ES2391013A1 - Emulador tutor virtual de prácticas eléctricas y dispositivo emulador de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos para las mismas - Google Patents

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ES2391013A1
ES2391013A1 ES201200578A ES201200578A ES2391013A1 ES 2391013 A1 ES2391013 A1 ES 2391013A1 ES 201200578 A ES201200578 A ES 201200578A ES 201200578 A ES201200578 A ES 201200578A ES 2391013 A1 ES2391013 A1 ES 2391013A1
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Alberto FALCES DE ANDRÉS
Luis Alfredo FERNÁNDEZ JIMÉNEZ
Eduardo GARCÍA GARRIDO
Pedro María LARA SANTILLÁN
Montserrat MENDOZA VILLENA
Enrique ZORZANO ALBA
Pedro José ZORZANO SANTAMARÍA
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Universidad de La Rioja
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

Sistema y procedimiento emulador virtual de prácticas eléctricas y dispositivo emulador de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos para las mismas. El procedimiento comprende:- establecer un circuito eléctrico emulado conectando, mediante cables de conexión (104), terminales de conexión (105) de dispositivos emuladores (103);- obtener información del conexionado mediante envío de instrucciones a los dispositivos emuladores (103) para configurar sus terminales de conexión (105) y evaluación de las lecturas de sus terminales de conexión (105);- obtener de cada dispositivo emulador (103) el tipo particular de dispositivo o componente que emula, con su configuración concreta;- evaluar en base a la información del conexionado y al tipo y configuración de los dispositivos emuladores (103), los puntos de operación de aquellos dispositivos emuladores (103) que actúan como elementos medidores o actuadores y enviar a dichos dispositivos emuladores (103) instrucciones de consigna para representar o situarse en, según corresponda, dicho punto de operación.

Description

Sistema y procedimiento emulador virtual de prácticas eléctricas y dispositivo emulador de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos para las mismas
Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de los sistemas emulador y tutor virtual que analiza montajes de circuitos eléctricos para establecer si el cableado es correcto. Sirve para emular el funcionamiento del circuito formado por componentes eléctricos y/o electrónicos emulados (instrumentos de medida, actuadores, fuentes, elementos genéricos) interconectados entre sí mediante cableado, permitiendo realizar medidas, efectuar cálculos y comprobar si la conexión entre los componentes emulados es correcta.
Antecedentes de la invención En la actualidad se conocen emuladores de circuitos eléctricos, como el divulgado en el documento de patente US2008297167-A1, que describe un verificador funcional y paramétrico y un emulador de módulos electrónicos y tarjetas de circuito impreso. Este dispositivo emulador está formado por un instrumento de pruebas programable acoplado a una unidad de control u ordenador que almacena los programas de pruebas y los resultados de las mismas. El instrumento de pruebas programable a su vez se compone de dos módulos: una librería de circuitos electrónicos y un circuito que puede interpretar y ejecutar comandos complejos de pruebas, recibiendo los comandos del ordenador y generando las órdenes a la librería de circuitos electrónicos, activando y configurando los circuitos que se emplearán en la prueba. La librería de circuitos electrónicos por su parte es un grupo de circuitos electrónicos que se utilizarán en la ejecución de la prueba, permitiendo realizar multitud de test, empleando un voltímetro, multímetro, multiplexor, generador de señal, analizador de audio, osciloscopio, entradas y salidas de señales digitales, osciladores, etc. La librería de circuitos electrónicos permite la emulación de una amplia variedad de circuitos que ya estarán presentes en el hardware, haciendo que sólo sea necesario configurarlos y activarlos. La invención divulgada en este documento permite diseñar emuladores que realicen la simulación del equipo a probar. No obstante, no se comprueba el cableado del circuito hardware que se conecta.
El documento de patente US2009299677 -A 1 presenta un sistema para probar tarjetas de circuitos. Está formado por dos elementos fundamentales: una caja donde se insertan las placas y un ordenador. El ordenador dispone de una unidad central de proceso, un módulo de adquisición de datos que recibe datos de las tarjetas y un bus de comunicación que se comunica con la caja o envolvente. La caja dispone de slots para insertar las tarjetas a probar. Incorpora una unidad central de proceso, puertos de entrada/salida e interfaces de comunicación y una pantalla. El objetivo del sistema es insertar una tarjeta dentro del slot de la caja y controlar el funcionamiento de la misma mediante un ordenador. Dicho ordenador dispone de un emulador para controlar la prueba de la tarjeta, de tal forma que sustituye funcionalmente a la unidad central de proceso de la caja, realizándose las pruebas desde el ordenador. Los resultados de cada prueba se registran en el ordenador. Se realizan pruebas de la unidad central de proceso, de alimentación, de reset, de tierra, de auto calibración, de disparo externo, etc. Así puede determinar si existen componentes dañados. Sin embargo, en este documento no se hace un análisis del cableado del circuito, para ver si es correcto el montaje, sino que se da por hecho que esto es así, y lo que se analizan son las medidas de las tarjetas.
