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1 1 Desarrollo de un ambiente de diseño y manufactura remota para maquinado de piezas en equipos CNC marca Denford modelo Mirac, usando redes inalámbricas en un entorno industrial Jose L. Bailon C. 1, Christian Ortega O. 2, Manuel Ramírez M. 3 y Luis C. Castro M. 4 Ingeniería en Computación Instituto Politécnico Nacional, ESIME Culhuacán Av. Santa Ana 1000, 04430, D.F., México 1, 2, 3 4 Resumen En este trabajo se describe el desarrollo de un proyecto de conectividad y automatización el cual está orientado a controlar a distancia tres unidades de control numérico ubicadas en el laboratorio de procesos industriales del Cecyt 11 del IPN. El problema principal que se pretende resolver es el retraso en los trabajos de laboratorio de profesores y estudiantes originados principalmente por la falta de conectividad entre el laboratorio de diseño el laboratorio industrial. Esta problemática surge a su vez de que las unidades de control numérico fueron adquiridas antes de que las tecnologías de comunicación fueran integradas en su arquitectura. La solución propuesta está enfocada a resolver en primer lugar los problemas de conectividad entre las unidades y el centro de diseño. La aportación principal del trabajo es desarrollar y resolver el problema que hace la eficiencia en el uso de recursos. Palabras clave conectividad, automatización, control numérico, tecnologías de comunicación. Abstract In this paper describes the development of a project of connectivity and automation which is oriented to control to distance three units of numeric control located in the industrial processes laboratory of Cecyt 11 IPN. The main trouble that is pretended solved is the delay in the works of laboratory of teachers and students, mainly originated for the lack of connectivity between the design laboratory, and the industrial laboratory. This trouble arises all at once of that the units of numeric control were acquired before of that the communication technologies were integrated into it s architecture. The proposed solution is focused to solve in first of all the troubles of connectivity between the units and the design center. The main contribution of this work is develop and solve the trouble that makes the efficiency in the use of resources. Keywords connectivity, automation, numeric control, communication technologies I. INTRODUCCIÓN El Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos No. 11 Wilfrido Massieu Pérez perteneciente al Instituto Politécnico Nacional no cuenta con un servicio de red para la nave de Procesos Industriales, el cual permita el control y automatización desde el laboratorio de diseño hacia el laboratorio industrial el cual contiene maquinas CNC. Actualmente el laboratorio industrial no cuenta con la suficiente capacidad para atender a la población estudiantil de la carrera de Procesos Industriales, lo cual fue necesario diseñar una red inalámbrica, la cual desde un punto único remoto se logre diseñar y fabricar piezas de maquinado, optimizando el número de usuarios para controlar esta máquina, así como el transporte, almacenaje y carga del programa mediante memoria USB hacia la máquina de CNC para no infectar con algún tipo de virus a la computadora de la máquina. El control y automatización de las máquinas CNC se logra a través de redes LAN y WLAN. Para las maquinas del laboratorio industrial fue necesario instalar tarjetas de red PCI Inalámbrica para tener a estas máquinas en red. Después se realizó la instalación de un router, su función es buscar el camino más corto para mandar la información a través de la red y brindar cobertura por medio de señales inalámbricas en este laboratorio. Para el acceso remoto fue necesario instalar cable UTP CAT5 del router hacia el laboratorio de diseño, permitiendo habilitar las computadoras para el control de las maquinas CNC. Para comunicar ambos laboratorios fue necesario utilizar el software TightVNC, este trabaja en modo cliente-servidor. El modo cliente, es necesario ingresar una dirección IP de la máquina de CNC a controlar más un puerto de servidor en donde ambos sistemas se estarán comunicando, este modo estará instalado para las computadoras del laboratorio de diseño. El modo servidor, ofrece el control de usuarios para trabajar en la máquina sin afectar el proceso de maquinado de la misma brindando seguridad a los sistemas, este modo estará instalado para las máquinas de CNC. II. REDES DE DATOS Las redes de datos nacieron por la necesidad de transmitir información, para modificar y actualizar de manera rápida y eficaz. Antes de que existieran las redes de datos se tenían que utilizar medios de almacenamiento de información y

