101334 - INFORMÁTICA INDUSTRIAL

Tipo de asignatura: obligatoria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

trimestre: Tercer trimestre

Créditos: 4

Asignatura enmarcada en la materia de Informática Industrial. La asignatura pretende capacitar al estudiante en el diseño de sistemas integrado industriales basados ​​en microcontroladores de 32 bits, y con el apoyo de un sistema operativo de tiempo real (RTOS). Dadas las características del entorno industrial, se estudian y diseñan sistemas reactivos de tiempo real, implementando principalmente funciones de control, y los sistemas de comunicaciones adecuadas para la conexión de todos los elementos que participan. Se dan los conocimientos básicos sobre los elementos principales de los sistemas informáticos de la planta industrial, destacando algunos aspectos claves relacionados con lafábrica inteligente.

Esta asignatura dispone de recursos metodológicos y digitales para hacer posible su continuidad en modalidad no presencial en el caso de ser necesario por motivos relacionados con la Covidien-19. De esta forma se asegurará la consecución de los mismos conocimientos y competencias que se especifican en este plan docente.

El Tecnocampus pondrá al alcance del profesorado y el alumnado las herramientas digitales necesarias para poder llevar a cabo la asignatura, así como guías y recomendaciones que faciliten la adaptación a la modalidad no presencial.

Al finalizar la asignatura el estudiante debe ser capaz de:

• RA1: Implementar hardware utilizando componentes digitales discretos (SSI, MSI), programables (PLD). microprocesadores, microcontroladores y DSP (CE28).
• RA2: Diseñar algoritmos y escribir código en lenguajes de alto y de bajo nivel (CE28).
• RA5: Integrar aplicaciones con varios sistemas automatizados (CE28).
• RA6: Manejar sistemas operativos de tiempo real (RTO) (CE28).
• RA7: Manejar la terminología científico-técnica propia de los componentes electrónicos digitales en inglés (CE28)
• RA8: Elaborar informes técnicos de proyectos, evaluar alternativas y justificar sus análisis y criterios de diseño (CE28).

La asignatura alterna semanas con 2 horas y 4 horas de clases presenciales en el aula (grupo grande), donde se desarrollarán los contenidos teóricos y se resolverán ejercicios y problemas de carácter práctico, además de 2 horas quincenales dedicadas a prácticas de laboratorio y estudios de caso (grupo pequeño), donde se trabaja la parte práctica de las dos primeras actividades de la asignatura, y se profundiza en la resolución de ejercicios y problemas. Es obligatoria la asistencia a todas las sesiones, tanto teóricas como prácticas.

Las sesiones de laboratorio (grupo pequeño) son de asistencia obligatoria (condición necesaria para concurre a la evaluación de la actividad correspondiente), y se desarrollarán reuniendo los alumnos en grupos de 2 a 6 personas. Cada actividad necesita de una preparación previa que se realizará, una parte en las clases presenciales en el aula, y otra la deberán realizar los alumnos en el tiempo de aprendizaje autónomo. Estas actividades, sin embargo, se alargarán temporalmente más allá de las horas de laboratorio, y los alumnos las deberán completar durante el tiempo de aprendizaje autónomo.

Siempre que se considere oportuno se pondrá a disposición de los alumnos actividades de tipo totalmente opcional que los ayuden a preparar ya prepararse para las de carácter obligatorio.

Dada la situación provocada por la pandemia del Covidien-19, la impartición de la asignatura se realiza en una modalidad híbrida: la teoría se virtualiza y se hará mediante el uso de la plataforma ZOOM; las prácticas de laboratorio se mantienen en formato presencial. Se ha mantenido en todo momento la sincronía de impartición, programando, las sesiones de teoría en las franjas del horario asignado a la asignatura.

Así, se han alternado semanas con 2 horas y 4 horas de clase con todo el grupo mediante sesiones con ZOOM. En estas sesiones se han trabajado los contenidos teóricos de la asignatura y se han resuelto ejercicios y problemas de carácter práctico.

Se han mantenido las 2 horas quincenales de prácticas de laboratorio, impartidas presencialmente. En estas sesiones se trabajan aspectos relacionados con las actividades prácticas de la asignatura, que consisten en el desarrollo de aplicaciones software para el MCU Cortex M4, y también se trabaja el tema del diseño hardware de computadores integrado. Se han mantenido los equipos de trabajo de entre 2 y 6 personas, en función de la actividad a desarrollar.

La asistencia a las sesiones ZOOM, sobre contenidos de teoría, y en las presenciales de prácticas es obligatoria.