El documento de patente EP1376417-A1 presenta un método diseñado por ordenador para la verificación funcional de circuitos electrónicos integrados. El método emula un circuito bajo pruebas en dos pasos: se genera un primer fichero para configurar la prueba -creando un banco de pruebas configurable-y después un segundo fichero para configurar el dispositivo a probar, generando un emulador del diseño bajo prueba. El sistema permite al emulador comunicarse con un ordenador y con un dispositivo objetivo. Sin embargo, no permite al usuario montar circuitos como lo haría en un laboratorio ni analizar el cableado del mismo.
También se conoce software de emulación como el LABVIEW, un programa que permite entre otras cosas adquirir datos, controlar instrumentos, y hacer mediciones. Se puede conectar a instrumentos de medida y analizar los datos con un ordenador. Permite integrar cualquier hardware y software de medida. Por otro lado, el software Aulamoisan se emplea con fines didácticos y universitarios para simular circuitos e interactuar con elementos reales de laboratorio mediante, por ejemplo, programas de gestión de ensayos eléctricos o programas de medidas eléctricas.
Por tanto, actualmente no existe ningún sistema ni procedimiento que permita al
la realización de la práctica eléctrica, incluyendo errores en el conexionado de los dispositivos emuladores y/o datos relativos a medidas y configuración de los mismos.
Un segundo aspecto de la presente invención incluye un procedimiento emulador virtual de prácticas eléctricas, que comprende las siguientes etapas:
-
establecer un circuito eléctrico emulado conectando, mediante una pluralidad de cables de conexión, terminales de conexión de una pluralidad de dispositivos emuladores de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos, y/o electromecánicos, disponiendo cada dispositivo emulador de información relativa al tipo particular de dispositivo o componente que emula y su configuración concreta;
-
obtener la información del conexionado de los dispositivos emuladores en el circuito eléctrico emulado mediante el envío de instrucciones a dichos dispositivos emuladores relativas a la configuración y generación de señales de sus terminales de conexión y la recepción y evaluación de lecturas de sus terminales de conexión realizadas por los dispositivos emuladores;
-
obtener de cada dispositivo emulador el tipo particular de dispositivo o componente que emula, con su configuración concreta;
-
evaluar en base a la información del conexionado y al tipo y configuración de los dispositivos emuladores, los puntos de operación de aquellos dispositivos emuladores que actúan como elementos medidores o actuadores y enviar a dichos dispositivos emuladores instrucciones de consigna para representar o situarse en, según corresponda, dicho punto de operación.
La etapa de obtención de la información del conexionado puede comprender configurar secuencialmente uno a uno los terminales de conexión como salida, manteniéndose el resto como entradas, y obtener la lectura de los terminales de conexión en cada secuencia.
Un tercer aspecto de la presente invención incluye un dispositivo emulador de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos para prácticas eléctricas, que comprende:
-
terminales de conexión preparados para recibir cables de conexión para su conexión con otros dispositivos emuladores; -medios de comunicación preparados para comunicarse con una unidad central externa;
-
medios de procesamiento de datos con acceso a información relativa al tipo
particular de dispositivo o componente que emula y su configuración concreta, estando dichos medios de procesamiento de datos configurados para:
•
ante una instrucción de configuración recibida de la unidad central, oportunamente configurar y generar señales en sus terminales de conexión;
•
ante una instrucción de lectura de terminales recibida de la unidad central, obtener y enviar a dicha unidad central la lectura de sus terminales de conexión;
•
ante una instrucción de lectura de tipo de dispositivo emulador recibida de la unidad central, obtener y enviar a dicha unidad central el tipo particular de dispositivo o componente que emula, con su configuración concreta.
El dispositivo emulador comprende preferentemente una cubierta con una tapa intercambiable, la cual dispone de información relativa al tipo de dispositivo emulador.
El dispositivo emulador puede ser un dispositivo configurable mediante medios de regulación, donde los medios de procesamiento de datos están configurados para obtener la configuración concreta del dispositivo emulador mediante lectura de los medios de regulación.
