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2º ESO / Tema 5 -> Punto 1 - Fundamentos de un sistema de control - Contenido educativo

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Subido el 26 de abril de 2020 por Jose Enrique S.

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Bueno, pues empezamos con la explicación del último tema del curso, que es el tema 5, el tema de la robótica, 00:00:00
y que va a ser continuación del tema de programación que vimos en primer lugar. 00:00:05
Si os fijáis en el esquema, tiene tres puntos. En primer lugar, vamos a ver una pequeña introducción 00:00:10
sobre los fundamentos de un sistema de control, qué es, cuáles son sus partes, cómo funciona, 00:00:14
y repasaremos un poquito algún concepto básico de programación que nos va a hacer falta de primera hora a eso. 00:00:19
En el punto 2, vamos a ver la controladora Zoom DBQ, que es la controladora que utilizamos 00:00:25
para hacer los ejercicios prácticos en el taller. 00:00:28
Este año simplemente la vamos a ver 00:00:31
y vamos a hacer ejercicios prácticos en el tercero de la ESO. 00:00:32
Y por último, haremos un pequeño repaso 00:00:36
del manejo de las opciones de Scratch 00:00:37
porque en segundo de la ESO vamos a hacer ejercicios de Scratch 00:00:39
un poquito más complicados que los que vimos en primer. 00:00:42
Empezamos con el punto número uno 00:00:45
que son los fundamentos de los sistemas de control. 00:00:47
Si os fijáis bien, estamos alrededor de sistemas o máquinas 00:00:49
que funcionan de manera absolutamente independiente. 00:00:51
Es decir, no tienen ninguna intervención humana 00:00:55
o los humanos intervenimos muy poco. 00:00:57
Son sistemas que tienen mucha inteligencia. 00:01:00
Por ejemplo, semáforos, trenes de lavado de coches, ascensores, robots, lavadoras, lavajillas, etc. 00:01:02
Son máquinas que funcionan de manera totalmente independiente o prácticamente independiente 00:01:09
sin que las personas intervengamos. 00:01:15
Aquí tenéis la imagen de un tren de lavado de coches 00:01:18
y aquí tenéis la imagen de diferentes robots que están trabajando o haciendo tareas en una fábrica. 00:01:20
Bien, pues todos estos sistemas se los conoce como sistemas de control o sistemas automáticos y forman parte de lo que se conoce coloquialmente como robótica. De hecho, robot, sistema de control o sistema automático son términos intercambiables, es decir, son sinónimos y podemos utilizar el que más nos guste. 00:01:26
Por tanto, un sistema de control va a ser en general un sistema que detecta una condición del entorno, temperatura, luz, presión, la que sea, o bien se la va a dar un usuario directamente, va a coger esa información, va a decidir hacer algo con ella y la va a ejecutar. 00:01:44
Bien, antiguamente eran totalmente mecánicos, pero hoy en día la práctica de la totalidad son eléctricos y electrónicos y van a manejar señales internas que son siempre impulsos eléctricos, son siempre los ceros y unos del lenguaje binario que vimos el año pasado en el tema 4 de la hardware y el software. 00:01:59
¿Cuáles son las partes de un sistema de control? 00:02:16
Pues tenemos tres partes 00:02:19
En primer lugar tenemos entradas o sensores 00:02:20
Las entradas son aquellos componentes del sistema 00:02:22
Que proporcionan información al sistema 00:02:27
Sobre lo que tenemos que controlar 00:02:29
Con lo cual lo que van a hacer es captar 00:02:31
O le vamos a decir directamente 00:02:33
El valor de las señales físicas 00:02:35
Temperatura, luz, posición 00:02:36
Y lo que van a hacer es transformarlo a 00:02:38
Ceros y unos, a señales eléctricas 00:02:41
Para luego ir al siguiente punto 00:02:43
a la siguiente parte del sistema, que es el congelador. 00:02:45
A las entradas también se les conoce como sensores. 00:02:48
Aquí tenéis, por ejemplo, sensores industriales, 00:02:51
