PDF de programación - Diseño y fabricación de modulo integrado didáctico para la enseñanza de controladores lógicos programables (PLCS)

Diseño y fabricación de módulo integrado didáctico para enseñanza de

controladores lógicos programables (PLC´s)

1Ing. José Felipe Castañeda Ortiz, 2M.C. María del Carmen Vargas García, 3 Tec. Omar Antonio Oseguera

Hernández, 4 M.C. Raúl Cardona Meraz




Resumen— En mayo-agosto 2014, se realizó una encuesta para determinar el estándar de marca más común de controlador
lógico programable (PLC) utilizados en la industria por los egresados de mecatrónica de la Universidad Tecnológica de
Tijuana (UTT), en donde el 100% contestó que trabaja con un sistema que utiliza PLC, siendo la marcas más usadas: Allen
Bradley, Festo y Omron. Es la primera vez que los alumnos de la UTT tienen la oportunidad de trabajar con diferentes
modelos de PLC en un mismo curso, esto fue posible gracias al desarrollo de los módulos integrados didácticos. Logrando
que los alumnos realizaran sus prácticas en poco tiempo, dándole también la posibilidad de programar en diferentes
ambientes, obteniendo conexiones más rápidas y evitando daños al equipo, con esto se incorpora a los alumnos con el modelo
que la industria que la región requiere. Este trabajo propone facilitar la enseñanza de conexión y programación de un PLC.
Con esto se pretende que al alumno se le permita reducir el tiempo de conexión de los procesos de prácticas para lograr
realizar más ejercicios. El proyecto consiste en identificar las necesidades de material para realizar los módulos, hacer un
diseño utilizando software de Diseño Asistido por Computadora (CAD), para su fabricación y posterior implementación.
Como resultado se obtuvieron tres módulos con diferentes PLC integrados, que contribuyeron a reducir la incertidumbre
de enfrentar nuevos modelos en el área laboral.
Palabras clave— Allen Bradley, CAD, Festo, PLC, Omron.


Introducción

El diseño y fabricación de los módulos didácticos para enseñanza de PLC, surgieron, por la necesidad de buscar

una alternativa de aprendizaje, en la cual el alumno sintiera interés y seguridad al momento de manipular un PLC,
por medio de la investigación sobre cuales era los más utilizados, se pudieron seleccionar tres de ellos; Allen
Bradley, Festo y Omron e instalarlos en los módulos. Permitiendo a los alumnos que actualmente cursan mecatrónica
y que se especializan en automatización, pudieran entender la configuración y programación de los principales
modelos de PLC como parte del compromiso de pertinencia que tiene la universidad con la industria local.

Es la primera vez que los alumnos de la UTT tienen la oportunidad de trabajar con diferentes modelos de PLC,

esto fue posible gracias al desarrollo de los módulos integrados didácticos. Logrando que los alumnos realizaran sus
prácticas en poco tiempo, dándole también la posibilidad de programar en el ambiente que dominan, logrando
conexiones más rápidas y evitando dañar el equipo, con esto se incorpora a los alumnos con el modelo que la
industria de la región requiere.

Marco contextual

La Universidad Tecnológica de Tijuana (UTT) fue creada el 14 de agosto de 1998. Surgió de una visión

compartida entre gobierno y empresarios de la entidad que detectaron la necesidad de formar recursos humanos para
satisfacer la demanda de la región. Actualmente cuenta con un campus en Tijuana, una Unidad Académica en
Ensenada y una Extensión en el poblado de San Quintín. Dentro de las carreras que ofrece se encuentra Ing. en
mecatrónica, en la cual en un periodo de 11 cuatrimestres el alumno se gradúa.

El departamento de mecatrónica está dedicado a formar jóvenes que puedan diseñar sistemas mecatrónicos en

automatización y control, así como lograr integrar la investigación al diseño y desarrollo de tecnologías en
automatización. Para esto es necesario asesores académicos con cada proyecto, con ese motivo los encargados son
maestros con especialidad en sistemas electrónicos, sistemas mecánicos, programación y procesos productivos
industriales. También se cuenta con instalaciones acondicionadas para la automatización, y recursos como equipo
para el diseño y simulación del proyecto. En su plan de estudios se incluyen materias que sirven como base para

1 M.C. María del Carmen Vargas García es profesor de tiempo completo de mecatrónica en la Universidad Tecnológica de Tijuana.
[email protected]. Autor corresponsal
2 Ing. José Felipe Castañeda Ortiz es profesor de tiempo completo en mecatrónica en la Universidad Tecnológica de Tijuana.
[email protected]
3 Tec. Omar Antonio Oseguera Hernández es Alumno de TSU en Mecatrónica área Automatización en la Universidad Tecnológica
de Tijuana. [email protected]
4 M.C. Raúl Cardona Meraz es profesor de tiempo completo de mecatrónica en la Universidad Tecnológica de Tijuana.
[email protected]


