Control y robótica. 1. Sistemas de control Sensores Control electromecánico y electrónico Control programado.

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Texto completo

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Control y robótica

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1. Sistemas de control

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2. Sensores

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3. Control electromecánico y electrónico

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4. Control programado. Robots

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1. Sistemas de control (I)

Actividades

 Completa la siguiente tabla con los elementos que forman un sistema de control (fíjate en el diagrama anterior). En la sopa de letras encontrarás dichos elementos.

Los automatismos utilizan

sistemas de control

formados por sensores, controlador y

actuadores.

Pueden ser de lazo abierto o de lazo cerrado. La

realimentación

consiste en

comprobar si la salida del sistema es la que habíamos previsto. A continuación se

mues-tran los distintos elementos de un sistema de control:

proceso actuador controlador sensor S E realimentación comparador reloj programador humedad de la tierra humedad humedad informa al sistema del estado de salida E C O N T R L L A D O R A A P A R O C E N S C A M I E C R E A L I M E N T A C I O N O C O A C T U A U D R P C S E N C O M P A R A D O R E D C O N T R O L A D O R N O N S S E N N S A C O T S A D R A E P R E A L P R O C E S O D O R P R O C E R S A D R A Elemento Definición

Conjunto de acciones y cambios que modifican el sistema a controlar (temperatura de una habitación, humedad del suelo, velocidad de un motor, etc.).

Encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático (radiador, válvula, bomba de agua, motor, etc.).

Envío de información sobre el estado de salida al de entrada.

Controla todo el sistema activando o desactivando el actuador a partir de los datos que recibe del sensor.

Elemento que capta información del entorno.

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1. Sistemas de control (II)

 A partir de los siguientes elementos, dibuja el esquema de un sistema de control de la temperatura de una habitación. controlador actuador radiador proceso temperatura de la habitación sensor 20 0C E

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2. Sensores (I)

Un

sensor

es un dispositivo que capta información de magnitudes físicas como velocidad,

temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de luz, posición, etc.

Sensor Tiene el siguiente aspecto…

LDR

Sirve para medir…

Nivel de iluminación

Una posible aplicación sería… Iluminación automática de calles Termistor Temperatura Mantener la temperatura de una habitación constante Sensor de ultrasonidos Distancias

Usarlo en un robot para medir las distancias a las que se encuentran los obstáculos y poder evitarlos Final de carrera o recorrido La posición de un objeto Comprobar si un ascensor ha llegado al piso de destino Sensor de

humedad Nivel de humedad

Riego automático de un jardín Lámina bimetálica Temperatura Control de la temperatura de pequeños electrodomésticos (plancha, secador, tostadora) Interruptor de proximidad magnético La posición de un objeto En un sistema de alarma comprobar si se han abierto las puertas y ventanas

calor

se dilata

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2. Sensores (II)

Actividades

 Completa la siguiente tabla sobre distintos sensores:

Nombre del sensor y su imagen Mide

Nivel de iluminación Se aplica Termistor Distancias Sensor de humedad Lámina bimetálica

Interruptor de proximidad magnético

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2. Sensores (III)

 Indica si los siguientes aparatos de uso cotidiano usan sensores y, en caso afirmativo, nombra uno de ellos. a) Secador de pelo: b) Lavadora: c) Ascensor: d) Reloj: e) Teléfono móvil: f) Teléfono fijo: g) Frigorífico: h) Horno microondas: i) Ventilador:

 ¿Qué tipo de sensor utilizarías en unos servicios públicos para reducir el consumo de agua?

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3. Control electromecánico y electrónico (I)

Actividades

 Indica si las siguientes afirmaciones se refieren a levas, finales de carrerao relés:

a) Componente electromagnético formado por una bobina y unas láminas metálicas móviles.

b) En los sistemas de control, pueden formar parte de un bote programado.

c) Sirven para detectar cuando un objeto ha alcanzado una determinada posición.

d) No poseen partes móviles.

e) Solo pueden activarse mediante electricidad.

f) Se activan ejerciendo presión sobre los mismos.

g) En los sistemas de control están en continuo movimiento, activando y desactivando otras partes del mismo.

h) Pueden utilizarse para detectar cuando un depósito está lleno en un sistema de control del nivel de líquido.

