Implementar un sistema de control implica plasmar, mediante alguna tecnología, la estrategia necesaria para
lograr un determinado comportamiento: la ventana del invernadero se tiene que abrir cuando la temperatura en su
interior es de más de 27º y cerrar cuando es de menos de 24º, la alarma debe activarse cuando se
abre la puerta o alguna de las ventanas de la casa; el motor de la bomba de agua debe encenderse cuando el tanque de
almacenamiento de agua se vacía, siempre y cuando haya agua en alguno de los tanques de alimentación;
los regadores de la huerta deben activarse cada 24 horas, durante 2 minutos; la velocidad del eje del motor del brazo
robótico debe mantenerse constante.
Los sistemas de control reciben información de los elementos de entrada (pulsadores, llaves, sensores de luz,
temperatura, posición, etc.) y, de acuerdo con la información recibida, actúan sobre los
elementos de salida (motores, lámparas, válvulas, etc.). Un caso particular es el de los denominados
sistemas de control lógico que fueron diseñados para simular ciertas operaciones lógicas a
realizar entre las entradas y las salidas.
Si lámpara_encendida entonces motor_activado
Si llave1_cerrada o llave2_abierta entonces alarma_prendida,
Si temperatura_alta y llave_cerrada entonces motor_apagado
Para implementarlos, pueden utilizarse circuitos eléctricos (interruptores), electromecánicos (relays) o electrónicos (circuitos integrados). En todos los casos, el programa de acciones del sistema (decidido por el diseñador) se determina mediante la estructura particular del circuito: cambiando la estructura se modifica el comportamiento.
Mediante esta propuesta se pretende que los alumnos, aplicando conocimientos básicos sobre circuitos eléctricos sencillos, puedan llegar a comprender algunos aspectos generales sobre la estructura y el comportamiento de los sistemas de control conocidos con el nombre de sistemas de control lógico. Se presentan un conjunto de actividades de resolución de problemas pensadas para que los alumnos se apropien, además de los conceptos, de un conjunto de contenidos procedimentales vinculados con el análisis y el diseño de sistemas de control. Se busca que los alumnos asocien el comportamiento lógico "Y" con una estructura de interruptores en serie, y el comportamiento lógico "O" con una estructura de interruptores en paralelo.
Comportamiento lógico "Y" Comportamiento lógico "O"
Se reconoce, finalmente, que estas estructuras realizan operaciones sobre la información y que las mismas pueden implementarse también con otras tecnologías.
Duración estimada de la actividad: cuatro clases.
Proponemos comenzar la actividad comentando a los alumnos que, en los talleres e industrias, una de las mayores preocupaciones de las personas que toman decisiones está relacionada con la búsqueda de medios que permitan aumentar las condiciones de seguridad de los trabajadores. Una de las maneras de disminuir los riesgos de accidentes se logra si se disponen de medios que permitan controlar las máquinas de manera tal que éstas no comiencen a funcionar si el operario tiene sus manos cerca de la zona de trabajo.
A continuación usted puede proponer a los alumnos analizar cómo, mediante circuitos eléctricos sencillos, es posible encontrar soluciones ingeniosas a este tipo de problemas. Para eso, puede proponer el análisis y la resolución de una situación problemática como la siguiente:"En un taller, un operario está encargado de colocar el material en la posición correcta para que una máquina automática realice una determinada operación (cortar, agujererar, estampar, etc.). Es necesario asegurarse de que el motor eléctrico de la máquina no comience a funcionar hasta que el operario no haya retirado sus manos de la zona de trabajo".
Luego de que los alumnos analicen la situación, puede proponerles el diseño y la construcción de un sistema eléctrico que permita que el motor de la máquina funcione, si y sólo si, el operario coloca su mano derecha sobre un pulsador y su mano izquierda sobre otro.
Será conveniente graduar la exigencia de diseñar el circuito antes de contar con los materiales de armado, de acuerdo con las experiencias previas de los alumnos en relación con el diseño de circuitos eléctricos.
Para el diseño y la construcción del circuito que resuelve el problema planteado, se entregará a los alumnos una caja con cables, pilas, motorcitos eléctricos, pulsadores y llaves (sería conveniente que haya una cantidad mayor que lo estrictamente necesario, para no condicionar las soluciones de los alumnos).
En caso de no disponer de motores pueden utilizarse lamparitas que simularán el funcionamiento del motor. En caso de no disponer de pulsadores y llaves, éstas pueden ser construidas por los alumnos siguiendo las sugerencias incorporadas en la Propuesta Nº 1, La regulación en los sistemas eléctricos.
Durante el proceso de resolución del problema, el docente interviene en el trabajo de los alumnos mediante acciones tendientes a facilitar la puesta en juego de conocimientos previos y el desarrollo de nuevos conocimientos, en el momento en que éstos sean necesarios. Es útil orientar el análisis del problema de manera que los alumnos reconozcan que el circuito debe ser capaz de encender el motor cuando se cierran uno y otro interruptor. Resulta útil recurrir a analogías: ¿cómo es una instalación hidráulica en la que, para que salga el agua de una canilla, debe estar abierta la llave de paso principal?