Título contenido 1: Fundamentos tecnológicos para la gestión industrial

• Introducción a las aplicaciones industriales
• Fábrica inteligente: Transformación digital, Jerarquía de automatización
• Digitalización de la cadena de valor: SCM / ERP / CRM
• sistemas MES
• Tecnologías para la digitalización: IOT / IIOT, CPS, Big Data, La computación en la nube, Ciberseguridad

Título contenido 2: Sistemas de tiempo real

• Revisión de conceptos de arquitectura de computadores
• Aritmética de precisión finita
• Sistemas reactivos basados ​​en microprocesadores. Requerimientos de tiempo real
• Arquitecturas avanzadas de computadores
• Sistemas operativos de tiempo real (RTOS

Título contenido 3: Sistemas Embedded

• arquitecturas incorporado. Revisión de conceptos de sistemas basados ​​en microprocesadores. Diseño de sistemas embedded
• Técnicas avanzadas de E / S
• Sistemas integrado de escala grande: PC-Embedded (PCX-104)
• Sistemas integrado de escala pequeña y media: microcontroladores y DSPs
• Sistemas operativos integrados
• Desarrollo de aplicaciones con el microcontrolador ARM Cortex-M4

Título contenido 4:  comunicaciones industriales

• Arquitectura de sistemas de información y comunicación. Jerarquía de buses: bus de pin-out, Bus local, bus de sistema
• Líneas de transmisión. Limitaciones en las comunicaciones
• Interfaz de comunicaciones: UART, SPI
• Buses serie: RS-485, CAN, MODBUS, Ethernet / IP
• Embedded Internet
• Comunicaciones M2M: Internet de las cosas (IOT)

Título de la ACTIVIDAD 1: Aritmética de precisión finita. Impacto en algoritmos de calculo de números

• DESCRIPCIÓN: Estudio del impacto de la aritmética de punto fijo en algoritmos de cálculo numérico. Se plantea la resolución de un problema numérico empleando aritmética Qn y ensayan diferentes estrategias de resolución, analizando el impacto de la aritmética y de la estrategia en los resultados. La actividad se plantea como proyecto de ingeniería.
• MATERIAL DE APOYO: Dossier explicativo suministrado por el profesor.
• COMPETENCIAS: CE 28, CB 3
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA2, RA7, RA8
• ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Informe de grupo con los resultados obtenidos, su análisis y las conclusiones sobre los efectos de la aritmética de precisión finita en la establidad de ciertos algoritmos numéricos. Esta actividad representa un 10% de la nota total de la asignatura.
• OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
  • Entender las limitaciones de precisión inherentes a los sistemas digitales
  • Diseñar estrategias de cálculo numérico resistentes a estas limitaciones
  • Programar aplicaciones de cálculo numérico empleando lenguajes tanto de alto como de bajo nivel      
• SESIONES DE LABORATORIO: 2 sesiones para trabajar las partes esenciales del proyecto.

Título de la ACTIVIDAD 2: Aplicaciones industriales de DSP y de tiempo real

• DESCRIPCIÓN: Estudio de los requerimientos de interfaz de los computadores industriales, como elementos reactivos que interaccionan con un entorno heterogéneo con exigencias de respuesta en tiempo real. Se plantearán diferentes problemas de interfaz en entornos industriales, tales como la E / S de alta velocidad, y las interfaces con sistemas de control de movimiento empleados típicamente en la industria. Se resolverán problemas relacionados con el tratamiento digital de la señal en el ámbito industrial. La actividad se plantea como proyecto de ingeniería.
• MATERIAL DE APOYO: Dossier explicativo suministrado por el profesor.
• COMPETENCIAS: CE 28, CB 3
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA2, RA6, RA7, RA8
• ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Informe de grupo con los resultados obtenidos, su análisis y las conclusiones sobre los requerimientos específicos de algunas aplicaciones de control en el ámbito industrial. Esta actividad representa un 20% de la nota total de la asignatura.
• OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
  • Entender los requerimientos computacionales y de interfaz de las aplicaciones de tiempo real duro
  • Conocer diferentes elementos de interfaz propios de las aplicaciones industriales
  • Diseñar interfaces de E / S para aplicaciones industriales 
  • Conocer diferentes entornos para el desarrollo de sistemas integrado
  • diseñar sistemas integrado industriales basados ​​en microcontroladores
  • Programar aplicaciones de DSP en tiempo real empleando lenguajes tanto de alto como de bajo nivel     
• SESIONES DE LABORATORIO: 3 sesiones para trabajar las partes esenciales del proyecto.

Título de la ACTIVIDAD 3: Prueba de evaluación continuada (PAC 2ª)

• DESCRIPCIÓN: Prueba escrita sobre revisión de conceptos de arquitectura de computadores.
• MATERIAL DE APOYO: Materiales de la asignatura
• COMPETENCIAS: CE28
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA1, RA5 (según numeración del Plan Docente)
• ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Resolución de la prueba. Esta actividad representa un 3% de la nota total de la asignatura.

Título de la ACTIVIDAD 4: Prueba de evaluación continuada (PAC 2b)

• DESCRIPCIÓN: Prueba escrita sobre aritmética de precisión finita
• MATERIAL DE APOYO: Materiales de la asignatura
• COMPETENCIAS: CE28
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA1, RA5 (según numeración del Plan Docente)
• ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Resolución de la prueba. Esta actividad representa un 3% de la nota total de la asignatura.