 El siguiente circuito permite controlar el sentido de giro de un motor mediante un relé. Dibuja el circuito con los cambios que ocurren en el mismo cuando accionamos el pulsador, indicando el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas y el sentido de giro del motor. (Dato:cuando accionamos el pulsador las láminas del relé son atraídas hacia la bobina.)

Los sistemas

electromecánicos

se basan en la activación de dispositivos mediante el

des-plazamiento de piezas móviles. Los elementos más empleados en los mismos son

levas,

finales de carrera

y

relés.

El control

electrónico

permite utilizar sensores más complejos. Se basa en el uso de

tran-sistores

y circuitos integrados.

⫺ ⫹ ⫺ ⫹ 3 V 6 V bobinade relé M

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3. Control electromecánico y electrónico (II)

 Responde verdadero (V) o falso (F) a las siguientes frases sobre el circuito anterior:

a) Un relé permite controlar un dispositivo que funciona a una tensión (motor de 3 V) mediante una tensión diferente (pila de 6 V).

b) Por la razón anterior, usando el mismo circuito podríamos controlar cualquier dispositivo (lámpara, radiador, motor) que funcione a 230 V.

c) La velocidad de giro del motor depende de si el relé está o no activado.

d) La bobina del relé actúa como un electroimán.

e) Todos los relés tienen dos láminas metálicas móviles.

f) En el circuito anterior el motor está siempre en movimiento.

g) No se puede añadir ningún componente al circuito para solucionar el problema anterior.

 Indica alguna aplicación del circuito de la actividad 2.

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3. Control electromecánico y electrónico (III)

a) En el siguiente sistema de control mediante transistores dibuja un recuadro sobre el sensor, otro recuadro sobre el circuito de control y uno más sobre el actuador:

b) Completa la explicación sobre el funcionamiento del sistema de control anterior usando los siguientes términos:

motor – temperatura – disminuye – base – transistor – NTC

Cuando aumenta la la resistencia de la disminuye y comienza a entrar corriente eléctrica por la base del primer . La corriente que sale por el emisor del primer transistor entra en la del segundo transistor que también se activa. La activación de los transistores pone en marcha el . Cuando la temperatura deja de circular corriente por los transistores y el motor se detiene.

c) Vuelve a dibujar el sistema de control anterior sustituyendo el sensor por uno de los mostrados en la ilustración (presión, luz, humedad). Sustituye también el actuador por una bombilla, un timbre o un LED. (No olvides que un LED siempre debe ir en serie con una resistencia limitadora de corriente.)

d) Explica cómo funciona el nuevo sistema de control utilizando el mismo párrafo de la actividad b)con las modificaciones que creas conveniente realizar.

NTC ⫺ ⫹ 2,2 k⍀ M 4,5 V BC548B 12,7 k⍀ 10 k⍀ ⫺t° BC548B presión bombilla luz LED calor humedad timbre motor CIRCUITO DE CONTROL

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4. Control programado. Robots (I)

Actividades

 La controladora Arduino posee 13 pines o patillas que pueden configurarse como entradas o salidas digitales, 6 entradas analógicas y una conexión USB al PC. La alimentación puede ser externa o a través del propio puerto del ordenador. Mediante recuadros, indica sobre la foto dónde se encuentran las entradas/salidas digitales, entradas analógicas, alimentación y conexión al PC.

 Indica a qué parte de la controladora (entrada digital: ED, salida digital: SD o entrada analógica: EA) conectarías los siguientes dispositivos:

a) Sensor de temperatura. b) Motor. c) Final de carrera. d) Pulsador. e) Timbre. f) Sensor de sonido. g) Interruptor.

Para realizar un sistema de control programado se necesita un

ordenador,

un

programa

de control

y una

tarjeta controladora.

La tarjeta controladora dispone de

entradas

para

captar información del exterior y

salidas

para activar dispositivos.

Los

robots

son automatismos que captan información del entorno y se pueden

progra-mar para realizar distintas tareas.

