PIANO DI LAVORO Per l'anno scolastico 2015/2016 della classe 5ª F
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1 ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO E. MAJORANA Via Marigliano, Largo S. Sossio Tel Somma Vesuviana - (Napoli) PIANO DI LAVORO Per l'anno scolastico 2015/2016 della classe 5ª F Materia TECNOLOGIA E PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI ED ELETTRONICI Prof. Ing. AMELIA Angelo 1
2 1. Livelli di partenza La classe è composta da 15 allievi tutti provenienti (si omette per tutela della privacy). 2. Obiettivi formativi della disciplina 2.1 Generalità Il docente di Tecnologia e progettazione di sistemi elettrici ed elettronici concorre a far conseguire allo studente, al termine del percorso quinquennale, i seguenti risultati di apprendimento relativi al profilo educativo, culturale e professionale: Ø utilizzare, in contesti di ricerca applicata, procedure e tecniche per trovare soluzioni innovative e migliorative, in relazione ai campi di propria competenza; Ø cogliere l importanza dell orientamento al risultato, del lavoro per obiettivi e della necessità di assumere responsabilità nel rispetto dell etica e della deontologia professionale; Ø riconoscere gli aspetti di efficacia, efficienza e qualità nella propria attività lavorativa; saper interpretare il proprio autonomo ruolo nel lavoro di gruppo; essere consapevole del valore sociale della propria attività, partecipando attivamente alla vita civile e culturale a livello locale, nazionale e comunitario; Ø riconoscere e applicare i principi dell organizzazione, della gestione e del controllo dei diversi processi produttivi; analizzare criticamente il contributo apportato dalla scienza e dalla tecnologia allo sviluppo dei saperi e al cambiamento delle condizioni di vita; Ø riconoscere le implicazioni etiche, sociali, scientifiche, produttive, economiche e ambientali dell innovazione tecnologica e delle sue applicazioni industriale; Ø orientarsi nella normativa che disciplina i processi produttivi del settore di riferimento, con particolare attenzione sia alla sicurezza sui luoghi di vita e di lavoro sia alla tutela dell ambiente e del territorio. I risultati di apprendimento sopra riportati, in esito al percorso quinquennale, costituiscono il riferimento delle attività didattiche della disciplina nel secondo biennio e quinto anno. La disciplina, nell ambito della programmazione del Consiglio di classe, concorre in particolare al raggiungimento dei seguenti risultati di apprendimento, relativi all indirizzo, espressi in termini di competenza: CompTP1 CompTP2 CompTP3 CompTP4 CompTP5 COMPETENZE utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche, controlli e collaudi gestire progetti gestire processi produttivi correlati a funzioni aziendali analizzare il valore, i limiti e i rischi delle varie soluzioni tecniche per la vita sociale e culturale con particolare attenzione alla sicurezza nei luoghi di vita e di lavoro, alla tutela della persona, dell ambiente e del territorio redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo relative a situazioni professionali 2.2 Articolazione della disciplina in termini di conoscenze e abilità per il quinto anno. QUINTO ANNO 2
3 CONOSCENZE Sistemi automatici di acquisizione dati e di misura. Trasduttori di misura. Linguaggi di programmazione visuale per l acquisizione dati. Controllo sperimentale del funzionamento di prototipi. Circuiti e dispositivi di controllo e di interfacciamento. Tecniche di trasmissione dati. Generatori e convertitori di segnale. Utilizzo dei componenti integrati all interno del microcontrollore. Comunicazione tra sistemi programmabili. Componenti della elettronica di potenza. Le competenze dei responsabili della sicurezza nei vari ambiti di lavoro. Obblighi e compiti delle figure preposte alla prevenzione. Obblighi per la sicurezza dei lavoratori. Problematiche connesse con lo smaltimento dei rifiuti. Impatto ambientale dei sistemi produttivi e degli impianti del settore di competenza. Certificazione di qualità del prodotto e del processo di produzione. Tecniche operative per la realizzazione e il controllo del progetto. Tecniche di documentazione. Tecniche di collaudo. Contratti di lavoro ed contratti assicurativi. Principi di organizzazione aziendale. Analisi dei costi. Software applicativi per il calcolo del costo di produzione ed industrializzazione del prodotto. Principi generali del marketing. Norme ISO. Controllo di qualità. Manutenzione ordinaria e di primo intervento. ABILITA Utilizzare e progettare dispositivi amplificatori discreti, di segnale e di potenza, circuiti per la generazione e per la trasformazione dei segnali periodici e non periodici e per l acquisizione dati. Risolvere problemi di interfacciamento. Identificare guasti e malfunzionamenti nei circuiti (Troubleshooting). Utilizzare programmi applicativi per il monitoraggio ed il collaudo di sistemi elettronici. Utilizzare strumenti di misura virtuali. 3