Memorias del Congreso Internacional de Investigación Academia Journals Celaya 2015Copyright Academia Journals 2015Celaya, Guanajuato, México Noviembre 4, 5, y 6, 2015Elibro Online con ISSN 1946-5351, Volumen 7, No. 4, 2015816 realizar proyectos de automatización entre las que destaca la de controladores lógicos programables en tercer
cuatrimestre. (UTT, 2014)

Problema estudiado

La UTT maneja un modelo de competencias 70% práctica y 30% teórico, en donde para cada materia es necesario

que el alumno demuestre su conocimiento por medio de la resolución de problemas, en algunos casos estos son
enfocados a la industria y pueden ser: fáciles de solucionar o muy complejos. La materia de controladores lógicos
programables se ha impartido de la siguiente manera: las primeras tres semanas se introduce teóricamente al alumno
en los conceptos y resolución de problemas por medio de la lógica, posteriormente se le muestra una PLC físico que
por lo regular es de una marca en particular y se le enseña a detectar las entradas y salidas físicas así como la
alimentación eléctrica, ayudados de los conocimientos previos se les guía a conectar el sistema de control con el
sistema electroneumático, a partir de este momento se les deja prácticas que van desde manejo funciones lógicas
hasta resolver problemas que podrían pasar en una situación en la industria, terminando la practica con un reporte
sobres los elementos a utilizar, el procedimiento a seguir y los resultados obtenidos.

Cuando los alumnos empezaban a realizar sus prácticas, tenían el inconveniente de que no contaba con PLC´s

suficientes, y se requería hacer equipos de hasta 3 o 4 alumnos ocasionando que solo algunos solucionaran el
problema, mientras que los otros se distraían, otra de las cosas que pasaba era que por las prisas en desocupar el PLC
realizaban conexiones erróneas y los quemaban o hacían cortocircuito, por otra parte lo más común era que no
terminaran sus prácticas en el tiempo estimado. (Acosta Favela, 2014)

En cuanto a la forma en que el alumno se desenvuelve en clase, el docente menciona (Cames Leon, 2014) que

aunque se les explique la forma de realizar su circuito alambrado, el observa que solo el que realizo la conexión entre
el controlador y el circuito eléctrico es capaz de identificar y manipular las funciones que se solicitaban en la
práctica, además de que al pedirles que programaran un PLC diferente al usado en clase, el alumno mostraba
incertidumbre.

De tal manera que en el 2014 se propuso investigar sobre otra manera de evitar estos inconvenientes en la

impartición de la materia y se planteó realizar una encuesta a los egresados de mecatrónica de la UTT
(automatizacion, 2014), en esta se buscaba conocer la marca más usada de PLC en sus lugares de trabajo, la encuesta
reflejó que el 100% de los encuestado se encuentra trabajando con PLC y que las marcas que más utilizan son Allen
Bradley, Festo y en la categoría “otros” la que destaco fue marca Omron Figura 1. A partir de estas tres marcas se
realizó el proyecto.

(Castaños Deyvi, 2014)

Figura 1 proceso metodológico

Metodología



El proyecto consistió en identificar las necesidades de material para realizar práctica de PLC, hacer un diseño del

módulo usando CAD, este diseño incluye botones/luces indicadoras, conectores tipo banana, fuentes de alimentación
y un PLC, posteriormente se llevó a cabo la fabricación. El modulo permite, probar los programas y conexiones con
el PLC de manera rápida Figura 2.

Identificar el material
Todo PLC se basa en el manejo y configuración de entradas y/o salidas, estas pueden variar según las necesidades

de PLC a PLC, para este caso se realizan prácticas de entradas y salidas digitales, y el caso común de los tres
modelos de PLC a tratar puede resolverse usando señales de 24 volts que es proporcionada por una fuente poder, las
señales son manipuladas por los botones como parte de señal de entrada y las luces como parte de la señal de salida

Memorias del Congreso Internacional de Investigación Academia Journals Celaya 2015Copyright Academia Journals 2015Celaya, Guanajuato, México Noviembre 4, 5, y 6, 2015Elibro Online con ISSN 1946-5351, Volumen 7, No. 4, 2015817

Figura 2 proceso metodológico



En primera instancia se consiguieron los materiales que se usarían en el módulo, cabe mencionar que los

materiales fueron donados por alumnos de la universidad, de proyectos desechos y algunos ya se contaban en la
escuela. Sin embargo, si llegaran a comprarse los materiales en la tabla 1 se pueden observar los precios de los
materiales necesarios para la realización del módulo.



Tabla 1 TABLA CON LISTA DE MATERIALES


Para la construcción física, en la parte de sujeción de los botones/indicadores y conectores tipo banana hembra se

maquinaron las perforaciones mediante una máquina fresadora convencional, con eso se hicieron con precisión los
barrenos necesarios en la caja de lámina. Todos estos componentes están ubicados en la parte superior, se encuentran
equitativamente distri