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 tipo práctico, además de 2 horas quincenales dedicadas a prácticas de laboratorio (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.

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: Arquitectura de computadores

• Codificación de la información
• Revisión de conceptos de arquitectura de computadores
• La Unidad Central de Proceso (CPU)
• Sistemas reactivos basados ​​en microprocesadores. Requerimientos de tiempo real

Título contenido 3: Sistemas Embedded

• arquitecturas incorporado.

           - Sistemas integrado de escala grande: PC-Embedded (PCX-104)

           - Sistemas integrado de escala pequeña y media: microcontroladores y DSPs

• La unidad de memoria: tipologías y diseño de unidades de memorias
• La unidad de E/S. Métodos de transferencia de datos (E/S): por programa, por interrupción, por DMA. Controladores de E/S 
• Sistemas operativos integrados (RTOS)
• 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
• Interfaz de comunicaciones: UART, SPI
• Buses serie: RS-232. RS-485
• Buses industriales: CAN, MODBUS, Ethernet/IP
• Líneas de transmisión. Limitaciones en las comunicaciones
• Comunicaciones M2M: Internet de las cosas (IOT)

Título de la ACTIVIDAD 1: Desarrollo de aplicaciones en lenguajes de bajo nivel

• DESCRIPCIÓN: Actividad orientada a entender la importancia del lenguaje ensamblador en aplicaciones de tiempo real extremo. Se plantean diferentes problemas relacionados con la precisión aritmética y con la gestión de elementos de E/S del microcontrolador. 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: examen 1

• DESCRIPCIÓN: Prueba escrita de evaluación de los aspectos desarrollados en los contenidos 1, 2, 3.
• MATERIAL DE APOYO: Materiales de la asignatura (contenidos 1, 2 y 3) 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 4: 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: 30%

Actividad 4: 40%

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. (2022). 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.