UT - AUTOMATIZACIÓN PUERTA DE GARAJE CON uCONTROLADOR

1.- MÓDULO PROFESIONAL

Corresponde con un CFGS en Técnico Superior en Sistemas Electrotécnicos y Automáticos.

• RD 1127/2010 de 10 de septiembre, por el que se aprueba el título del TSSEyA.
• Orden EDU/2890/2010 de 2 de septiembre, por el que se aprueba el currículo del TSSEyA.
• RD 401/2023 de 29 de mayo, modifica y amplía determinados títulos.

2.- DURACIÓN

Se estima una duración de 20 horas ajustable según: el ritmo del grupo y la profundidad deseada.

3.- RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Al finalizar esta UT, el discente será capaz de:

• Identificar los componentes principales de un sistema de automatización de puerta de garaje.
• Seleccionar el tipo de microcontrolador adecuado para una aplicación de automatización.
• Diseñar y programar un control de puerta de garaje utilizando el lenguaje LD (Ladder Diagram)
• Simular el funcionamiento de un sistema de automatización de puerta de garaje.
• Aplicar procedimiento de un sistema de automatización de puerta de garaje.
• Aplicar procedimientos para la detección y diagnóstico de averías en sistemas de automatización con sensores.
• Colaborar eficazmente en equipos de trabajo.

4.- CONTEXTUALIZACIÓN PARA EL ALUMNADO

Esta UT está diseñada para el alumnado de un CFGS en un Centro Integrado de Formación Profesional (CIFP) bajo la modalidad de Formación Dual Mixta. Esto significa que combinaremos aprendizaje en el aula con la experiencia práctica en entornos laborales reales o simulados, preparando al alumnado para las demandas del sector industrial.

El grupo de alumnos es heterogéneo en cuanto a edades se refiere, van desde los 21 años hasta los 48. La procedencia académica es también diversa (prueba de acceso, CFGM, CFGS, Bachillerato, Universidad). Esta gran diversidad de perspectivas enriquece el aprendizaje, por lo que, se fomentará el apoyo mutuo y el trabajo colaborativo.

5.- PRINCIPIOS DEL DUA APLICADOS

1. Múltiples formas de representación. Se presentará la información a través de diferentes formatos (visual, auditivo, textual, práctico) para adaptarse a los diversos estilos de aprendizaje.
2. Múltiples formas de acción y expresión: Se ofrecerán diversas opciones para que el alumnado demuestre su comprensión y habilidades (diseño de diagramas, programación, resolución de problemas prácticos, presentaciones).
3. Múltiples formas de implicación: Se buscará la motivación a través de la relevancia del contenido, el trabajo cooperativo, la autonomía en el aprendizaje y la conexión con el entorno laboral real.

6.- METODOLOGÍA ACTIVA: APRENDIZAJE BASADO EN PROYECTOS (ABP)

La UT se estructura alrededor de un proyecto central, que es: la automatización de una puerta de garaje. Esto permitirá al alumnado abordar el aprendizaje de manera integral, conectando teoría y práctica, y desarrollando habilidades en la resolución de problemas, trabajo colaborativo y relaciones sociales entre iguales.

7.- ACTIVIDADES

7.1.- ACTIVACIÓN

• Duración: 2 sesiones de 55 minutos.
• Espacio: Aula-taller.
• Recursos:
• Metodología:
• Lluvia de ideas inicial (5 minutos): Se usarán las siguientes preguntas: "¿Qué sistemas automatizados conocemos en nuestro día a día?, ¿Cómo creemos que funcionan las puertas de garaje automáticas?". Se estimulará la participación de todos los discentes.
• Presentación de un caso práctico (20 minutos): Mostrar vídeos o imágenes de diferentes tipos de puertas de garaje automatizadas, incluyendo ejemplos de fallos comunes. Se utilizarán las siguientes preguntas: "Qué componentes crees que son esenciales para su funcionamiento?" "¿Qué pasaría si un sensor falla?".
• Discusión guiada (30 minutos): Análisis de los vídeos, identificando la necesidad de sistemas de control, sensores y actuadores. Conectar con experiencias previas del alumnado.
• Introducción al proyecto (1 hora): Presentación del reto: "Diseñar y programar la automatización de una puerta de garaje, incluyendo un sistema de detección y diagnóstico de averías de sensores utilizando un microcontrolador y programación en KOP". Se establecerán los criterios de corrección por rúbrica y los medios por los que se puede entregar la redacción del proyecto.
• Formación de equipos de trabajo (15 minutos): Equipos heterogéneos de 2-3 personas, fomentando la diversidad de conocimientos y experiencias.
• Evaluación: se utilizará rúbrica y la observación directa con las anotaciones en el cuaderno del aula.