sensores para detectar posición, para detectar temperatura, 00:02:55
para detectar luz, volumen, peso, cualquier cosa que os podáis imaginar 00:02:58
se puede detectar con entradas o sensores. 00:03:02
Y en la imagen de la derecha tenéis los sensores 00:03:05
que vamos a utilizar en las cajas de la controladora ZOOM DBQ 00:03:07
para hacer los ejercicios. Ya los veremos en el punto 2. 00:03:10
bien 00:03:13
la siguiente parte que tiene 00:03:14
el sistema automático es el controlador 00:03:17
que va a ser un circuito electrónico 00:03:19
normalmente muy complejo que va a recoger 00:03:21
las señales eléctricas, los 0 y 1 00:03:23
que han captado las entradas 00:03:25
o sensores, los va a 00:03:27
procesar, es decir, va a pensar lo que hay 00:03:29
que hacer con ellos y va a dar 00:03:31
las órdenes adecuadas al tercer elemento 00:03:33
del sistema 00:03:35
automático que son las salidas para que 00:03:37
estén ya activas. Aquí tenéis 00:03:39
el ejemplo de una controladora industrial 00:03:41
Esto es un controlador de Siemens que se utiliza para hacer todo tipo de tareas. 00:03:43
Y aquí tenemos la controlada Zundi VQ que es la que vamos a ver este año y vamos a practicar en tercero. 00:03:47
Y el tercer componente que tienen estos sistemas son las salidas o actuadores. 00:03:54
Se les puede llamar de las dos formas. 00:03:59
Son los componentes que van a recoger la decisión que ha tomado el controlador, 00:04:02
es decir, van a recibir su correspondiente señal y van a actuar. 00:04:06
Por ejemplo, un interruptor para abrir o cerrar un circuito eléctrico de manera que active o desactive una bombilla, una válvula, una resistencia, un motor, etc. Aquí tenéis posibles actuadores, por ejemplo, un motor, por ejemplo, una resistencia, por ejemplo, luces o, por ejemplo, una válvula. De hecho, son prácticamente los mismos que vimos en el tema de electricidad los receptores que teníamos en estos sistemas. 00:04:09
Bien, pues una vez que ya conocemos las partes, que son las entradas o sensores, el controlador y las salidas y los octodores, vamos a ver cómo funciona un sistema de esto. 00:04:34
Bien, pues muy fácil, las entradas cogen la información, la transforman en lenguaje binario, en ceros y unos, se la pasan al controlador, el controlador decide con esa información lo que hacer y le da la orden a la salida para que actúe. 00:04:43
Si os fijáis, aquí tenemos un ejemplo, un sensor de temperatura, le da la temperatura a la controladora de BQ y la controladora de BQ en función de esa temperatura decide que el motor se mueva o no se mueva. 00:04:59
Si os fijáis, esto es prácticamente la misma forma de funcionamiento que vimos el año pasado cuando vimos el hardware y el software de los equipos informáticos. 00:05:11
De hecho, esto lo podemos extrapolar a un PC. En vez de poner un sensor de temperatura, ponemos un teclado. En vez de poner la controladora de WQ, ponemos la caja del ordenador. Y en vez de poner un motor, ponemos el monitor. Un PC no es más que un sistema informático, un sistema autónomo que yo le doy información, él la procesa y una vez que la ha procesado, le manda las órdenes, en este caso, al monitor. 00:05:19
Bien, ¿de dónde hemos sacado esta forma de trabajar? Pues os fijáis, los sistemas automáticos, los PCs, los robots, trabajan exactamente igual que trabaja nuestro cuerpo. De manera que, fijaros, ¿cómo funciona nuestro cuerpo? ¿Quiénes son nuestras entradas? Pues nuestras entradas son nuestros sentidos, son la vista, el tacto, el gusto, el olfato, millones, miles de sensores que tenemos en el cuerpo que captan la información del entorno, la posición, la temperatura, la humedad, etc. 00:05:44
¿Esa información a dónde va? 00:06:12
Esa información va a nuestro controlador. 00:06:14
¿Y quién es el controlador de nuestro cuerpo? 00:06:16
