Autor: BOLTON, William
Páginas: 664
Editorial: Alfaomega
Descripción
La simbiosis de la ingeniería mecánica y la ingeniería electrónica aunada al control inteligente computarizado en el diseño y manufactura de productos y procesos ha propiciado que técnicos e ingenieros busquen métodos interdisciplinarios para la ingeniería; técnicos e ingenieros que requieren adquirir capacidades operativas y comunicativas mediante una variedad de disciplinas de ingeniería.
Este documento expone los fundamentos básicos de la mecatrónica, así como las herramientas necesarias para el desarrollo de habilidades más avanzadas. Tiene como principal propósito ofrecer un estudio completo de la mecatrónica que pueda ser útil tanto a técnicos como a estudiantes de ingeniería. Aborda temas como los sensores, condicionamiento de la señal, actuadores, microprocesadores, modelos de sistemas y el diseño de sistemas en mecatrónica.
VENTAJAS
• Cada uno de los capítulos cuenta con un listado de objetivos, figuras, un resumen y una serie de problemas cuyas soluciones aparecen al final del libro.
• En el último capítulo se incluyen tareas de investigación y diseño, así como claves de sus posibles respuestas.
• En esta edición se hizo una reestructuración de las partes que conforman el libro para adecuarlo a la secuencia general de la enseñanza.
CONOZCA
• Las diversas formas y elementos del sistema de lazo abierto y del sistema de lazo cerrado.
• Los requerimientos para el acondicionamiento de señal y cómo se pueden utilizar los amplificadores operacionales.
• Los elementos de presentación de datos utilizados de manera común y sus características, así como los principios de las pantallas, en particular las de siete segmentos LED y las pantallas de matriz de puntos.
APRENDA
• A determinar los posibles sistemas de actuación mecánica para la transmisión de movimiento entre los que están lineal a rotatorio, rotatorio a rotatorio, rotatorio a lineal y transmisión de movimiento cíclico.
• A identificar los principios de motores de c.d., entre ellos el motor de imán permanente, y cómo éste puede tener su velocidad controlada, así como el principio del motor de c.d. de imán permanente sin escobillas.
• Crear programas que involucran temporizadores, contadores, registros de cambio, relevadores maestros, saltos y manejo de datos.
DESARROLLE SUS HABILIDADES PARA
• Utilizar el lenguaje ensamblador para escribir programas que contengan transferencias de datos, aritmética, lógica, jumps (saltos), branches (ramificaciones o controles de flujo), subrutinas, retrasos y tablas de consulta.
• Utilizar el lenguaje C para la escritura de programas sencillos para microcontroladores.
• Desarrollar programas de escalera para un PLC que involucran funciones lógicas, cierre, relevadores internos y secuenciación.
A QUIEN VA DIRIGIDO
El presente documento está dirigido a técnicos y estudiantes de las carreras de Ingeniería mecánica, Ingeniería eléctrica, Mecatrónica y Computación.
CONTENIDO
Prefacio ix
I Introducción 1
1. introducción a la mecatrónica 3
1.1 ¿Qué es la mecatrónica? 3
1.2 El proceso de diseño 5
1.3 Sistemas 6
1.4 Sistemas de medición 8
1.5 Sistemas de control 9
1.6 Controlador lógico programable 21
1.7 Ejemplos de sistemas mecatrónicos 22
Resumen 25
Problemas 26
II. Sensores Y Acondicionamiento
de Señales 27
2. Sensores y transductores 29
2.1 Sensores y transductores 29
2.2 Terminología del funcionamiento 30
2.3 Desplazamiento, posición y proximidad 35
2.4 Velocidad y movimiento 46
2.5 Fuerza 49
