3.- TEORÍA de ELECTRÓNICA digital utilizada en Tecnología

Introducción

Hemos visto hasta ahora algunos componentes muy utilizados en los circuitos de electrónica analógica. Esta tecnología se caracteriza porque las señales físicas (temperatura, sonido, imagen, etc...) se convierte en una señal eléctrica con la misma forma de onda que la señal física.
Veamos un ejemplo.
En un aparato de sonido “analógico” (ejemplo un cassette)
El sonido se convierte en señal eléctrica, esta señal la podemos modificar, grabar, etc. A la salida de los altavoces la señal eléctrica
se convierte en una señal de sonido.
La señal analógica es una onda que puede tomar cualquier valor de voltaje a lo largo del tiempo.

 

Si utilizamos un sistema digital (ejemplo un CD ) el sonido se codifica con dos únicos valores ( 0 ó 1) a estos valores se les denomina valores binarios, este sistema de manejar la información es la base de toda la electrónica digital.

En los circuitos digitales una señal de voltaje (5 V) equivale a un 1 lógico y una señal de  “no voltaje” (0 voltios) equivale a un 0 lógico.

 

 

 

Codificación decimal/binario

Veamos cómo codificar con dos valores (1 y 0) los números en formato decimal.

Para codificar los números en el sistema decimal (el que usas habitualmente) se emplean 10 cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).
Cuando escribimos un número, ejemplo 153, la cantidad total resulta de multiplicar cada cifra por su base correspondiente:

153 = 1x100 + 5x10 + 1x1

En el sistema binario sólo tenemos dos dígitos para representar un número. Si en el sistema decimal las bases son (1, 10, 100, etc.) en el sistema binario las bases son (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etc.).

Conversión binario a decimal:
Veamos qué número decimal es el binario 10101001:
Para averiguarlo se procede de igual forma que con el número decimal anterior, pero con las bases del sistema binario.

10101001 = 1x128 + 0x64 + 1x32 +  0x16 + 1x8 + 0x4+ 0x2  + 1x1 + = 169
Convierte en decimal los siguientes números binarios:

                               128         64           32           16           8              4             2             1            
10011
01101
01011
00010

Para convertir un número de decimal a binario, existen distintas formas que darán el mismo resultado, veamos una forma muy sencilla.

 

                256        128         64           32           16           8              4             2             1            

153        

Convierte en binario los siguientes números decimales.

 

234
123
62
15

Operaciones lógicas

 

Acabamos de ver cómo se puede codificar la información con señales binarias (1 y 0), vamos a ver algunas operaciones que se pueden realizar con estos valores, estas operaciones son la base de otras más complicadas.
Para realizar circuitos electrónicos que realicen estas operaciones, los fabricantes tienen diferentes circuitos integrados con distintos tipos de puertas.
La base de los microprocesadores son estas operaciones básicas que combinadas permiten ejecutar operaciones mucho más complejas.

Las distintas puertas van a tener unas “entradas lógicas” serán los valores binarios que puede tener la entrada a su salida. Y un valor de “salida” cuyo resultado será 0 ó 1.
A las entradas las designaremos con las letras a, b, c, d, etc... y a la salida con la letra s. Igualmente la salida sólo puede tomas dos valores 0 ó 1.

 

 

Las puertas lógicas se representan gráficamente o mediante su “operación lógica”. La “tabla de la verdad” de una función, representa la salida que da para las distintas combinaciones de entradas.

Las puertas lógicas

Completa la siguiente tabla con el símbolo normalizado, y la “tabla de la verdad” de cada función.

Puerta	Operación	Símbolo Crocodile	Símbolo normalizado	Tabla de la verdad
AND (Y lógico)	S = a.b
OR (o lógico)	S = a + b
NO (inversor)	S = a
NAND (Y negada)	S = a.b
NOR (o negada)	S = a + b
XOR	S =a + b

 

Mediante la combinación de distintas puertas lógicas, se crean funciones más complejas.

1.- Determinar la función resultante y la tabla de la verdad de estas dos funciones.

 

 

 

 

2.- Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las siguientes funciones.
 

S1= a.b+a.c                         S2=a+(b.c)                                           S3=a + b               S4=(a+b).(b+c)

3.- Determina la función resultante y la tabla de la verdad de estos circuitos.