4 Adottare procedure di misura normalizzate. Redigere relazioni tecniche e documentazione di progetto secondo gli standard e la normativa di settore. Applicare i principi di interfacciamento tra dispositivi elettrici. Applicare i principi della trasmissione dati. Analizzare e valutare un processo produttivo in relazione ai costi e agli aspetti economico-sociali della sicurezza. Individuare, analizzare e affrontare le problematiche ambientali e le soluzioni tecnologiche per la gestione dei processi, nel rispetto delle normative nazionali e comunitarie di tutela dell ambiente con particolare riferimento alle problematiche ambientali connesse allo smaltimento dei rifiuti dei processi. Analizzare e valutare l utilizzo delle risorse energetiche in relazione agli aspetti economici e all impatto ambientale, con particolare riferimento all L.C.A. (Life Cycle Analysis). Identificare i criteri per la certificazione di qualità. Applicare la normativa sulla sicurezza a casi concreti relativamente al settore di competenza. Collaborare alla redazione del piano per la sicurezza. Gestire lo sviluppo e il controllo del progetto, anche mediante l utilizzo di strumenti software, tenendo conto delle specifiche da soddisfare. Misurare gli avanzamenti della produzione. Individuare gli elementi essenziali per la realizzazione di un manuale tecnico. Verificare la rispondenza di un progetto alla sue specifiche. Individuare e utilizzare metodi e strumenti per effettuare test di valutazione del prodotto. Identificare ed applicare le procedure per i collaudi di un prototipo ed effettuare le necessarie correzioni e integrazioni. Individuare gli elementi fondamentali dei contratti di tipo assicurativo e di lavoro. analizzare e rappresentare l organizzazione di un processo produttivo complesso, attraverso lo studio dei suoi componenti. Valutare i costi di un processo di produzione e industrializzazione del prodotto, anche con l utilizzo di software applicativi. Individuare e definire la tipologia dei prodotti del settore in funzione delle esigenze del mercato e gli aspetti relativi alla loro realizzazione. Individuare i principi del marketing nel settore di riferimento. Riconoscere il legame tra le strategie aziendali e le specifiche esigenze del mercato. Analizzare i principi generali della teoria della qualità totale e identificarne le norme di riferimento. Documentare gli aspetti tecnici, organizzativi ed economici delle attività, con particolare riferimento ai sistemi di qualità secondo le norme di settore. Identificare le procedure relative alla certificazione dei processi. Descrivere i sistemi di acquisizione e di trasmissione dati. Identificare le caratteristiche funzionali di controllori a logica programmabile (PLC e icrocontrollori). Sviluppare programmi applicativi per il monitoraggio e il controllo di semplici sistemi. Illustrare gli aspetti generali e le applicazioni dell automazione industriale in riferimento alle tecnologie elettriche, elettroniche, pneumatiche e oleodinamiche. Applicare i metodi per l analisi dei sistemi di controllo. 4
5 Utilizzare i software dedicati per l analisi dei controlli e la simulazione del sistema controllato. Sviluppare sistemi robotizzati. Sviluppare programmi applicativi per il monitoraggio ed il controllo di sistemi automatici. 3. Descrizione dei contenuti La formulazione del programma dell'insegnamento, valutando lo stato di partenza della classe, è stata effettuata organizzandolo prevalentemente per blocchi tematici. In generale i blocchi saranno svolti in modo sequenziale, solo alcuni saranno svolti in modo trasversale ossia contemporaneamente agli altri blocchi. 