2.6 Presión de fluidos 50
2.7 Flujo de líquidos 54
2.8 Nivel de líquidos 55
2.9 Temperatura 56
2.10 Sensores de luz 61
2.11 Selección de sensores 62
2.12 Ingreso de datos mediante interruptores 63
Resumen 65
Problemas 66
3. Acondicionamiento de señales 69
3.1 Acondicionamiento de señales 69
3.2 Amplificador operacional 70
3.3 Protección 81
3.4 Filtrado 83
3.5 Puente de Wheatstone 84
3.6 Modulación por pulsos 88
3.7 Problemas con las señales 89
3.8 Transferencia de potencia 92
Resumen 92
Problemas 93
4. Señales digitales 95
4.1 Señales digitales 95
4.2 Señales analógicas y digitales 95
4.3 Convertidores de señales digital a analógica y de
analógica a digital 99
4.4 Multiplexores 105
4.5 Adquisición de datos 106
4.6 Procesamiento de señales digitales 109
Resumen 110
Problemas 110
5. Lógica digital 112
5.1 Lógica digital 112
5.2 Compuertas lógicas 113
5.3 Aplicaciones de las compuertas lógicas 120
5.4 Lógica secuencial 126
Resumen 133
Problemas 133
Contenido
6. Sistemas de presentación de datos 136
6.1 Pantallas 136
6.2 Elementos para la presentación de datos 137
6.3 Grabación magnética 142
6.4 Grabación óptica 146
6.5 Pantallas o displays 147
6.6 Sistemas de adquisición de datos 151
6.7 Sistemas de medición 155
6.8 Prueba y calibración 158
Resumen 160
Problemas 160
III. Actuación 163
7. Sistemas de actuación neumática
e hidráulica 165
7.1 Sistemas de actuación 165
7.2 Sistemas neumáticos e hidráulicos 165
7.3 Válvulas para control de dirección 169
7.4 Válvulas de control de presión 173
7.5 Cilindros 175
7.6 Servoválvulas y válvulas de control
proporcional 178
7.7 Válvulas para el control de procesos 180
7.8 Actuadores giratorios 185
Resumen 186
Problemas 186
8. Sistemas de actuación mecánica 188
8.1 Sistemas mecánicos 188
8.2 Tipos de movimiento 189
8.3 Cadenas cinemáticas 191
8.4 Levas 194
8.5 Engranes 196
8.6 Rueda dentada y trinquete 200
8.7 Bandas y cadenas de transmisión 200
8.8 Cojinetes (chumaceras) 202
Resumen 204
Problemas 205
9. Sistemas de actuación eléctrica 207
9.1 Sistemas eléctricos 207
9.2 Interruptores mecánicos 207
9.3 Interruptores de estado sólido 209
9.4 Solenoides 215
9.5 Motores de c.d 217
9.6 Motores de c.a 225
9.7 Motores paso a paso 227
9.8 Selección de un motor 234
Resumen 237
Problemas 237
IV. Sistemas de microprocesadores 239
10. Microprocesadores y
microcontroladores 241
10.1 Control 241
10.2 Sistemas de microprocesadores 241
10.3 Microcontroladores 253
10.4 Aplicaciones 272
10.5 Programación 274
Resumen 277
Problemas 277
11. Lenguaje ensamblador 278
11.1 Lenguajes 278
11.2 Conjunto de instrucciones 279
11.3 Programas en lenguaje ensamblador 285
11.4 Subrutinas 290
11.5 Tablas de consulta 293
11.6 Sistemas embebidos 296
Resumen 300
Problemas 300
12. Lenguaje C 302
12.1 ¿Por qué el lenguaje C? 302
12.2 Estructura de un programa 302
12.3 Control de flujo y ciclos 309
12.4 Arreglos 313
12.5 Apuntadores 314
12.6 Desarrollo de programas 316
12.7 Ejemplos de programas 317
12.8 Programas Arduino 319
Resumen 323
Problemas 323
13. Sistemas de
entrada/salida 326
13.1 Interfaces 326
13.2 Direccionamiento entrada/salida 326
13.3 Requerimientos de una interfaz 329
13.4 Adaptadores de interfaz para dispositivos
periféricos 336
13.5 Interfaz para comunicaciones en serie 341
13.6 Ejemplos de acoplamiento mediante interfaz 344
Resumen 347
Problemas 348
14. Controladores lógicos programables 349
14.1 Controladores lógicos programables 349
14.2 Estructura básica del PLC 349
14.3 Procesamiento de la entrada/salida 353
14.4 Programación en escalera o ladder 354