1	2
3	4

 
4.- A partir de las tablas de la verdad siguientes determina la función y dibuja el esquema de puertas.

a  b  c  S1 0  0  0   0 0  0  1   0 0  1  0   1 0  1  1   0 1  0  0   0 1  0  1   1 1  1  0   0 1  1  1   0

a  b  c  S2 0  0  0   1 0  0  1   0 0  1  0   0 0  1  1   0 1  0  0   0 1  0  1   0 1  1  0   0 1  1  1   1

a  b  c  S3 0  0  0   0 0  0  1   1 0  1  0   1 0  1  1   0 1  0  0   0 1  0  1   1 1  1  0   0 1  1  1   0

 

5.- Para controlar el sistema de alarma de una casa se ha pensado utilizar las siguientes variables lógicas.
a.- Alarma activada.
b.- Señal de humo
c.- Presencia de persona
Se desea que haya dos salidas o funciones, determina la función y el esquema.

• Salida 1, antiincendios, se activa si está activada la alarma, está activada la señal de humo y no está activada la señal de presencia de persona.
• Salida 2, intruso en casa, se activa si está activada la alarma y la señal de presencia humana.

6.- Se desea controlar la puerta de un garaje, mediante las siguientes variables. Queremos que siempre que llegue alguien la puerta se abra. Las salidas son S1 (abrir puerta), S2 (cerrar puerta). Realizar las funciones.
a.- Presencia de persona.
b.- Puerta abierta.
c.- puerta cerrada.

BIBLIOGRAFÍA.

 

• DECRETO 39/2002, de 5 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 47/1992, de 30 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo de la Educación Secundaria Obligatoria en la Comunidad Valenciana.

http://www.cult.gva.es/Educacion.htm

• DECRETO 50/2002, del 26 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 174/1992, de 19 de agosto, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo del Bachillerato en la Comunidad Valenciana. http://www.cult.gva.es/Educacion.htm

 

• Pagina personal del Asesor de Tecnología de la E.S.O y del Bachillerato Tecnológico del Cefire de Alicante. BIBLIOGRAFÍA PARA EL ÁREA DE TECNOLOGÍA. Actualizada por César Sánchez Serna. http://www.terra.es/personal/cesarsan/. Copyright 1997-2002. cesarsan@teleline.es. Alicante. España.

• SÁNCHEZ SERNA, Cesar. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Anexo: electricidad – electrónica”. Curso 2002-2003. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

 

• SÁNCHEZ SERNA, CÉsar. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Construcción de prototipos electrónicos utilizados en los proyectos de tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

• SÁNCHEZ SERNA, Cesar. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Formación en control y robótica en tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

 

• SÁNCHEZ SERNA, Cesar. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Elementos de potencia utilizados en los proyectos de tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

• SÁNCHEZ SERNA, Cesar. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Electrónica de control analógica utilizada en tecnología: regulación electrónica.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net.

 

ANEXO: PRACTICAS CON AUTOMATISMOS EN EL ÁREA DE TECNOLOGÍA.

 

 

 

Autores:
Maria Dolores Villena Roblizo Jefa de Departamento de Tecnología del IES Muchamiel
César Sánchez Serna, Profesor de Tecnología del I.E.S Cabo de las Huertas de Alicante

PRÁCTICA DE AUTOMATISMOS 1

Ejercicio	Dibuja el esquema	Comprobado
1.- Mediante dos lámparas y dos pulsadores. Realiza un esquema en el que al pulsar un pulsador se encienda una lámpara y al pulsar el otro pulsador se apague la otra lámpara.
2.- Realiza un esquema para que un motor gire en un sentido o en el contrario, mediante un conmutador doble.
3.- Añade al esquema anterior dos pulsadores NC para que cuando uno de ellos esté pulsado el motor se detenga en uno de los dos sentidos de giro.
4.- Realiza el esquema de la figura para comprobar el funcionamiento del relé. Anadéele dos bombillas para que al pulsar se encienda una y apague la otra.
5.- Completa  el esquema de la figura para realizar una marcha-paro. Dibuja el esquema.
6.- Realizar un circuito, para que al pulsar cualquiera de tres pulsadores se active una luz, y permanezca encendida hasta pulsar un cuarto pulsador NC
7- Acopla la marcha-paro al piñón cremallera, para que al pulsar marcha se sitúe hacia la derecha, pulse el final de carrera y se encienda la lámpara, y al pulsar paro, vuelva a la posición inicial la cremallera.
8.- Modifica el circuito anterior para que la vuelta a la posición inicial la haga automáticamente al llevar al tope.