4. Metodi e tecniche d'insegnamento L'insegnamento di Tecnologia e progettazione dei sistemi elettrici ed elettronici sarà svolto associando le seguenti metodologie: Ø lezione frontale; Ø consultazione e studio guidato del libro di testo e dei data sheet; Ø esercitazione alla lavagna; Ø esercitazione di gruppo in classe; Ø esperienze pratiche di laboratorio; Ø analisi di casi pratici e professionali; Ø sviluppo di progetti. 5. Utilizzo dei libri di testo e dei sussidi didattici Nell'insegnamento di TP dei SEE ci si servirà di libri e/o appunti che saranno di volta in volta elaborati. Sussidio fondamentale è il laboratorio insieme alla componentistica, alla strumentazione ed al supporto informatico hardware e software in esso contenuto. Gli studenti dovranno avere inoltre un loro quaderno per prendere appunti durante la lezione in aula ed in laboratorio. 6. Strumenti di verifica e valutazione. L insegnamento di Tecnologie e progettazione dei sistemi elettrici ed elettronici prevede al primo trimestre tre valutazioni: grafico, orale e pratico, a tal uopo si attueranno le seguenti specifiche verifiche: voto scritto orale pratico Tipo di verifica Scritto progettuale quesiti a risposta singola e multipla Verifica orale esercizio individuale quesiti a risposta aperta e multipla Prove pratiche di laboratorio relazioni scritte - relazioni multimediali Al termine dell anno scolastico sarà dato un voto sommativo di tutti e tre gli aspetti della disciplina. 5
6 I voti saranno dati tenendo presente la partecipazione, le capacità, le conoscenze e le competenze acquisite dall'allievo, in particolare si seguirà la seguente tabella: Voto Capacità - Conoscenze - Competenze L'allievo non ha mai partecipato al dialogo educativo, estraniandosi completamente pertanto non ha acquisito nessuna capacità, conoscenza e competenza. L'allievo ha mostrato pochissimo interesse per la disciplina, conosce a malapena solo nominalmente gli argomenti trattati ed in pratica non ha acquisito nessuna delle competenze. L'allievo si è impegnato saltuariamente. Ha acquisito solo alcune conoscenze e le esprime con un linguaggio scorretto. Non è autonomo, e, anche se aiutato, riesce pochissimo nelle competenze. L'allievo si è impegnato saltuariamente. Ha acquisito parte delle conoscenze ma il linguaggio non sempre è corretto. Ha acquisito alcune competenze ma ad un livello ancora non autonomo. Ha scarse capacità di sintesi e di documentazione del lavoro svolto. L'allievo si impegna saltuariamente. Ha acquisito parte delle conoscenze però in maniera non approfondita. Il linguaggio è abbastanza corretto. Ha acquisito le competenze di base ma non sempre è autonomo. Riesce comunque a documentare e comunicare il lavoro svolto. L'allievo si impegna in modo costante. Ha acquisito le conoscenze e le esprime in maniera sufficientemente corretta. Ha acquisito le competenze di base ed è sufficientemente autonomo. Ha capacità di organizzazione e documenta sufficientemente il lavoro svolto. L'allievo si impegna in modo costante. Ha acquisito le conoscenze di base e le esprime in maniera corretta e con linguaggio appropriato. Ha acquisito tutte le competenze ed è autonomo nella maggior parte di esse. Ha capacità di organizzazione e documenta sufficientemente il lavoro svolto. Ha capacità di sintesi e di rivisitazione dei contenuti appresi in altre discipline. L'allievo si impegna in modo costante. Ha acquisito tutte le conoscenze e le esprime in maniera corretta e con linguaggio appropriato. Ha acquisito tutte le competenze ed è autonomo nella maggior parte di esse. Ha capacità di organizzazione e documenta ad un buon livello il lavoro svolto. Ha capacità di sintesi e di rivisitazione dei contenuti appresi in altre discipline. L'allievo ha sempre partecipato al dialogo educativo. Ha acquisito tutte le conoscenze e le esprime in maniera corretta e con ricchezza di linguaggio. Ha acquisito tutte le competenze ed è autonomo. Ha ottime capacità di organizzazione e documentazione del lavoro svolto. Ha capacità di sintesi e di rivisitazione dei contenuti appresi in altre discipline. Riesce a sistematizzare le diverse conoscenze tecnologiche apprese. L'allievo ha sempre partecipato attivamente al dialogo educativo. Riesce benissimo in qualsiasi attività si svolga ed è completamente autonomo. Le capacità, le conoscenze e le competenze raggiunte sono tutte ad un ottimo livello. Riesce ad affrontare con grossa competenza, nuove situazioni progettuali, trovando soluzioni originali. 7. Programmazione dei contenuti 6