En una realización preferida el dispositivo es un dispositivo emulador de medida que dispone de medios de visualización, donde los medios de procesamiento de datos están configurados para representar en dichos medios de visualización el punto de operación especificado en una instrucción de consigna recibida de la unidad central externa.
En otra realización preferida el dispositivo es un dispositivo emulador de actuador que dispone de medios de actuación, y donde los medios de procesamiento de datos están configurados para activar dichos medios de actuación según el punto de operación especificado en una instrucción de consigna recibida de la unidad central externa.
La unidad central cuenta con una unidad de procesamiento de datos y un bus de comunicación compatible con el de los dispositivos emuladores. La unidad de procesamiento de datos se encarga de recoger la información del conexionado del montaje y contrastarla con la base de datos de circuitos asociados a las prácticas;
tomando las decisiones oportunas y transmitiéndosela nuevamente a los dispositivos
emuladores.
Los dispositivos emuladores pueden ser emuladores de medida, emuladores de actuadores, emuladores de fuentes y emuladores de componentes eléctricos genéricos. Por componentes eléctricos genéricos se entiende (en la presente descripción de la invención) aquellos elementos de un circuito eléctrico que no son ni fuentes, ni medidores ni actuadores. Por ejemplo, se considerarían componentes eléctricos genéricos los siguientes elementos: resistencias, inductancias, condensadores, transistores, cuadripolos, y sus composiciones o asociaciones, etc.
Todos los dispositivos emuladores cuentan con una envolvente (esto es, una cubierta
o carcasa) que preferentemente representa o simula externamente el dispositivo a emular, para facilitar así el reconocimiento del tipo de dispositivo emulado y que el ejercicio de simulación se parezca lo más posible a la realidad.
Los emuladores de medida disponen de una unidad de procesamiento de datos, puertos E/S, interfaz de comunicación y una pantalla que podrá ser un indicador analógico o digital dependiendo del tipo de aparato que se emule. Disponen también de cableado interno para conectar estos elementos internos con los terminales de la envolvente.
Los emuladores de actuadores disponen de un sistema de cableado que une los terminales de la cubierta con una unidad de procesamiento con puertos E/S, interfaz de comunicación y de cursores u otros elementos que, dependiendo del tipo de actuador que se emule, puedan ser representativos. Cuando los emuladores de actuadores emulen sistemas basados en motores, las envolventes encerrarán un motor real, cuya velocidad de giro se controlará desde su propia unidad de procesamiento o tarjeta de adquisición en base a las consignas dadas desde la unidad central.
Los emuladores de fuentes disponen de un sistema de cableado que une los terminales de la cubierta con una unidad de procesamiento con puertos E/S, interfaz de comunicación, y de cursores, pantallas u otros elementos que, dependiendo del tipo de fuente que se emule, puedan ser representativos.
Los emuladores genéricos cuentan con un sistema de cableado que une los terminales de la cubierta con una unidad de procesamiento con puertos E/S, interfaz de comunicación, y con cuantos otros elementos que, dependiendo del tipo de elemento que se emule, puedan ser representativos.
El conjunto unidad de procesamiento de datos, puertos entrada/salida e interfaz de comunicación de los distintos tipos de dispositivos emuladores puede ser implementado mediante sistemas de adquisición de datos comerciales que combinen estas funcionalidades.
En una realización preferente las envolventes de los emuladores de medida constan de dos partes. La primera es una caja soporte para alojar la unidad de procesamiento, puertos E/S, interfaz de comunicación y una matriz de conexiones. La segunda parte es una tapa para dicha caja, dentro de un conjunto de tapas intercambiables, que porta los conectores externos de la envolvente y la pantalla que proceda en función del instrumento de medida emulado, estableciendo las conexiones entre los conectores externos, cursores y pantalla y la matriz de conexiones de la otra pieza; además es capaz de transmitir a la unidad de procesamiento de su envolvente qué tipo de medidor emula. Por ejemplo, la interconexión de los contactos de la matriz puede representar un código binario (reconocido por la unidad central de proceso); o bien se puede implementar un sistema tag que facilite los datos, u otro sistema basado en microprocesador que se interconexione con la envolvente. Así mismo se considera una versión simplificada en la que emule un único medidor por envolvente, pudiendo eliminar del sistema elementos tales como la matriz de conexiones y reducir los costes.