Título de la ACTIVIDAD 5: Prueba de evaluación continuada (PAC 3)

• DESCRIPCIÓN: Prueba escrita sobre diseño de unidades de memoria para sistemas basados ​​en microprocesador
• MATERIAL DE APOYO: Materiales de la asignatura
• COMPETENCIAS: CE28
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA1, RA5 (según numeración del Plan Docente)

ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Resolución de la prueba. Esta actividad representa un 4% de la nota total de la asignatura

Título de la ACTIVIDAD 6: examen 1

• DESCRIPCIÓN: Prueba escrita de evaluación de los aspectos desarrollados en los contenidos 1, 2.
• MATERIAL DE APOYO: Materiales de la asignatura (contenidos 1 y 2) y bibliografía.
• COMPETENCIAS: CE 28
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA1, RA2, RA6, RA7
• ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Resolución de la prueba. Esta actividad representa un 30% de la nota total de la asignatura.
• OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
  • Objetivo eminentemente evaluativo del grado de consecución de los conocimientos teóricos y su aplicación a situaciones prácticas reales
  • Recoger información para la evaluación sumativa individual

Título de la ACTIVIDAD 7: examen 2

• DESCRIPCIÓN: Prueba escrita de evaluación de los aspectos desarrollados en los contenidos 3, 4.
• MATERIAL DE APOYO: Materiales de la asignatura (contenidos 3 y 4) y bibliografía.
• COMPETENCIAS: CE 28
• EVIDENCIA DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE: RA1, RA2, RA5, RA6, RA7
• ENTREGABLES Y VÍNCULOS CON LA EVALUACIÓN: Resolución de la prueba. Esta actividad representa un 30% de la nota total de la asignatura.
• OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
  • Objetivo eminentemente evaluativo del grado de consecución de los conocimientos teóricos y su aplicación a situaciones prácticas reales
  • Recoger información para la evaluación sumativa individual

Para cada actividad, los docentes informarán de las normas y condiciones particulares que las rijan. Esta información se comunicará en el aula física y / o se publicará en el aula virtual.

Las actividades unipersonales presuponen el compromiso del estudiante de realizarlas de manera individual. Se considerarán suspendidas todas aquellas actividades en las que el estudiante no cumpla este compromiso con independencia de su papel (origen o destino).

Igualmente, las actividades que se deban realizar en grupos presuponen el compromiso por parte de los estudiantes que lo integran de realizarlas en el seno del grupo. Se considerarán suspendidas todas aquellas actividad en la que el grupo no haya respetado este compromiso con independencia de su papel (origen o destino). La responsabilidad de los resultados del trabajo es del grupo, y no de las individualidades que lo componen. En cualquier caso, los docentes pueden, en base a la información de que dispongan, personalizar la calificación para cada integrante del grupo.

Cualquier actividad no entregada se considerará puntuada con cero puntos. La no asistencia a alguna sesión de laboratorio excluye de forma automática de la evaluación de la actividad correspondiente, considerándose puntuada con cero puntos.

Es potestativo de los docentes aceptar o no entregas fuera de los plazos que se indiquen. En caso de que estas entregas fuera de plazo se acepten, es potestativo del docente decidir si aplica alguna penalización y la cuantía de la misma.

La calificación final es la suma ponderada de las calificaciones de las actividades

Actividad 1: 10%

Actividad 2: 20%

Actividad 3: 3%

Actividad 4: 3%

Actividad 5: 4%

Actividad 6: 30%

Actividad 7: 30%

La asistencia a las sesiones teóricas y de laboratorio y la entrega de los informes correspondientes de las actividades 1 y 2 es condición necesaria para la evaluación de la asignatura. El algoritmo de cálculo de la nota sólo se aplica si la nota media ponderada de las Actividad 3 y 4 es mayor o igual a 3. En caso contrario la asignatura queda suspendida.

El examen de recuperación sólo da opción a aprobar la asignatura con una nota de 5, excepto en el caso en que la nota media ponderada de las 2 primeras actividades sea igual o superior a 8. En este caso la nota final corresponderá a la nota media ponderada de todas las actividades de la asignatura (el examen de recuperación corresponde a las actividades 3 y 4, y su nota deberá ser mayor o igual a 3).

Para las actividades 1 y 2, si el resultado de su evaluación no es satisfactorio, o los docentes lo consideran oportuno podrán convocar a los integrante de un grupo en la realización de una prueba de evaluación individualizada.

Horrillo, J. (2020). Materiales de la asignatura de Informática Industrial. ESUPT. Mataró.

Valvano, J. (2014). Embedded Systems: Real-Time Operating Systems for ARM Cortex-M Microcontrollers.

BUTTAZZO, G. (2011). Hard Real-Time Computer Systems. Springer.

MARWEDEL, P. (2011). Embedded System Design. Springer.

GUERRERO, V .; YUSTE, R .; MARTÍNEZ, L. (2010). Comunicaciones Industriales. MARCOMBO.

Benetti, S. (1994). Real-Time Computer Control. Prentice-Hall.

KOPETZ, H. (2011). Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications. Springer-Verlag.

Zhu, Y. (2015). Embedded Systems with ARM Cortex-M. Microcontrollers en Assembly Languange and C. E-Man Press.