprendizaje cognit ivo y significativo, que el cerebro no piensa as, 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 instalacin. Para ello se utilizan programas de creacin libre de diagramas (ABC Flow Charter, Power Point, Visio) que poseen posibilidades multimedia. En esta ideogramacin entran en juego representaciones del conocimiento como redes causales, modelos cualitativos, mapas conceptuales, diagramas de flujo, jerarquas funcionales, enlaces multimedia con grficos y esquemas, animaciones, etc. En la (Fig. 5) se presenta una diagramacin de eleccin 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 l. Por ejemplo la tensin de cortocircuito Ucc % influye de forma montona creciente (+) en las prdidas y en la cada de tensin. Las prdidas del trafo influyen causalmente (+) en el calentamiento y ste a su vez en la ventilacin necesaria y por tanto en las caractersticas constructivas de la caseta. En los lugares convenientes hay enlaces con hojas de clculo, bases de datos, imgenes de la caseta o del diagrama unifilar de proteccin del trafo.

LINEA

Pcc Tensin Nominal 20 KV Icc

Un Ucc 4%

decide

Influye influye

-

Produce Produce

Esfuerzos trmicos Esfuerzos Dinmicos

+TRAFO

+

Caida de tensin Intensidad In

Obra civil

Perdidas

Caracteristicas dimensionales influyen Tipo de acometida

Caracteristicas constructivas

+ +Ventilacin

Facturacin disminuye Calentamiento Tensin de trabajo de las fbrica Potencia simultnea + % de ampliacin

Sobredimension de equipos

Diagramacin del proceso de clculo - De flujo - red semntica - Estructura - arbol jerrquico - Red causal ...

+Relacin transformacin

Normas tecnicas de la compaia suministradora

Necesidades de espacio de los elementos elctricos

Potencia determina Cambio tensin secundario Clase + Dimensiones Grupo de conexin Dy

+determina

Frmulas de clculo

Caida tensin

Hoja de clculo (Excel)Neutro accesible Tipo de proteccin

Tablas del Reglamento AT y BT

Tipo de aislamiento Tipo de refrigerante

posibilita 220V

aconseja

Compaia suministradora

Base de datos (Access, SQL...)

Carga desiquilibrada Centro Transformacin Alumbrado

Cuadro contactores, PLC, PC

Fig. n 5 : Diagrama cognitivo de clculo, con enlace multimedia a hojas de clculo, bases de datos, imgenes.

2.4. Clculos tcnicos. stos corresponden a los proyectos elctricos elementos de proteccin y corte de las instalaciones, acometidas de fuerza y acometidas y clculo de alumbrado, cuadros, clculos de estructuras, tuberas de agua, aire comprimido, vapor, etc. Para ello se utilizan programas de empresas suministradoras como Metron, ABB, Philips, Pirelli, Siemens, Omron, etc. Aqu es importante por un lado, que el alumno coteje los resultados de los propios clculos tericos hechos en hojas de clculo, teniendo en cuenta las frmulas y los reglamentos oportunos, con los que ofrecen los programas comerciales de diseo y por otro que comprenda para realizaciones practicas, el sentido de las preguntas y orden de los enlaces que ofrecen los mens de ventanas de clculo de dichos programas, para que no se limite a responder sin criterio. Se puede comprobar el resultado del nivel de iluminacin de la disposicin de las luminarias de vapor de mercurio en el modelado 3D y una pantalla de clculo lumnico de Philips.

Fig. n 6: Clculo de las instalaciones de alumbrado y comprobacin de resultados obtenidos mediante simulacin 3D.

2.5 Interfaces HMI SCADA. Con software de programacin SCADA CX-SUPERVISOR para PLCs de la casa Omron o genricos como el Labview, se automatiza la instalacin gobernando a los PLC mediante las interfaces de control H-M y simuladores del proceso. Para ello se usan imgenes 2D y 3D. Cada da, se considera de mayor importancia los aspectos de diseo de estas interfaces, ya que una mayor aproximacin a la realidad evitar errores del operador.

Fig. n 7: Interfaces HMI a partir de modelos 3D

2.6 Modelo real a escala: Para probar el correcto funcionamiento de la programacin del control en todas sus facetas (produccin, emergencia, paradas, averas) se ha realizado una maqueta analgica que representa al proceso con sus finales de carrera, pulsadores de marcha, parada, emergencia, rels trmicos, a partir de las imgenes 2D del proceso.Fig. n 8: Maqueta real del proceso para simulaciones de automatizacin.

2.7. Realidad virtual (RV): Mediante el software VRT de Superscape con incorporacin de objetos 3D del Autocad (extensin .DXF), del 3D Studio (extensin .3DS) o ficheros .VRL de otros programas de RV, se generan escenarios virtuales con incorporacin de comportamientos inteligentes de los objetos de la escena mediante programacin en lenguaje SCL. Estos escenarios, se utilizan en navegaciones virtuales de visualizacin de los diseos, para formacin, en interfaces H-M de control del mundo real a travs de tarjetas de adquisicin de datos, en multimedia, en paginas HTML para visitas virtuales en Internet a travs de navegadores como el Netscape con el plug-in Viscape o navegador virtual. En la (Fig. n 9. ) se presenta el despacho del director en la oficina.

Navegacin virtual Interface con el mundo virtual Interfac e con el mundo real CDIGO 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='Camin hold'.peso_kg; angulo=0.1000* (peso_kg-500)+10; while (ang_man