7.2.- SIMULACIÓN

7.2.1.- Exploración de microcontroladores

• Duración: 2 horas
• Espacio:
• Recursos:
• Metodologías:
• Presentación teórica (1 hora): Introducción a los diferentes tipos de microcontroladores adecuados para automatización: p. ej., PLCs como el Siemens S7-1200 o el Allen-Bradley Micro800, o microcontroladores de propósito general como Arduino/ESP32 en contextos industriales didácticos. Se indicará el PLC como el tipo de microcontrolador específico para esta UT. Se explicará su arquitectura básica y su funcionamiento.
• Demostración y manipulación (1 hora): Si es posible, mostrar físicamente diferentes modelos de PLCs, sus entradas/salidas, y su entorno de desarrollo.
• Evaluación:

7.2.2.- Introducción a Ladder Diagram (LD o KOP)

• Duración: 3 horas
• Conceptos básicos (1 horas): Explicación de la lógica de relés, contactos, bobinas, temporizadores, contactores, etc., y su representación en KOP.
• Explicación guiados (2 horas): Realización de ejemplos sencillos de programación en KOP para controlar luces, motores, etc., utilizando software de simulación de PLC (CadeSIMU, TIA Portarl, Studio 5000 Loogix Designer, o simulares genéricos)

7.2.3.- Diseño preliminar del control de la puerta de garaje

• Duración: 1 hora.
• Sesión de ideación en equipos: Cada equipo comenzará a esbozar la lógica de control de la puerta de garaje, identificando los sensores (finales de carrera, sensor de obstáculos) el motor, las luces de señalización, etc., y cómo interactuarían.

7.3.- APLICACIÓN

7.3.1.- Desarrollo del programa KOP para la puerta de garaje 

• Duración: 4 horas.
• Espacio:
• Recursos:
• Actividades y Metodologías:
• Trabajo en equipo: Los equipos desarrollarán el programa KOP completo para la puerta de garaje, implementando la lógica de apertura, cierre, parada de emergencia y, crucialmente, la gestión de averías del sensor.
• Asesoramiento y retroalimentación individualizada: El docente circulará por los equipos, ofreciendo apoyo, resolviendo dudas y proporcionando retroalimentación constructiva sobre el diseño y la lógica del programa.
• Evaluación:

7.3.2.- Simulación del funcionamiento

• Duración: 4 horas.
• Espacio:
• Recursos:
• Actividades y Metodología:
• Uso del software de simulación de PLC: Los equipos cargarán sus programas en el simulador/es y probarán el funcionamiento.
• Pruebas de escenarios (incluyendo averías): Los equipos simularán diferentes escenarios, incluyendo:
• Apertura y cierre normal.
• Activación del sensor de obstáculos durante el cierre.
• Proceso a seguir para detectar una avería si un sensor se activa pero el microcontrolador no lo lee:
• Identificación del problema: Se observará que la puerta no reacciona como debería a la activación de un sensor (p. ej., el sensor de final de carrera de apertura se activa, pero la puerta no se detiene)
• Verificación de la entrada digital en el PLC:
• Se accederá al software de programación del PLC (p. ej., TIA Portal).
• En la tabla de variables del PLC
• Monitorizar el estado de la entrada digital asociada al sensor en cuestión.
• Si el sensor está físicamente activado (se puede verificar con un multímetro la continuidad o la presencia de voltaje en sus bornes, o visualmente si tiene un indicador LED) pero la entrada digital en el PLC permanece en 0 lógico, esto indicará que la señal del sensor no está llegando al PLC.
• Posibles causas y pasos de diagnóstico (desde el más simple al más complejo)
• Fallos de cableados y conexiones:
• Se verificará la conexión física del cable del sensor al módulo de entrada del PLC (bornes sueltos, mal crimpado)
• Se revisará la continuidad del cableado desde el sensor hasta el PLC con un multímetro.
• Se inspeccionará visualmente el cableado en busca de daños (cortes, aplastamientos)
• Fallo de alimentación del sensor:
• Se verificará que el sensor recibe la alimentación eléctrica adecuada (24 V DC) utilizando un voltímetro.
• Se comprobará que no haya un cortocircuito en el circuito de alimentación del sensor.
• Fallo interno del sensor:
• Si el cableado y la alimentación son correctos, y el sensor está activado pero no genera la señal esperada. Se medirá la salida del sensor con el voltímetro, para determinar si el sensor es defectuoso.
• Fallo en el módulo de entrada del PLC:
• Aunque menos común, un fallo en la entrada específica del módulo del PLC podría ser la causa. Para diagnosticar esto, se podría intentar conectar una señal de prueba (p. ej., un pulsador) directamente a esa entrada para ver si el PLC la detecta. Si no lo hace, el módulo podría estar dañado.
• Implementación en KOP para detección (opcional, para niveles avanzados): Se puede añadir una lógica en KOP para detectar esta condición. Por ejemplo, un temporizador que, si el sensor de final de carrera de apertura permanece activado por más X segundos mientras la puerta está intentando abrirse, genere una alarma de "Sensor de Final de Carrera Atascado/No Detectado".