 

 

PRÁCTICA DE AUTOMATISMOS 2

Ejercicio	Dibuja el esquema
1.- Realiza un esquema para que un motor gire en un sentido o en el contrario, mediante un conmutador y dos pilas.
2.- Añade al esquema anterior dos pulsadores NC para que cuando uno de ellos esté pulsado el motor se detenga en uno de los dos sentidos de giro.
3.- Realiza un circuito para medir la rapidez de dos concursantes en pulsar un pulsador. El primero que pulsa se enciende su bombilla e impide que se encienda la del otro.
4.- Realiza un circuito para aplicarlo a un vehículo con el siguiente funcionamiento. Un motor empuja al vehículo hacia delante o atrás. Un final de carrera detecta los choques de manera que cuando el vehículo choque al frente o detrás el conmutador cambia de posición y queda fijo hasta nuevo choque. Cuando el vehículo se mueve hacia delante se enciende una lámpara y si lo hace hacia atrás se enciende otra.

 

PRÁCTICA

Introducción a la programación del Autómata Programable (PLC)

 

1.- Objetivos

Esta práctica tiene como objetivo el manejo y programación de un autómata programable industrial. Mediante el diseño de automatismos sencillos se propone una primera toma de contacto con el dispositivo capaz de implementar éstos: el PLC o autómata programable.

A través de los ejercicios propuestos se debe diferenciar  qué tipo de automatismo se debe diseñar, para luego programar sus ecuaciones correspondientes en lenguaje de contactos. Independientemente de si el automatismo es combinacional o secuencial, ambos se programan de la misma forma y ambos se ven reducidos a un conjunto de ecuaciones lógicas.

 

Ejercicio 1.1

Una máquina pulidora posee dos motores: uno que mueve su cabezal hacia la derecha y el otro que lo desplaza hacia la izquierda. Además, se dispone de dos finales de carrera, f1 y f2, que indican cuándo el cabezal ha llegado al extremo derecho o izquierdo, respectivamente.

 

 

 

 

La máquina comienza su movimiento hacia la derecha. Cuando se activa el sensor f1, cambiará su movimiento hacia la izquierda, hasta que se active el sensor f2.

El diagrama de etapa/transición es el siguiente:

 

 

El automatismo anterior se programa en el autómata mediante las siguientes etiquetas y ecuaciones lógicas representadas en diagrama de contactos:
En primer lugar, se deben asignar las entradas y salidas del autómata a los sensores y actuadores del proceso, respectivamente, en este caso, la asignación es:

 

ENTRADAS: IN2 à f1; IN3 à f2
SALIDAS: OUT1 à derecha; OUT2 à izquierda

 

EDITOR DE ETIQUETAS Y DIRECCIONES

 

DIAGRAMA DE CONTACTOS

 

             

 

¿Se trata de un automatismo combinacional o secuencial? ¿Por qué?
Programa el controlador anterior en el autómata programable.

Ejercicio 1.2

 

La fase de llenado de una máquina embotelladora funciona de la siguiente forma. Se dispone de un sensor f que se activa cuando se sobre él se halla situada una botella. En primer lugar, se mueve la cinta hasta que hay una botella dispuesta bajo la válvula de llenado y se activa el sensor f, por lo que comienza dicho proceso, que dura 10 segundos. Transcurridos los 10 segundos, la cinta transportadora se pone en marcha de nuevo para proceder al llenado de una nueva botella.

 

El diagrama de estado/transiciones del automatismo anterior es:

 

La asignación de las entradas y salidas del autómata a los sensores y actuadores del proceso es:

 

ENTRADAS: IN3 à f
SALIDAS: OUT1 à M; OUT2 à V

 

EDITOR DE ETIQUETAS Y DIRECCIONES

 

DIAGRAMA DE CONTACTOS

   

 

¿Se trata de un automatismo combinacional o secuencial? ¿Por qué?
Programa el controlador anterior en el autómata programable.

 

Ejercicio 1.3

 

Diseña y programa un controlador en el autómata programable para el siguiente proceso.