El controlador de nuestro cuerpo es el cerebro. 00:06:17
Con esa información, el cerebro 00:06:20
y con una serie de instrucciones 00:06:21
que tiene en su interior y que hemos aprendido 00:06:23
a lo largo de toda nuestra vida, toma 00:06:25
una decisión. Y esa decisión 00:06:27
a donde la manda, la manda a las salidas. 00:06:29
¿Y quiénes son las salidas de nuestro cuerpo? 00:06:32
Pues son todos los músculos 00:06:34
que hacen que nos movamos de una determinada manera, 00:06:35
actuemos, etc. Luego, si os fijáis, 00:06:37
el funcionamiento del sistema de control 00:06:40
es exactamente y está copiado del funcionamiento de cómo funcionamos nosotros. 00:06:41
Captamos información, la procesamos con una serie de reglas que tenemos en el cerebro, 00:06:47
esas reglas serían el programa, y a partir de ahí le damos las órdenes a los músculos 00:06:51
para ejecutar lo que tengamos que hacer. 00:06:56
Bien, esto que acabamos de ver, vamos a verlo en una aplicación real. 00:06:59
Aquí tenemos un robot de una fábrica, de tal manera que las entradas, los sensores, 00:07:02
para captar luz, para captar temperatura, para captar posición, le manda la información al controlador 00:07:07
y el controlador con las reglas que tiene en su interior, con el programa que tiene en su interior, 00:07:14
le manda la información a las lámparas, a los motores, a los actores para que ejecute lo que tenga que hacer. 00:07:19
Bien, pues el sistema de control, en el sistema de control evidentemente es básico hacer el programa informático. 00:07:26
Recordad, todo esto funciona porque en el interior de la controladora existe un programa 00:07:33
que va a coger la información, con las instrucciones que le haya dado, 00:07:37
va a tomar una decisión que se le va a dar a la salida. 00:07:41
Bien, pues así es como funciona exactamente el sistema. 00:07:44
Con lo cual, como hace falta programar, 00:07:48
vamos a repasar una serie de conceptos básicos de programación 00:07:50
que vimos en... Primero era eso. 00:07:53
Todo esto ya lo vimos el año pasado, pero recordamos rápidamente. 00:07:55
Recuerda que los programas informáticos de control, 00:07:58
como cualquier programa para PC o para móvil, 00:08:00
hay que hacerlo dentro de los llamados entornos de programación. 00:08:03
que proporciona una serie de herramientas para que podamos escribirlos, comprobarlos, compilarlos, 00:08:06
transferirlos al controlador, etc. 00:08:12
Entonces, cuando yo hago un programa, tengo que utilizar un entorno de programación. 00:08:15
Recordad que había básicamente dos entornos de programación. 00:08:20
Los no gráficos, aquellos que se hacen escribiendo con una serie de códigos o con una serie de instrucciones. 00:08:23
Aquí abajo tenéis un ejemplo hecho en C, que es uno de los lenguajes de programación más utilizados hoy en día, pero también existen los gráficos, en los cuales los programas se hacen con el ratón y conectamos las instrucciones utilizando imágenes y figuras. 00:08:30
Es justo lo que hicisteis el año pasado con los ejercicios de Scratch y que vamos a repasar en este. Hay varios. Scratch es uno de ellos y Bitplug es, por ejemplo, el lenguaje de programación gráfico que vamos a utilizar para programar la controladora Zoom DBQ en tercero de la ESO. 00:08:44
Aquí tenéis en la transparencia el mismo ejemplo, a la izquierda hecho en C, a la derecha hecho en Scratch, hace exactamente lo mismo que es sacar el mensaje hola mundo por la pantalla del ordenador, pero uno está hecho con el lenguaje no gráfico y otro con el lenguaje gráfico. 00:08:58