7 Di seguito nella prima tabella sono riportati sinteticamente i blocchi tematici con l indicazione degli obiettivi, delle metodologie, delle monte ore, del periodo di svolgimento e degli strumenti e modi di verifica. Nella successiva tabella per ogni blocco tematico sono riportati in dettaglio i contenuti analitici. BLOCCHI TEMATICI 1 Alimentatori 2 Trasduttori ed attuatori 3 I componenti e le applicazioni di potenza OBIETTIVI Conoscenze: valutazione delle prestazioni degli alimentatori; principio di funzionamento di un alimentatore lineare; principio di funzionamento di un alimentatore a commutazione; Competenze: saper progettare dimensionare e realizzare alimentatori lineari; saper scegliere e dimensionare i dissipatori di calore. Conoscenze: principi di funzionamento dei trasduttori più utilizzati nell automazione industriale. Competenze: saper scegliere i trasduttori adatti in funzione della grandezza da misurare; saper interfacciare i trasduttori con le apparecchiature analogiche e digitali. Conoscenze: principio di funzionamento dei principali dispositivi semiconduttori di potenza; Soluzione delle problematiche relative alla commutazione dei dispositivi di potenza; METODOLOGIE ORE PERIODO lezione frontale; consultazione e studio guidato del libro di testo e dei data sheet; esercitazioni di gruppo in classe; realizzazione di un alimentatore lineare; lezione frontale; consultazione e studio guidato del libro di testo e dei data sheet; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; 25 Da metà settembre a fine ottobre 30 da novembre a gennaio lezione frontale; consultazione e studio guidato del libro di testo e dei data sheet; 20 da febbraio a STRUMENTI E MODI DI VERIFICA verifica orale; esercizio alla lavagna; verifica scritta; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazione finale del progetto; verifica orale; esercizio alla lavagna; verifica scritta; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; verifica orale; esercizio alla lavagna; verifica scritta: risoluzione di reti; 7
8 4 I Microcalcolatori a chip singolo 5 Progettazione dei circuiti stampati e realizzazione di apparecchiature finite. Competenze: saper progettare e dimensionare circuiti che impegano dispositivi di potenza Conoscenze: architettura di un microcontrollore; linguaggio di programmazione a basso livello per i microcontrollori. Competenze: saper analizzare, progettare e realizzare apparecchiature elettroniche basate su sistemi a microcontrollore; Conoscenze: caratteristiche tecniche dei circuiti stampati; Competenze: saper utilizzare un sistema CAD/CAE per la realizzazione dei disegni dei circuiti stampati; saper progettare e realizzare circuiti stampati; saper progettare e realizzare semplici apparecchiature finite. esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; lezione frontale; consultazione e studio guidato del libro di testo e dei data sheet; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; lezione frontale; consultazione e studio guidato del libro di testo e dei data sheet; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; marzo 20 da aprile a maggio 50 da metà ottobre a maggio quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; verifica orale; esercizio alla lavagna; verifica scritta; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; verifica orale; quesiti a risposta singola-multipla; esercitazioni di laboratorio; relazione finale del progetto; 8
9 BLOCCHI TEMATICI 1 Alimentatori 2 Trasduttori ed Attuatori CONTENUTI ANALITICI Alimentatori non stabilizzati; * Alimentatore con raddrizzatori a una semionda e filtro capacitivo; * Alimentatore con raddrizzatore a doppia semionda e filtro capacitivo; I regolatori di tensione lineari a componeti discreti: * Generalità e parametri dei regolatori; * Il regolatore di tensione parallelo a diodo zener, progetto; * Il regolatore di tensione serie a zener e BJT; * Regolatore di tensione a zener BJT e amplificatore operazionale; * Sistemi di protezione; I regolatori di tensione lineari integrati: * Generalità e parametri caratteristici; * I regolatori integrati delle serie 78XX e 79XX. Progetto di un alimentatore duale; * Regolatori di tensione per correnti elevate; * Regolatori integrati con uscita variabile. I regolatori di tensione switching: * Modulazione PWM; * Alimentatori switching; Il dimensionamento dei dissipatori termici I trasduttori: * Classificazione dei trasduttori; Parametri caratteristici dei tasduttori: * Caratteristiche statiche: o Caratteristica di trasferimento; o Campo di lavoro; o Linearità; o Errore di linearità; o Sensibilità; o Risoluzione; o Isteresi; o Ripetibilità; * Caratteristiche dinamiche: o Risposta in frequenza; 9