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4. Control programado. Robots (II)

 A continuación se presenta el esquema de sistema de control de un semáforo mediante tarjeta

controladora. Deseamos que la luz roja esté encendida 5 segundos, la luz verde 4 segundos y la amarilla 1 segundo. Completa el programa de control utilizando las siguientes órdenes:

쮿 Activar pin_xActiva (pone a 5 voltios) el pin x de la controladora (x debe ser un número)

쮿 Desactivar pin_xDesctiva (pone a 0 voltios) el pin x de la controladora (x debe ser un número)

쮿 Esperar nDetiene la controladora n milisegundos

Programa de control:

Configurar los pines 10, 11 y 12 como salidas Esperar 5000 Activar pin_11 Desactivar pin_10 Enc ender luz r oja

Apagar luz amarilla

Enc ender luz v er de Apagar luz r oja Enc

ender luz amarilla

Apagar luz v er de LED rojo LED amarillo LED verde

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4. Control programado. Robots (III)

 María quiere diseñar un robot que sea capaz de recorrer toda su casa sin detenerse ante ningún obstáculo. Para ello ha decidido colocar al robot dos antenas en su parte delantera que detecten cualquier

obstáculo y provoquen un cambio de dirección en el robot.

a) Observando el siguiente circuito elabora una lista de todos los materiales necesarios:

b) Dibuja nuevamente el circuito anterior pero en el caso en que la antena izquierda haya sido accionada. No olvides dibujar el sentido de la corriente (mediante flechas) y el sentido de giro de los dos motores.

c) Responde verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones:

1. Al accionar la antena izquierda el motor izquierdo cambia su sentido de giro.

2. Si se accionan las dos antenas simultáneamente ninguno de los motores cambia su sentido de giro.

3. Al accionar la antena derecha el motor izquierdo cambia su sentido de giro y el motor derecho continúa girando en el mismo sentido.

4. Los cambios en el sentido de giro de los motores son momentáneos, pues los finales de carrera vuelven a su posición original al dejar de presionarlos.

5. Si el robot choca por su parte delantera derecha, retrocede, gira a la izquierda

⫺ ⫹ ⫺ ⫹ 1,5 V 1,5 V antena izquierda antena derecha motor derecho motor izquierdo M M

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4. Control programado. Robots (IV)

d) Los dos motores siempre están en funcionamiento, ¿dónde colocarías un interruptor para poder detener el motor?

e) Explica dónde conectarías los motores y los finales de carrera para controlar el robot mediante la controladora Arduino.

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5. Evaluación (I)

 El siguiente esquema representa un sistema de control con realimentación.

a) Complétalo con los siguientes términos: proceso, actuador, sensor, controlador, E (entrada), S (salida) y comparador.

b) Indica qué sensor y qué actuador utilizarías si se tratara de controlar la temperatura de una habitación.

 Completa la siguiente tabla:

Sensor Sirven para medir… Aplicación

Horno Termopar

Luz

Alarma contra intrusos Sensor magnético de proximidad

Deformación, presión Galga extensiométrica

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5. Evaluación (II)

 Un grupo de Tecnología está diseñando un robot capaz de esquivar obstáculos mediante unas antenas colocadas en la parte delantera del mismo. Disponen de los siguientes componentes:

a) Sabiendo que ya han realizado la mitad del circuito, completa lo que falta del mismo con los componentes de la lista anterior. Indica sobre el dibujo dónde colocarías cada motor (izquierda/derecha) y las antenas del robot.

b) Explica cómo funciona el robot.

⫺ ⫹ 1,5 V ⫺ ⫹ 1,5 V

M

C R A C R A

M

⫺ ⫹ ⫺ ⫹ 1,5 V 1,5 V M

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5. Evaluación (III)

 A continuación se presenta el esquema de un sistema de control programado cuyo objetivo es emitir un destello luminoso dos veces por segundo.

a) Observa el dibujo del circuito e indica todos los componentes necesarios para llevarlo a cabo.

b) Completa el programa de control con las siguientes órdenes, repitiendo alguna si fuera necesario:

쮿 Configurar el pin 13 como salida

쮿 Esperar 250 ms

쮿 Desactivar el pin 13

Activar el pin 13

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