Las envolventes de los emuladores de actuadores constan preferentemente de dos partes. La primera es una caja soporte para alojar la unidad de procesamiento, puertos E/S, un sistema motor (que podrá ser ocultado o eliminado en el caso de emular un transformador, una luminaria, etc.), interfaz de comunicación y una matriz de conexiones. La segunda parte es una tapa para dicha caja, dentro de un conjunto de tapas intercambiables, que porta los conectores externos de la envolvente en función del actuador emulado, estableciendo las conexiones entre los conectores externos y la matriz de conexiones de la primera pieza; además es capaz de transmitir a la unidad de procesamiento de su envolvente qué tipo de actuador emula. Así mismo se considera una versión simplificada en la que emule un único actuador por envolvente, pudiendo eliminar del sistema elementos tales como la matriz de conexiones (y la parte motora si procede) y reducir los costes.
Las envolventes de los emuladores de fuentes constan preferentemente de dos partes. La primera es una caja soporte para alojar la unidad de procesamiento y puertos E/S, puertos analógicos, interfaz de comunicación y una matriz de conexiones. La segunda parte es una tapa para dicha caja, dentro de un conjunto de tapas intercambiables, que porta los conectores externos de la envolvente (en función del tipo de fuente que se pretenda emular) y cursores (en el caso que el elemento emulado sea una fuente variable); además será capaz de transmitir a la unidad de procesamiento de su envolvente qué tipo de fuente emula. Así mismo se considera una versión simplificada en la que emule un único elemento por envolvente, pudiendo eliminar del sistema elementos tales como la matriz de conexiones y abaratar los costes.
Las envolventes de los emuladores genéricos constan de dos partes. La primera es una caja soporte para alojar la unidad de procesamiento y puertos E/S, puertos analógicos, interfaz de comunicación y una matriz de conexiones. La segunda parte es una tapa para dicha caja, dentro de un conjunto de tapas intercambiables, que porta los conectores externos de la envolvente en función del elemento emulado, estableciendo las conexiones entre los conectores externos y la matriz de conexiones de la otra pieza; además será capaz de transmitir a la unidad de procesamiento de su envolvente qué tipo de elemento emula. Así mismo se considera una versión simplificada en la que emule un único elemento por envolvente, pudiendo eliminar del sistema elementos tales como la matriz de conexiones y abaratar los costes.
Por tanto, la presente invención permite al usuario montar circuitos eléctricos con cableado y dispositivos emuladores de manera similar a como lo haría en un laboratorio, de forma que automáticamente el sistema detecta el conexionado del circuito y la configuración de los dispositivos emuladores configurables (e.g. escalas o tipo de medida en un polímetro emulado, valor de la resistencia en un reóstato emulado) y actualice el estado (por ejemplo, para voltímetros y amperímetros emulados) y posición (por ejemplo, para motores y actuadores emulados) de cada dispositivo emulador en función de la información recogida (conexionado de los elementos, tipo de elementos y configuración de los mismos).
La presente invención proporciona las siguientes ventajas:
-
Reducción de costes: Esto es posible gracias a que todos los cálculos se centralizan, se realizan en la unidad central de proceso por software, de forma que los dispositivos emuladores son muy sencillos y económicos. Los dispositivos emuladores sólo necesitan una unidad de E/S para comunicación con la unidad central y una unidad de procesamiento de datos (un microcontrolador, por ejemplo), además de algún elemento básico adicional (pantalla, cursor, ... ) en función del tipo de dispositivo emulador que se trate. Así, un polímetro emulado es mucho más sencillo y económico que un polímetro real, el cual tendría circuitería interna para realizar los cálculos.
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Flexibilidad: Al disponer de tapas intercambiables, un mismo dispositivo emulador podría funcionar como distintos tipos de elementos electrónicos, sólo habría que cambiar la tapa y colocar la adecuada.
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Independencia del alumno: Al permitir que los alumnos puedan llegar a realizar prácticas de forma autónoma, con la ayuda guiada por la presente invención.
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Optimización de los medios: Al ampliar la autonomía del alumno en la ejecución de las prácticas, permite que este pueda realizar las mismas dentro de horarios en los que el profesor no está disponible.
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Ayuda al alumno: No sólo al indicarle la fuente de los posibles errores del cableado, sino también al permitir obtener de forma automática partes de los informes de prácticas.
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Ayuda al profesor: Al automatizar los registros de errores cometidos por los alumnos así como la generación de historiales de ejecución de prácticas.
Seguridad: Se reducen las averías que pueden sufrir los materiales así como los accidentes que pueden ocurrir, dado que los materiales de emulación permiten trabajar con valores de seguridad tanto para las personas como para los materiales.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 representa un esquema básico.