Los alumnos deben reconocer que, si los dos pulsadores forman parte de un mismo camino, el motor se encenderá cuando ambos se presionen.
En la clase siguiente, una vez que los alumnos resolvieron el problema, usted puede plantear nuevas situaciones orientadas a que ellos aumenten el marco de aplicación de esta nueva estructura circuital.
"El sistema anterior permite asegurar que el operario no corre peligro pues sus manos se hallan ocupadas presionando los pulsadores. Pero puede ocurrir que el sistema funcione aunque no esté el material en la máquina."
Se propone entonces modificar el sistema de manera tal que el motor funcione cuando el material está en la máquina y el operario presiona ambos pulsadores.
"Diseñar un sistema que permita indicar, mediante el encendido de una lámpara, cuando el resultado de una votación de tres personas es unánime."
La primera de las situaciones se orienta a aplicar lo aprendido a un caso similar pero con un aumento en el número de variables. Para arribar a la solución, los alumnos deben analizar el problema y reconocer que un pulsador, ubicado de manera adecuada, puede cumplir la función de detectar la presencia o no del material.
En el segundo caso, por el contrario, se busca generalizar el aprendizaje mediante un cambio en el contexto de
aplicación.
Finalmente, y como actividad de evaluación, puede describirse a los alumnos el funcionamiento de algunos sistemas de control y pedirles que justifiquen, para cada uno, si ese funcionamiento se lograría con alguno de los circuitos construidos anteriormente. Pueden proponerse los siguientes sistemas:
"El motor de un vehículo sólo comienza a funcionar si el conductor enciende la llave, se coloca el cinturón y las puertas están todas cerradas."
"En un comercio con dos puertas de acceso, una luz se enciende cada vez que una persona pisa la alfombra al entrar o al salir por alguna de aquéllas."
En la clase siguiente, luego de que los alumnos reconocen que en el sistema de control de acceso al negocio es necesario otro tipo de circuito, se les propone que lo diseñen y lo construyan. Pueden pensar en colocar un pulsador bajo cada alfombra; para encontrar la solución deben reconocer que, en este caso, son necesarios dos caminos independientes desde la pila a la lámpara: ésta debe encenderse cuando uno u otro camino se cierra.
Para profundizar en las aplicaciones de esta nueva estructura circuital, usted puede plantear la siguiente situación:"Un productor guarda bolsas con granos en un depósito con dos ventanales que, frecuentemente, olvida cerrar. Si eso ocurre un día de lluvia podría dañarse el producto de su trabajo. Como quedan ocultos por las bolsas, controlar que los ventanales estén cerrados no es tan sencillo. Decide entonces instalar una alarma que le avise si alguno queda abierto. Su sistema de alarma posee un pulsador en cada ventana. Todos los días, antes de retirarse, el productor conecta el sistema desde un tablero. Si la alarma no suena, todos los ventanales están cerrados".
Luego de que los alumnos identifican el tipo de circuito y lo construyen utilizando una lamparita (en el caso de que no se disponga de una sirena), puede preguntarse qué cambios son necesarios hacer en él si el productor necesita que la alarma avise sólo cuando todos los ventanales están abiertos.
Como cierre de la propuesta, usted puede resumir lo trabajado a través de las diferentes situaciones problemáticas recuperando las dos estructuras circuitales que se pusieron en juego y asociando, a cada una de ellas, el comportamiento lógico correspondiente. Puede representar cada circuito mediante un diagrama de bloques con dos entradas (los pulsadores) y una salida (el motor o la lámpara). Dentro del bloque puede indicar el tipo de operación que realiza el circuito. Esta operación se representa también mediante una tabla que muestra, para cada posible combinación de los estados de las entradas, qué ocurre con la salida.
| Entrada 1 |  |
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Salida | ||||||||||||||||||
| Entrada 2 | |
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| D: desactivado A: activado Ap: apagado Enc: encendido |
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| Entrada 1 | |
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Salida | ||||||||||||||||||
| Entrada 2 | |
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Con la intención de que los alumnos reconozcan que estos circuitos realizan operaciones con la información, será útil marcar que, en el ejemplo de las ventanas, con la misma información proveniente de los pulsadores el sistema hace cosas diferentes: en un caso suena la alarma si se abre alguna ventana, en el otro caso la alarma suena sólo si todas están abiertas. Esto puede lograrse como resultado de una operación "cableada": cambiando los cables se modifica la operación que realiza el circuito. El sistema no sólo recibe la información de los pulsadores sino que también es capaz de realizar una operación lógica sobre ella.
Puede analizar con los alumnos cada uno de los problemas resueltos anteriormente reconociendo, en cada caso, de dónde proviene la información de entrada a los bloques. En algunos casos se trata de acciones de las personas sobre los pulsadores; en otros, es alguna parte del sistema la que actúa sobre ellos. En todos los casos el circuito realiza operaciones sobre la información que proviene de los elementos de entrada que cumplen la función de sensores. Finalmente puede comentar a los alumnos que existen también sistemas que realizan operaciones lógicas con información que proviene de sensores de luz, de temperatura, de posición, de humedad, etc. En estos casos, dentro de los bloques funcionales, en lugar de circuitos eléctricos se utilizan componentes electrónicos.
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