7.4.- INTEGRACIÓN 

• Duración: 4 horas.
• Espacios:
• Recursos:
• Actividades / Metodologías:
• Presentación y demostración de proyectos (3 horas)
• Cada equipo presentará su diseño de automatización de la puerta de garaje, explica su programa KOP y demuestra el funcionamiento en el simulador, incluyendo la simulación de averías y procedimiento de diagnóstico.
• Sesión de preguntas y respuestas, fomentando la crítica constructiva entre compañeros.
• Reflexión y evaluación (1 hora)
• Individual: Cada alumno completará una autoevaluación y coevaluación del trabajo en equipo, así como una reflexión personal sobre los aprendizajes clave y las dificultades encontradas.
• Grupal: Discusión en plenario, sobre los desafíos del proyecto, las soluciones adoptadas y las implicaciones de la automatización en el ámbito laboral.

8.- RECURSOS Y MATERIALES

• Ordenadores con software de simulación de PLC (TIA Portal, Studio 5000 Logix Designer, IDE Arduino, CadeSimu, PLCSim, LOGO!Soft Comfort)
• Material bibliográfico y recursos online sobre PLCs y KOP
• agfhdg-wordpress.com
• Vídeos y animaciones explicativos.
• Kits de PLC reales
• Maquetas de puertas de garaje.
• Multímetros.

9.- EVALUACIÓN

• Evaluación formativa y continua: Observación del trabajo en equipo, participación en las discusiones, seguimiento del progreso en el diseño y programación, con anotaciones en el libro de aula.
• Evaluación sumativa:
• Calidad del programa KOP, valorando por rúbrica puntos tales como: lógica, eficiencia, legibilidad.
• Demostración del funcionamiento en el simulador y la capacidad de diagnosticar averías.
• Presentación del proyecto.
• Informe técnico (opcional, si se considera adecuado para el perfil del alumnado)
• Autoevaluación y coevaluación.

10.- OBSERVACIONES

Esta UT está diseñada para que el discente alcance un aprendizaje significativo, tal como desarrolla David P. Ausubel pionero en este tipo de aprendizajes. Se centra su teoría en cómo las personas adquieren y organizan grandes grupos de conocimiento. Enfatizando que el aprendizaje es más efectivo cuando las nuevas ideas o conceptos pueden ser relacionados con ideas ya existentes en la estructura cognitiva del aprendizaje.

En esta UT, al contextualizar el aprendizaje en un problema práctico como la automatización de una puerta de garaje y al conectar los nuevos conceptos (PLC, KOP, sensores, actuadores) con experiencias previas y conocimientos adquiridos, se busca fomentar un aprendizaje más significativo y duradero, en lugar de una mera memorización. El ABP facilita la creación de estas conexiones significativas.

11.- CONCLUSIONES

Esta UT busca ser flexible y adaptable a las necesidades específicas del grupo, fomentando la autonomía, la colaboración y la aplicación práctica de los conocimientos, preparando al alumnado para los desafíos del entorno laboral.