Una manera de analizar sistemas consiste en diferenciar sus partes, identificar la función de cada una y reconocer las relaciones entre ellas y con el entorno. Así, a partir del análisis de la estructura, es posible conocer cómo se comporta un sistema.

En el diseño o síntesis de sistemas se sigue el camino inverso: para lograr un comportamiento determinado es necesario concebir una estructura, relacionando entre sí partes que cumplen funciones específicas.

Tanto en el análisis como en la síntesis de sistemas, la posibilidad de disponer de diagramas que ayuden a representar aspectos significativos del problema, constituye un primer paso en el camino hacia su resolución.

Mediante esta propuesta se pretende que los alumnos se familiaricen con procedimientos de análisis y síntesis, centrando la atención en las relaciones que existen entre los conceptos de estructura y comportamiento, y empleando diagramas para representarlos.

Planteamos un conjunto de actividades pensadas para retomar, integrar y profundizar contenidos trabajados en la propuesta de análisis y diseño de sistemas de control lógico. Sobre el cierre se proponen sugerencias para el análisis de nuevos sistemas con la intención de que los alumnos puedan reconocer cómo, la posibilidad de disponer de herramientas generales de representación amplía, potencia su capacidad de comprender sistemas cada vez más complejos.

Duración estimada de la actividad: cinco clases.

Desarrollo de la propuesta

Se propone comenzar presentando a los alumnos la siguiente situación:

Un operario está encargado de controlar que no se vacíe ninguno de los dos tanques de agua ubicados en la parte superior de un taller. Cuando alguno de los dos tanques se vacía debe encender la bomba que permite llenarlos con el agua almacenada en un tanque cisterna ubicado en el sótano. En caso de que este se encuentre vacío, la bomba no debe encenderse pues puede dañarse. Mediante llaves de paso, el operario direcciona el agua, que viene de la bomba, a uno u otro tanque (Para simplificar el problema, se considera que cada uno de los tanques tiene controles mecánicos para evitar que rebalsen).

Con la intención de evitar trasladarse periódicamente, para controlar los niveles de agua de los tanques, decide diseñar un sistema que le indique, mediante lámparas, el estado de cada uno de ellos:

• una de las lámparas permanece encendida cuando el tanque cisterna del sótano se mantiene con agua (lámpara encendida = tanque con agua).
• cada una de las otras dos se enciende cuando el tanque correspondiente se vacía (lámpara encendida = tanque sin agua).

Para controlar el sistema el operario debe observar el tablero y decidir activar la bomba cuando la lámpara del tanque cisterna está encendida y, además, se enciende alguna de las otras dos.

Luego de presentar la situación se sugiere reflexionar con los alumnos sobre el rol de la persona que debe observar las tres lámparas y, según cuáles estén encendidas, decidir si acciona la bomba. Con el objeto de simplificar esta tarea se propone a los alumnos cambiar las tres lámparas por una sola que se enciende para avisar que debe accionarse la bomba. De esta forma, la decisión que debía tomar la persona en función del estado de las lámparas debe ahora estar "incorporada" al sistema que los alumnos diseñarán y construirán.

Antes de que los alumnos comiencen a resolverlo, usted analizará, junto con ellos, la información disponible y les propondrá organizarla mediante diagramas que pongan en evidencia la estructura y el funcionamiento de ambos sistemas: el de las tres lámparas, utilizado por el operario, y el que los alumnos deben diseñar, formado por una sola lámpara.

Para representar el funcionamiento puede proponer la realización de tablas que muestren, para cada uno de los posibles estados de las lámparas, si la bomba debe o no activarse. En la siguiente tabla se representa el funcionamiento del sistema utilizado inicialmente:

Para el sistema que deben diseñar los alumnos, en cambio, el funcionamiento puede representarse mediante una tabla como la siguiente (que resulta más sencilla de representar):

Los siguientes diagramas de bloques muestran la estructura de cada uno de los dos sistemas.

Usted puede dibujar los bloques en el pizarrón y proponer a los alumnos que completen las flechas. El análisis de ambos diagramas permite reconocer que, en el primer caso, el operario realiza una operación lógica con la información que obtiene de las tres lámparas. En el segundo caso, en cambio, esa operación la realiza el propio sistema. El bloque con signos de interrogación está representando esa nueva función que se incorpora al sistema.

En la clase siguiente, una vez que los alumnos analizaron y representaron el problema, centrarán la atención en su resolución técnica. Usted puede orientarlos para que dividan el problema en partes. Por una lado, deben diseñar los mecanismos necesarios para detectar los niveles de agua de cada uno de los tanques. En las siguientes imágenes se muestran diferentes soluciones para encender una lamparita de acuerdo con el nivel de agua de un tanque.

La lámpara se enciende mientras el nivel de agua se encuentra por encima de un determinado valor.

La otra parte del problema se centra en el diseño del circuito que permite encender una sola lamparita con la información proveniente de los tres tanques. En este caso será conveniente proponer a los alumnos que analicen la tabla que representa el funcionamiento del sistema diseñado por el operario y que expresen verbalmente las condiciones que se tienen que cumplir para que se active la bomba. En la medida en que los alumnos puedan expresar que la bomba se activa "cuando se enciende la lámpara de la cisterna y la de un tanque o del otro", estarán en condiciones de reconocer que el circuito a diseñar debe ser capaz de combinar una operación lógica Y con una operación lógica O. Puede ser de utilidad proponerles que realicen un diagrama de bloques que represente esta estructura.

Una vez reconocida la estructura, los alumnos podrán diseñar el circuito eléctrico e interconectar entre sí los cables correspondientes a cada uno de los tanques.

Luego de dos clases, una vez construido el sistema, puede proponer a los alumnos un cambio: "El operario necesita que la bomba se encienda cuando ambos tanques están vacíos". Los alumnos de-ben entonces modificar el diagrama de bloques y el circuito eléctrico correspondiente de acuerdo con las nuevas especificaciones.

Sugerencias

Con la intención de ampliar y generalizar lo trabajado, puede describirse a los alumnos el funcionamiento de diferentes sistemas automáticos y pedirles que los representen mediante diagramas de bloques. En particular pueden elegirse sistemas de control de tanques que, en lugar de interruptores, utilicen sensores de presión y, en lugar de personas, computadoras e interfases como elementos de control.

La realización de los diagramas permitirá a los alumnos centrar su atención en el reconocimiento de las operaciones sobre la información, más allá del tipo de tecnología utilizada. De este modo se familiarizan con una metodología de trabajo que favorece el análisis y la solución de problemas tecnológicos, a un nivel funcional, aun sin dominar completamente los conocimientos sobre las tecnologías específicas con que se implementan.