La Figura 2 representa la envolvente de un dispositivo emulador y diferentes tapas para emular diferentes medidores.
La Figura 3 representa de manera esquemática los componentes de un dispositivo emulador.
Descripción detallada de la invención Tal y como se muestra en la Figura 1, que representa un esquema básico de la presente invención, el sistema emulador virtual de prácticas eléctricas comprende una unidad de control o unidad central de proceso 100 (por ejemplo, un PC o cualquier sistema con medios de procesamiento de datos susceptible de implementar programación e interactuar con el usuario), un bus de comunicaciones 102 Y una pluralidad de dispositivos emuladores 103 encargados de emular a un componente eléctrico determinado. Los dispositivos emuladores 103 están conectados a la unidad central 101 mediante el bus de comunicaciones 102. A su vez, los dispositivos emuladores 103 están unidos entre sí mediante cableado (cables de conexión 104), a través de los conectores o terminales de conexión 105, de manera similar a como estarían si fueran componentes reales.
En una realización preferida los dispositivos emuladores 103 disponen de envolventes
o cubiertas con un aspecto similar a los aparatos de medida, fuentes de alimentación, actuadores u otros componentes electrónicos empleados en las prácticas docentes/formativas de máquinas, circuitos eléctricos, electrotecnia, metrotecnia y/o cualquier otra materia susceptible de realizar prácticas en laboratorios en las que se debe implementar un montaje de un circuito o esquema eléctrico (entendiendo como circuito el conexionado de elementos, ya sean eléctricos, electrónicos, electromecánicos, etc.) y/o unas medidas eléctricas. En la Figura 2 se representa una cubierta 200 para emular medidores y diferentes tapas 202 para emular diferentes medidores (amperímetro, voltímetro, polímetro).
Cada una de las cubiertas 200 da acceso a los terminales de conexión 105, visualizadores y elementos de configuración software y hardware de los elementos a los que represente; además podrá ser identificada con un número para evitar duplicidades y otros problemas de identidad.
Cada cubierta 200 contará con un acceso al bus de comunicaciones 102 que permite transferir a la unidad central 100 la información necesaria para realizar cálculos y extraer conclusiones; así mismo, empleará toda aquella información para actualizar los sistemas de actuación y visualización, y/o cambiar el régimen de trabajo de los dispositivos emuladores 103.
En el caso de que una misma cubierta 200 pueda ser susceptible de emular varios aparatos (mediante el intercambio de la tapa 202 de la cubierta) el elemento intercambiable transfiere la información relativa a qué aparato emula al sistema programable de su interior. Para ello se puede asociar un código digital a cada aparato y modelo; de forma que, por ejemplo, un voltímetro analógico y uno digital tengan distintos códigos. Así mismo, también se pueden asociar distintos códigos cuando los aparatos (por ejemplo voltímetros digitales) implementen distintas escalas, dígitos de representación o cualquier otra característica diferencial asociada al aspecto.
El sistema en conjunto tiene por objeto que el usuario o alumno realice el cableado de una de las prácticas implementadas en el diseño, utilizando los conectores y cables de conexión 104 que usualmente utiliza en los laboratorios reales y los dispositivos emuladores 103 correspondientes a la práctica. Posteriormente la unidad central 100 verifica que el cableado es correcto. En caso de no serlo se emite una alarma al montador del esquema, para que éste sea consciente de su error y, si este puede ser identificado en la base de datos, se emite un mensaje que ayude a localizarlo y solventarlo. En caso de un montaje correcto el sistema puede indicar un aviso de que el montaje es correcto y que el usuario puede iniciar la realización de práctica.
Durante el proceso de realización de la práctica el operador actúa sobre los cursores de las fuentes de alimentación o cualquier otro tipo de regulador que pudiese fijar los puntos de funcionamiento que deban ser implementados en la práctica. En base a los valores anteriores el sistema indica a cada elemento de medida cuál es el valor que debe visualizar y a cada actuador el punto de funcionamiento en que se debe situar. Este proceso se puede repetirse tantas veces como sea necesario para implementar la práctica.
En paralelo al proceso anterior el sistema registra los valores indicados por los emuladores de instrumentos y las características de los puntos de funcionamiento. Finalizada la práctica la unidad central 100 almacena los valores y/o los envía
mediante red de comunicación al gestor del sistema (por ejemplo, un profesor
encargado de la práctica).