Para que veáis ejemplos de programación reales os voy a enseñar en la parte izquierda un controlador real, un controlador de Siemens y su programa hecho con su lenguaje de programación que se llama Step 7 que es no gráfico y aquí tenéis la placa de Zoom que vamos a utilizar en tercero de la ESO y aquí tenéis un ejemplo de programación en Zoom en el cual veis que en vez de utilizar instrucciones lo que hacemos es utilizar cajitas de colores como utilizamos en Scratch colocadas de determinada manera para que haga la lógica de mi programa. 00:09:13
Recordad que para hacer los programas de los sistemas de control como hacíamos en Scratch el año pasado, no podemos hacerlo de cualquier manera, es decir, no nos podemos poner a programar directamente, sino que antes, como hemos hecho siempre y como hacemos en los proyectos del taller, hay que pensar y hay que ejecutar una serie de pasos y seguir una secuencia para que nos salga todo bien. 00:09:44
Primero definimos el problema necesidad, es decir, tenemos que saber muy bien lo que tenemos que hacer, el cliente o el profesor nos tiene que decir lo que quiere y tenemos que entenderlo. 00:10:03
A continuación hay que diseñar el problema, es decir, tenemos que investigar cómo hacer que el equipo funcione con lo que yo quiero hacer. 00:10:13
elegimos un lenguaje de programación 00:10:21
el que queramos 00:10:24
y diseñamos el algoritmo 00:10:25
es decir, los parámetros, las operaciones 00:10:27
las fórmulas, la lógica 00:10:29
para que al final mi programa haga lo que yo quiero 00:10:30
y recordad que para hacer esto 00:10:33
un área importante que no usamos el año pasado 00:10:35
pero sí que vamos a recomendar este 00:10:37
son los diagramas de flujo 00:10:39
cuando ya está diseñado el problema 00:10:40
y el programa, lo que hacemos es 00:10:43
programarlo y entonces 00:10:45
programarlo con el lenguaje de programación 00:10:47
elegido, en nuestro caso va a ser 00:10:49
Scratch en segundo de la ESO y BitBlock 00:10:51
en tercero de la ESO y al final 00:10:54
cuando ya está hecho el programa tenemos que verificarlo 00:10:55
y depurarlo, es decir, tenemos que comprobar 00:10:57
que hace lo que quiere y en el caso 00:10:59
de que no haga lo que nosotros 00:11:01
queremos, tenemos que depurarlo, es decir, 00:11:03
tenemos que reorganizarlo, rehacerlo 00:11:05
para conseguir finalmente 00:11:07
que todo funcione. 00:11:09
Bien, 00:11:12
los diagramas de flujo, como os he comentado, son 00:11:14
una herramienta muy 00:11:15
importante para hacer estos programas 00:11:17
Porque me facilitan la creación del programa de una manera gráfica. Bien, pues vamos a ver lo que es un diagrama de flujo, lo recordamos, son representaciones pictóricas en las cuales vamos a utilizar tres tipos de símbolos. 00:11:19
Un círculo o una elipse para indicar el inicio o final del programa, un rectángulo para indicar la acción que queremos ejecutar y un rombo para en el caso de que nosotros queramos diseñar. 00:11:32
Recordad que el año pasado ya vimos un ejemplo de diagrama de flujo, pero un ejemplo muy sencillito en el cual desde que empezamos hasta que terminamos la ejecución era completamente lineal, una instrucción una detrás de otra. 00:11:45
Lo que hacíamos era, si recordáis, que el ordenador me pedía dos variables, hacía la suma y me la mostraba por pantalla. 00:11:56
Este año vamos a hacer un ejemplo de un diagrama de flujo, pero un poquito más complicado. 00:12:03
Entonces vamos a hacer el diagrama de flujo de un programa que se va a ejecutar en el termostato de una vivienda, el que me calcula la temperatura en el salón para decidir si la caldera se enciende o no se enciende. 00:12:07
Entonces el programa lo que tiene que hacer es comprobar si la temperatura del sensor de entrada del salón es más de 20 grados, si es así no va a activar la caldera, porque se supone que ya tenga la temperatura que yo quiero, 00:12:19
pero si no es así tiene que activarla 00:12:30
porque la temperatura es demasiado fría y quiero 00:12:32
que el salón se calme. Entonces todo esto 00:12:34
lo tiene que hacer una sola vez 00:12:36