En la figura 1, podemos observar el esquema de un reactor químico para fabricar un cierto producto. Se dispone del siguiente equipo:

• SENSORES BINARIOS:

 

• PID-OK: Vale 1 cuando los PID’s que regulan las variables continuas del proceso están operativos y en perfecto funcionamiento. Si se produce algún fallo en algún PID, el sensor de seguridad PID-OK vale 0.
• PRESION-OK: Vale 1 cuando la presión está dentro de unos márgenes tolerables. El proceso se encuentra entonces en su punto de funcionamiento estable.
• TEMPERATURA-OK: Vale 1 cuando la temperatura está dentro de unos márgenes tolerables. El proceso se encuentra entonces en su punto de funcionamiento estable.
• NIVEL-OK: Vale 1 cuando el producto en el interior del reactor alcanza el nivel de llenado adecuado.
• INICIO: Es el botón de inicio de la producción. Vale 1 cuando se desea iniciar la producción y poner en funcionamiento el reactor.

• ACCIONADORES TODO/NADA:

 

• VÁLVULA A: Valdrá 1 cuando deseemos abrir la válvula.
• VÁLVULA B: Valdrá 1 cuando deseemos abrir la válvula.
• VÁLVULA E: Valdrá 1 cuando deseemos abrir la válvula.
• AGITADOR: Valdrá 1 cuando deseemos remover el producto del interior del reactor.
• PID-RUN: Valdrá 1 cuando deseemos arrancar los controladores PID.

 

Para automatizar la producción en el reactor hay que gestionar situaciones relativas a la seguridad del proceso. Por tanto, diseñar un automatismo para disparar las alarmas cuando se produzcan fallos en la producción:

• ALARMA NO RECUPERABLE (HIGH LEVEL ALARM): Esta alarma se disparará cuando el proceso no se encuentre en su punto de operación estable requerido (temperatura o presión fuera de rango) y algún PID no esté funcionando correctamente. Además, existe un caso especial: si la temperatura en el reactor es correcta y la presión no, es imposible recuperar la presión y llevarla a los márgenes deseados,  aunque los PID’s estén operativos.

 

• ALARMA RECUPERABLE (LOW LEVEL ALARM): La alarma se generará cuando el proceso no esté en su punto de funcionamiento estable y no exista un fallo en el funcionamiento de los PID’s.

 

Además, la empresa necesita automatizar una parte del proceso consistente en realizar la secuencia de operaciones que a continuación se detalla (figura 1):

• Cuando se pulse INICIO, se pondrá en marcha la producción en el reactor. Si se desactivara dicho interruptor, se finalizaría el proceso completo, quedándose en espera de que volviese a pulsar.
• Abrir las válvulas A y B hasta que el nivel de llenado en el reactor sea el adecuado.
• Arrancar los controladores PID.
• Esperar a que la temperatura y la presión sean las correctas.
• Agitar la mezcla durante 10 segundos.
• Si no se ha producido ninguna alarma, vaciar el contenido del reactor, abriendo la válvula E durante 10 segundos. En caso contrario, esperaremos a que desaparezca cualquier señal de alarma antes de vaciar el reactor.
• Apagar los PID’s y volver a la situación inicial para poder realizar otra nueva mezcla de productos.

 

BIBLIOGRAFÍA

 

• Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Programación de tecnología. Curso 2003-2004. ” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

• Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2005). “Componentes electrónicos utilizados en los proyectos de Tecnología.” Curso 2004-2005. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

 

• Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2005). “Practicas COCODRILE para 1er Y 2º Ciclo de la ESO y BACH.” Curso 2004-2005. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

• Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2005). “Practicas de Electrónica: analógica y
  Digital.” Curso 2004-2005. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net

 

DIRECCIONES DE INTERNET INTERESANTES

1. http://alumnat.upv.es/pla/visfit/4059/AAAGNXAAXAAAD6lAB0/practicas.doc

 

2. http://apuntes.rincondelvago.com/practicas_fp/equipos_instalaciones_electrotecnicas/automatismos_cuadros_electricos

3. http://www.edebedigital.com/recursos/docs/proyectos/25.doc

 

4. http://www.esi2.us.es/~fabio/automatismos.htm

5. http://www.eup.us.es/portada/infgen/programas/plan2001/diseno/tercero/elecau.doc

 

6. http://www.isa.uniovi.es/~felipe/files/infindII/Pres_II-II%202002-2003.doc

7. http://www.it.uc3m.es/rueda/lsfc/trabajos/Curso03-04/8.doc

 

8. http://www.ujaen.es/serv/sga/documentos/programas/200405/eps/4899/4899_1.doc