Una pantalla de visualización 106 (que puede formar parte de la propia unidad central 100 o ser un elemento ajeno) sirve al usuario o alumno como elemento fundamental de interactuación y tutelado. El alumno dispone de cables de conexión 104 para el conexionado de los elementos (por ejemplo, conectores tipo banana como los existentes en los laboratorios docentes). También dispone de dispositivos emuladores 103 que emulan aparatos de medida, actuadores, fuentes y elementos genéricos (como resistencias, condensadores, inductancias, transistores, etc.). El alumno dispone del bus de comunicaciones 102 al que conectar los distintos dispositivos emuladores 103.
En primer lugar el usuario o alumno seleccionará una de las prácticas que estén diseñadas por el profesor. Una vez seleccionada la práctica el usuario puede ver en la pantalla 106 un resumen del guión de la práctica, indicando los dispositivos emuladores a utilizar, la configuración de los mismos (en caso de necesitarlo o poder atender a múltiples funcionalidades), así como del diagrama de conexión entre los mismos. Tras facilitar esta información la unidad central 100 invita al usuario a realizar el montaje asociado a la práctica; y cuando el usuario confirma la finalización del montaje capta y verifica la información del conexionado (o "netlist") del montaje final con el patrón que tenga a tal efecto en la base de datos.
Para generar la información del conexionado ejecutado por el usuario el sistema configura todos los terminales de conexión 1 05 del montaje como entradas, a excepción de una de un único conector (que actuará como salida). La unidad central 100 indica qué terminal de conexión 105 y de qué dispositivo emulador 103 es el que debe actuar como salida, y dicho dispositivo emulador 1 03 fijará tal salida a un nivel contrario al que se marque en las entradas como nivel de desconexión. Posteriormente la unidad de control solicita a todos los dispositivos emuladores 1 03 la lectura de cada uno de sus terminales de conexión 1 05 (por ejemplo, lectura del nivel de tensión), verificando así a dónde se ha cableado el terminal indicado. El proceso se repite hasta que todos los terminales de conexión 105 de todos los dispositivos emuladores 103 (de uno en uno y no de forma simultánea) hayan sido configurados como salida. Posteriormente la información es filtrada para eliminar la información de
conexiones redundantes, contándose así con la información del conexionado
correspondiente al montaje.
Si el proceso de verificación de la información del conexionado generase un error el programa contrasta dicha información del conexionado con los que se encuentren como errores frecuentes en la base de datos de la práctica. En caso de coincidencia visualiza cuál es el error cometido y permite que el alumno lo corrija y vuelva a verificar el montaje. De no existir coincidencia entre la información del conexionado erróneo y la existente en la base de datos, únicamente se marca el montaje como erróneo y se espera a que el alumno lo corrija; posteriormente se da la posibilidad de que el profesor o gestor del sistema pueda introducir en la base de datos dicho conexionado erróneo con su problema asociado.
Una vez validado el montaje como correcto, o ya con anterioridad, el alumno establece los puntos de operación. Durante este proceso la unidad central 100 solicita cíclicamente los puntos de operación en que estén fijados los mandos de regulación de los diferentes elementos. Para ello cada regulador puede estar conectado a la unidad de procesamiento interna del dispositivo emulador, recibiendo ésta la información del regulador y transmitiéndoselo a la unidad central 100 vía el bus de comunicaciones 102. En base a dichas lecturas evalúa los puntos de operación de los distintos actuadores y se los envía a los mismos para que se sitúen en ellos o visualicen consignas/medidas, según proceda. Cuando el alumno lo indique, la consola principal del sistema guarda todos los valores de regulación, consignas y actuación, para poder facilitárselos tanto al alumno como al profesor.
La Figura 3 representa de manera esquemática los componentes de un dispositivo emulador 103 de medida, en concreto de un amperímetro analógico, según se muestra en la tapa 202. Mediante los contactos 302 de la matriz de contactos 300 se genera un código binario (en base a conexión a niveles altos o bajos de tensión) para identificar el tipo de emulador, normalmente decidido en función de la tapa 202 elegida. Este código binario es como un código de barras, permite establecer una relación biunívoca entre el emulador y sus características. Por otro lado, mediante unos segundos conectores 306 se establece la conexión entre los medios de procesamiento de datos 308 (Le. la CPU) del dispositivo emulador con la tapa 202 para transmitirse información (por ejemplo, información de pantalla, cursores, borneros, etc.).