cada 10 minutos y así constantemente 00:12:38
luego mi programa tiene que comprobar 00:12:41
cada 10 minutos el sensor 00:12:43
que hay en el termostato y decidir 00:12:44
en función de que sea más o menos 00:12:46
de 20 grados si la caldera se activa 00:12:48
o no se activa. ¿Cómo sería el diagrama 00:12:50
de flujo para este programa? Pues lo primero 00:12:53
como todo programa tenemos un 00:12:54
elipse que significa inicio 00:12:56
y yo ahora ya 00:12:59
una vez que tengo esto 00:13:00
tendré que ir a mi manual del lenguaje 00:13:02
de programación a consultar la 00:13:04
instrucción que tengo que poner para que se haga el índice 00:13:06
bien, una vez que hemos iniciado 00:13:08
¿qué es lo que hacemos? ponemos un rombo 00:13:10
que significa consultar, ¿qué consultamos? 00:13:12
consultamos el deseo de temperatura y decimos 00:13:14
la temperatura es mayor de 20 grados 00:13:16
tendremos que ir a mi manual 00:13:18
tendremos que ir a mi lenguaje de programación 00:13:20
y esto que he puesto aquí en forma 00:13:22
de pregunta traducido al lenguaje 00:13:24
de programación correspondiente 00:13:26
Y la respuesta puede ser o sí o no. La temperatura es mayor de 20 grados. ¿Qué es lo que hago? Parar la caldera. Recordad que si es más de 20 grados, tengo que parar la caldera. Pero puede ocurrir que la respuesta sea no. Y si no es mayor de 20 grados, ¿qué es lo que tengo que hacer? Arrancar la caldera. 00:13:27
Entonces, mediante esta lógica consulto el sensor de temperatura. ¿Qué es mayor de 20 grados? Paro la caldera. ¿Qué es menor de 20 grados? La arranco y una vez que he hecho esto, lo que tengo que hacer es esperar 10 minutos, luego por tanto tendré que ir a mi lenguaje y ver cómo se programa esto, qué instrucciones tengo para esperar 10 minutos y recordad, tengo que hacerlo constantemente cada 10 minutos. 00:13:47
Luego, una vez que he terminado, ¿qué hago? Vuelvo al principio y vuelvo a preguntar. ¿Es mayor de 20 grados la temperatura? Sí, paro. No, arranco. Espero 10 minutos y vuelvo. Consulto. Sí, no, paro. Consulto. 00:14:11
Luego, por tanto, fijaros, mediante este diagrama de bloques representamos la lógica de mi programa. Voy a quitar esto para que se vea un poquito mejor. Representamos la lógica de mi programa. 00:14:24
Una vez que ya tengo el diagrama de bloques, hacer el programa es muy sencillo porque, como os he dicho, ya lo único que tengo que hacer es ir a mi lenguaje de programación y ver cómo hago inicio, cómo hago la pregunta, cómo paro la caldera, tengo que ver qué instrucciones tengo que utilizar para hacer todo esto. 00:14:32
Pero la lógica ya la tengo hecha y además el hacer los programas con diagramas de flujo tiene una ventaja, es que una vez que está hecho el diagrama de flujo y tengo la lógica, ya lo puedo programar en el lenguaje que yo quiera, puedo hacerlo en C, en Java, en Scratch o en Bitblock, simplemente tengo que ir al lenguaje correspondiente, ver cuáles son las instrucciones que necesito y traducirlo. 00:14:48
Bien, pues una vez que hemos visto esto, pues acabamos el punto 1 en el cual hemos visto un poquito cuáles son los fundamentos de los sistemas de control y pasamos a los puntos en los que vamos a ver la controladora que utilizaremos en los ejercicios de tercero grado. 00:15:08
Idioma/s:
es
Materias:
Tecnología
Niveles educativos:
▼ Mostrar / ocultar niveles
  • Educación Secundaria Obligatoria
    • Ordinaria
      • Primer Ciclo
        • Segundo Curso
Autor/es:
José Enrique Suárez Pascual
Subido por:
Jose Enrique S.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
87
Fecha:
26 de abril de 2020 - 19:49
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ISABEL LA CATOLICA
Duración:
15′ 26″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1366x768 píxeles
Tamaño:
11.36 MBytes

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