10 o Tempo di transizione. Trasduttori con uscita a variazione resistiva: * Termmoresistenze; * Termistori NTC e PTC; * Estensimetri a filo; * Estensimetri a semiconduttori; * Fotoresisteri; * Potenziometro come trasduttore di posizione. Trasduttori con uscita in tensione: * Trasduttori piezoelettrici; * Microfono dinamico; * Trasduttori di campo magnetico ad effetto Hall; * Termocoppia; * Celle fotovoltaiche; Trasduttori con uscita in corrente: * Trasduttori di temperatura AD590; * Fotodiodi e fototransistor;. Trasduttori con uscita a variazione reattiva: * Trasduttori di posizione LVDT; * Trasduttore di umidità con uscita capacitiva; * Microfoni a condensatore. Trasduttori di posizione con uscita digitale: * Encoder incrementale; * Encoder assoluto. Trasduttori di velocità e di accelerazione: * Dinamo tachimetrica; * Accelerometri a massa e integrati capacitivi; * Sistemi elettromeccanici MEMS Trasduttori di forza; Trasduttori di pressione; Trasduttori di livello; Trasduttori per misure di flusso; Sensori a fibre ottiche; Sensori sensibili al fumo, ai gas di combustione, alle fiamme; 10
11 Trasduttori piroelettrici; Sensori intelligenti; Il condizionamento dei segnali: * generalità; * Conversioni R - V: o Ponte di Wheatstone; o Ponte di Weatstone con amplificatore operazionale; o Ponte di Weatstone con due trasduttori; o Ponte di Weatstone con quattro trasduttori; * Conversioni I V; * Conversioni L, C V con due monostabili; * Conversioni L, C V mediante oscillatori; * Conversioni C V con ponte in alternata; * Conversioni C V con microfono a condensatore; * L amplificazione e l adattamento del campo dinamico: o Segnale sbilanciato e segnale bilanciato; o Determinazione de guadagno e del valore medio (offset); o Conversioni per la trasmissione a distanza: ü V - f ; ü f V; ü V t (PWM); ü t V (PPM); ü V I e I V; o L isolamento galvanico: ü Gli optoisolatori; ü gli amplificatori d isolamento. Gli attuatori: * generalità; * attuatori acustici: o sirena; o buzzer; o altoparlante magnetodinamico; * attuatori termici; * attuatori per l illuminazione; 11
12 3 I componenti e le applicazioni di potenza * I motori elettrici: o Motori in continua; o Servomotore; o Motore universale; o Motore brushless; o Motori passo-passo; o Motore asincrono trifase. Transistor in commutazione: * Transistor bipolare in commutazione; * Transistor MOS in commutazione; I Tiristori: * Il Diac; * L UJT; * Il PUT, * L SCR o I parametri degli SCR; o Circuiti in alternata con SCR e carico resistivo; o Circuito in alternata con SCR e carico resistivo-induttivo; o I circuiti di comando per SCR; o Il disinnesco degli SCR in continua; o I circuiti di protezione; * Il TRIAC o I parametri dei TRIAC; o Regolazione della potenza alternata sul carico; o Il problema della distorsione; * Opto-SCR e opto-triac; * Il GTO; * Le applicazioni di potenza: o I convertitori CA-CC (raddrizzatori controllati); o I convertitori CC-CA (Inverter); o I convertitori CC-CC (chopper); o I convertitori CA-CA; o L azionamento dei motori passo-passo. 12
13 4 I Microcalcolatori a chip singolo 5 Progettazione dei circuiti stampati Microcalcolatori PIC; Architettura del PIC 16F84A; Porte di I/O del PIC16F84A; Struttura interna del PIC16F84A; Registri della RAM del PIC16F84A; Organizzazione lgica del PIC16F84A: * Modi di indirizzamento; * Le istruzioni; Il Temporizzatore interno del PIC16F84A; Interruzioni; EEPROM dei dati; Watchdog; Reset del microcalcolatore; Ambiente di sviluppo MPLAB IDE; Criteri per la selezione di un microcalcolatore; Metodi di programmazione dei microcontrollori PIC; Microcalcolatore PIC16F628. Circuiti Stampati; Processi di fabbricazione: * Fotoincisione; * Incisione con maschera; * Metodi additivo; Metodi di collaudo; Materiali per la realizzazione: * Supporto isolante; * Strato conduttivo; * prodotti impiegati per l incisione; * tecniche di produzione; * circuiti stampati flessibili; Progettazione e realizzazione dei circuiti stampati: * Sistemi CAD/CAE per la realizzazione dei disegni di fabbricazione; * Utilizzo del software EAGLE PCB Design Software. Somma Vesuviana novembre 2015 Ing. Angelo AMELIA 13
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