De todos los conectores el único que se exterioriza es el conector 304 para el bus de comunicaciones 102 y para la alimentación del dispositivo emulador 103 (aunque la alimentación de cada dispositivo podría ser interna, mediante baterías, lo óptimo es emplear el mismo bus de comunicaciones también para alimentación). Si el emulador se implementa en base a una tarjeta de adquisición de datos USB, dicho conector 304 será el correspondiente a la exteriorización del propio USB.
Los valores guardados en cada práctica podrán ser accesibles por el profesor e imprimibles tanto por el profesor como por los alumnos, facilitando así la creación y corrección de memorias o informes de las prácticas.
El principio de funcionamiento del sistema se basa en la captura de datos, comunicación, procesado de datos y sistemas de actuación eléctricos.
Mediante cualquier sistema existente de captura de datos analógicos y/o digitales se determinan tanto los circuitos de conexionado de los distintos elementos como los puntos de trabajo de aquellos elementos configurables. Para ello, secuencialmente, cada una de los conectores (entrada/salida) genera una señal y el resto miden la señal que llega; además se lee la posición de los conmutadores y otros sistemas de configuración de las fuentes, medidores y actuadores.
La información, fruto del proceso descrito en el párrafo anterior se transmite a la unidad central 100. Dicha unidad central 100 primero procesa la información relativa al conexionado de los elementos y extrae el circuito realmente implementado por el alumno. De este modo se puede establecer una comparación entre el circuito implementado y el que debería haberlo sido, obteniendo conclusiones sobre los posibles errores de ejecución y actuando en consecuencia.
Posteriormente, cuando el alumno haya implementado correctamente el circuito de la práctica el proceso a seguir es la lectura cíclica de los elementos de regulación de fuentes y polímetros, después de cada ciclo de lectura la unidad central 100 evalúa los valores que deben representar los visualizadores y los puntos de funcionamiento de los actuadores y los comunica a los elementos implicados para que procedan en consecuencia. De este modo el alumno verá exteriorizados, en las pantallas de los
dispositivos emuladores correspondientes, los resultados que hubiera obtenido en una
práctica ejecutada con un sistema real.
La unidad central 100 también puede disponer de herramientas que faciliten tanto la 5 ejecución de la práctica como la elaboración de informes asociados, visualizando informaciones de ayudas y guardando registros de medidas y puntos de actuación.
Otra de las funcionalidades asociadas a la unidad central 100 de proceso es la de crear registros que proporcionan información al tutor sobre el desarrollo de la 10 ejecución práctica.
Tanto los datos registrados por los alumnos como los registrados para el seguimiento de la práctica por parte del tutor pueden ser impresos, visualizados y/o enviados telemática mente.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema emulador virtual de prácticas eléctricas, caracterizado por que comprende: -una unidad central de proceso (100); -una pluralidad de cables de conexión (104) encargados de la conexión de
    dispositivos emuladores (103) para establecer un circuito eléctrico emulado;
    -
    una pluralidad de dispositivos emuladores (103) de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos, con medios de procesamiento de datos (308), medios de comunicación preparados para comunicarse con la unidad central (100), y terminales de conexión (105) preparados para recibir los cables de conexión (104), disponiendo cada dispositivo emulador (103) de información relativa al tipo particular de dispositivo o componente que emula y su configuración concreta;
    donde la unidad central (100) está configurada para:
    obtener la información del conexionado de los dispositivos emuladores (103) en el circuito eléctrico emulado mediante el envío de instrucciones a dichos dispositivos emuladores (103) relativas a la configuración y generación de señales de sus terminales de conexión (105) y la recepción y evaluación de lecturas de sus terminales de conexión (105) realizadas por los dispositivos emuladores (103);
    obtener de cada dispositivo emulador (103) el tipo particular de dispositivo o componente que emula, con su configuración concreta;
    en base a la información del conexionado y al tipo y configuración de los dispositivos emuladores (103), evaluar los puntos de operación de aquellos dispositivos emuladores (103) que actúan como elementos medidores o actuadores y enviar a dichos dispositivos emuladores (103) instrucciones de consigna para representar o situarse en, según corresponda, dicho punto de operación.
  2. 2.-Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un bus de comunicaciones (102) para la comunicación por cable entre la unidad de control (100) Y los dispositivos emuladores (103).
  3. 3.-Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para obtener la información del conexionado la unidad central (100) está configurada para secuencialmente establecer uno a uno los terminales de conexión (105) como salida, manteniéndose el resto como entradas, y obtener la lectura de los terminales de conexión (105) en cada secuencia.