14.5 Lista de instrucciones 358
14.6 Enclavamiento y relevadores internos 361
14.7 Secuenciación 363
14.8 Temporizadores y contadores 364
14.9 Registros de corrimiento 367
14.10 Controles maestro y de salto 368
14.11 Manejo de datos 369
14.12 Entrada/salida analógica 371
Resumen 373
Problemas 374
15. Sistemas de comunicación 376
15.1 Comunicaciones digitales 376
15.2 Control centralizado, jerárquico y distribuido 376
15.3 Redes 379
15.4 Protocolos 381
15.5 Modelo de interconexión de sistemas abiertos 382
15.6 Interfaces de comunicación en serie 385
15.7 Interfaces de comunicación paralela 391
15.8 Protocolos inalámbricos 394
Resumen 395
Problemas 395
16. Localización de fallas 397
16.1 Técnicas para detección de fallas 397
16.2 Temporizador vigilante 398
16.3 Verificación de paridad y codificación de errores 399
16.4 Fallas comunes de hardware 400
16.5 Sistemas basados en microprocesadores 402
16.6 Emulación y simulación 405
16.7 Sistemas basados en PLC 407
Resumen 409
Problemas 410
V. modelos de sistemas 411
17. Modelos de sistemas básicos 413
17.1 Modelos matemáticos 413
17.2 Bloques funcionales de sistemas mecánicos 414
17.3 Bloques funcionales de sistemas eléctricos 422
17.4 Bloques funcionales de sistemas de fluidos 426
17.5 Bloques funcionales de sistemas térmicos 433
Resumen 436
Problemas 437
18. Modelado de sistemas 439
18.1 Sistemas de ingeniería 439
18.2 Sistemas rotacional-traslacional 439
18.3 Sistemas electromecánicos 440
18.4 Linealidad 443
18.5 Sistemas hidromecánicos 445
Resumen 448
Problemas 448
19. Respuestas dinámicas de sistemas 449
19.1 Modelado de sistemas dinámicos 449
19.2 Terminología 450
19.3 Sistemas de primer orden 452
19.4 Sistemas de segundo orden 458
19.5 Medidas de desempeño de los sistemas
de segundo orden 464
19.6 Identificación de sistemas 467
Resumen 467
Problemas 469
20. Funciones de transferencia
de sistemas 471
20.1 La función de transferencia 471
20.2 Sistemas de primer orden 474
20.3 Sistemas de segundo orden 476
20.4 Sistemas en serie 478
20.5 Sistemas con lazos de realimentación 479
20.6 Efecto de la ubicación de los polos
en respuesta transitoria 480
Resumen 484
Problemas 484
21. Respuesta en frecuencia 486
21.1 Entrada senoidal 486
21.2 Fasores 487
21.3 Respuesta en frecuencia 489
21.4 Diagramas de Bode 492
21.5 Especificaciones de desempeño 501
21.6 Estabilidad 502
Resumen 503
Problemas 504
22. Controladores en lazo cerrado 505
22.1 Procesos continuos y discretos 505
22.2 Terminología 507
22.3 Modo de control de dos posiciones 509
22.4 Modo de control proporcional 510
22.5 Control derivativo 512
22.6 Control integral 514
22.7 Control PID 516
22.8 Controles digitales 517
22.9 Desempeño de los sistemas de control 520
22.10 Sintonización de controladores 521
22.11 Control de velocidad 523
22.12 Control adaptable 523
Resumen 526
Problemas 527
23. inteligencia artificial 528
23.1 ¿Qué significa inteligencia artificial? 528
23.3 Percepción y cognición 528
23.3 Razonamiento 530
23.4 Aprendizaje 533
Resumen 534
Problemas 534
VI. conclusión 535
24. Sistemas mecatrónicos 537
24.1 Diseños mecatrónicos 537
24.2 Casos de estudio 548
24.3 Robótica 563
Resumen 567
Problemas y tareas 567
Tareas para investigación 568
Tareas para diseño 568
Apéndices 569
A. La transformada de Laplace 571
B. Sistemas numéricos 581
C. Álgebra booleana 587
D. Conjuntos de instrucciones 596
E. Funciones en biblioteca de C 601
F. MATLAB y SIMULINK 604
G. Análisis de circuitos eléctricos 610
Información adicional 620
Respuestas 624
Índice analítico 639