  4. 4.-Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los dispositivos emuladores (103), que son configurables, disponen de medios de regulación, y por que la configuración concreta de dichos dispositivos emuladores
    (103) configurables es obtenida mediante lectura de los medios de regulación.
  5. 5.-Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los dispositivos emuladores (103) se seleccionan de entre los siguientes: emuladores de medida, emuladores de actuadores, emuladores de fuentes y emuladores de componentes eléctricos genéricos.
  6. 6.-Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un dispositivo emulador (103) comprende una cubierta (200) con una tapa
    (202) intercambiable, la cual dispone de información relativa al tipo de dispositivo emulador.
  7. 7.-Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende medios de visualización (106), estando la unidad central (106) configurada para visualizar, en dichos medios de visualización (106), información relativa a la realización de la práctica eléctrica, incluyendo errores en el conexionado de los dispositivos emuladores (103) y/o datos relativos a medidas y configuración de los mismos.
  8. 8.-Procedimiento emulador virtual de prácticas eléctricas, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
    -
    establecer un circuito eléctrico emulado conectando, mediante una pluralidad de cables de conexión (104), terminales de conexión (105) de una pluralidad de dispositivos emuladores (103) de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos, y/o electromecánicos, disponiendo cada dispositivo emulador (103) de información relativa al tipo particular de dispositivo o componente que emula y su configuración concreta;
    -
    obtener la información del conexionado de los dispositivos emuladores (103) en el circuito eléctrico emulado mediante el envío de instrucciones a dichos dispositivos emuladores (103) relativas a la configuración y generación de señales de sus terminales de conexión (105) y la recepción y evaluación de lecturas de sus terminales de conexión (105) realizadas por los dispositivos emuladores (103);
    -
    obtener de cada dispositivo emulador (103) el tipo particular de dispositivo o componente que emula, con su configuración concreta;
    -
    evaluar en base a la información del conexionado y al tipo y configuración de los dispositivos emuladores (103), los puntos de operación de aquellos dispositivos emuladores (103) que actúan como elementos medidores o actuadores y enviar a dichos dispositivos emuladores (103) instrucciones de consigna para representar o situarse en, según corresponda, dicho punto de operación.
  9. 9.-Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que la etapa de obtención de la información del conexionado comprende secuencialmente configurar uno a uno los terminales de conexión (105) como salida, manteniéndose el resto como entradas, y obtener la lectura de los terminales de conexión (105) en cada secuencia.
  10. 10. Dispositivo emulador de componentes de circuitos eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos para prácticas eléctricas, caracterizado por que dicho dispositivo emulador (103) comprende:
    -
    terminales de conexión (105) preparados para recibir cables de conexión
    (104) para su conexión con otros dispositivos emuladores (103); -medios de comunicación preparados para comunicarse con una unidad central (100) externa;
    -
    medios de procesamiento de datos (308) con acceso a información relativa al tipo particular de dispositivo o componente que emula y su configuración concreta, estando dichos medios de procesamiento de datos configurados para:
    •
    ante una instrucción de configuración recibida de la unidad central (100), oportunamente configurar y generar señales en sus terminales de conexión (105);
    •
    ante una instrucción de lectura de terminales recibida de la unidad central (100), obtener y enviar a dicha unidad central (100) la lectura de sus terminales de conexión (105);
    •
    ante una instrucción de lectura de tipo de dispositivo emulador recibida de la unidad central (100), obtener y enviar a dicha unidad central (100) el tipo particular de dispositivo o componente que emula, con su configuración concreta.
  11. 11.
    Dispositivo emulador según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una cubierta (200) con una tapa (202) intercambiable, la cual dispone de información relativa al tipo de dispositivo emulador.
  12. 12.
    Dispositivo emulador según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado por que se trata de un dispositivo emulador configurable mediante medios de regulación, y donde los medios de procesamiento de datos están configurados para obtener la configuración concreta del dispositivo emulador (103)
    10 mediante lectura de los medios de regulación .
  13. 13. Dispositivo emulador según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que se trata de un dispositivo emulador de medida que dispone de medios de visualización, y donde los medios de procesamiento de datos están
    15 configurados para representar en dichos medios de visualización el punto de operación especificado en una instrucción de consigna recibida de la unidad central
    (100) externa.
  14. 14. Dispositivo emulador según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12,
    20 caracterizado por que se trata de un dispositivo emulador de actuador que dispone de medios de actuación, y donde los medios de procesamiento de datos están configurados para activar dichos medios de actuación según el punto de operación especificado en una instrucción de consigna recibida de la unidad central (100) externa.
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