2 precisamente el desplazamiento de este medio lo hacía más complejo. Debido a estos problemas que se generaban se llegó a la necesidad de desarrollar estándares para las tecnologías networking, estas trajeron tres soluciones principales 1. Compartir información Compartir hardware y software Administración y soporte centralizado 2.1.1WLAN Este tipo de red conecta a los ordenadores de forma inalámbrica, utilizando ondas de radio para enviar la información desde un punto a otro sin la necesidad de un medio físico. 2.2 WIFI La Wifi es la principal tecnología con la cual trabaja las redes WLAN. Permite al dispositivo electrónico transmitir datos o conectarse a Internet, usando ondas de radio sin la necesidad de usar cables ofreciendo una velocidad de 54 Mbps, su rango de frecuencia de transmisión está basada en las diferentes versiones de este tipo de tecnología LAN Este tipo de red conecta a los ordenadores en un área relativamente pequeña y especifica por medio de sistemas de cableado. Pueden conectarse entre ellas utilizando líneas telefónicas y ondas de radio. III. COMUNICACIÓN DE LOS LABORATORIOS Para establecer una comunicación en ambos laboratorios, se requirió de una tarjeta de red con tecnología Wifi la cual está instalada en cada máquina CNC, un Access Point (AP), un switch y un servidor (PC). En la figura 1 se presenta el diagrama a bloques, ofreciendo la comunicación de ambos laboratorios. Posteriormente se dará una breve explicación de cómo se comunicara cada equipo en el sistema. 2 Switch: Realiza la conexión desde el sistema maestro hacia el AP de forma alámbrica. El laboratorio de diseño cuenta con paneles de conexión RJ45, cada terminal será habilitada por medio de una VLAN, para establecer una comunicación confiable. Sistema maestro: Recibe la información obtenida de los sistemas esclavos. El AP almacenara la información sistema maestro (PC) y será retransmitida hacia el sistema esclavo. IV. METODOLOGÍA El sistema trabaja con una aplicación llamada TightVNC. Utiliza la codificación más estricta para situar las demandas más bajas en la red de comunicación. Ofrece dos modos de conexión, el modo cliente y el modo servidor. El modo cliente se encargara de realizar la comunicación hacia el laboratorio industrial, el cual realiza una conexión por medio de topología lógica, conocida como host. Se captura la dirección IP de la computadora de la máquina de CNC más un puerto del servidor principal para realizar el acceso remoto hacia la maquina CNC para su control. El modo servidor se encargara de recibir la información desde el laboratorio de diseño, para el control de las computadoras de las maquinas CNC por medio de acceso remoto iniciado desde el host, de igual manera brinda una seguridad en la que el servidor estará protegido mediante una contraseña. Posteriormente ofrece el control de usuarios el cual si uno de ellos está trabajando con una de las maquinas, y otro usuario desea trabajar en la misma máquina, el mismo programa dará privilegios al primer usuario que ingreso anteriormente sin afectar el proceso de maquinado que se está ejecutando. Para los usuarios, el servicio de red cuenta con una seguridad de tipo WPA2-PSK, el cual utiliza el algoritmo de encripcion CCMP (Counter mode/cbc-mac Protocol) basado en AES (Advanced Encryption System) que sirve para el encapsulamiento de datos diseñado para la confidencialidad, soporta una clave hasta 63 caracteres y es mucho más seguro que el protocolo WEP (Wired Equivalent Privacy). El equipo de comunicación trabaja con antenas inalámbricas, el cual utiliza una antena tipo omnidireccional, la cual ofrece una radiación de señal a 360 por lo que es posible establecer una comunicación independiente del punto en el que se esté. La comunicación sistema maestro/sistema esclavo opera bajo el protocolo n, el cual brinda una mejor velocidad de transmisión mayor a sus versiones anteriores agregando tecnología MIMO (Multiple-Input Multiple Output) para mejorar el desempeño del sistema permitiendo incrementar el tráfico de datos. Figura 1. Diagrama a bloques de sistema. CNC (Control Numérico Computalizado): Al tener instalada y configurada la tarjeta de red Wifi en la máquina, esta misma estará trabajando en red, para establecer una comunicación con el sistema maestro. Access Point (AP): Realiza la conexión entre la maquina CNC (sistema esclavo) al sistema maestro (PC) brindando cobertura en el laboratorio industrial por medio de señales inalámbricas. V. SOLICITUD DE DIRECCION IP El primer paso para la solicitud de dirección IP para comunicar a la maquina CNC del laboratorio industrial, el usuario debe abrir el programa TightVNC Viewer para el modo cliente. Después de ejecutar el programa, deberá ingresar la dirección IP en la casilla de Remote Host más el puerto del servidor principal. Posteriormente le dará click en el botón Connect para realizar la comunicación por acceso remoto. Al final el usuario podrá visualizar el escritorio de la computadora de la maquina CNC en la que podrá controlar en su totalidad para los procesos de maquinado que esta realizara. El programa cuenta con el botón Options para mejorar la visualización del escritorio remoto, como por ejemplo si el usuario desea ver la pantalla en forma completa como la calidad de imagen.

3 3 En la figura 2 se pueden apreciar la ventana TightVNC Viewer en la cual estará instalada en los sistemas maestro para el control del sistema esclavo. Figura 2. Programa TightVNC Viewer. VI. COMUNICACIÓN CON SERVIDOR Para la comunicación con el servidor, el usuario necesita realizar la configuración del servidor el cual debe abrir el programa TghtVNC Server para el modo servidor. Después de ejecutar el programa, este cuanta con las siguientes opciones para su configuración y que solo el usuario necesitara realzar los cambios en las siguientes opciones. Server Administration Figura 3. Configuración en la opción Server en el Programa TightVNC Server En la opción Server, el usuario podrá escoger que numero de puerto principal del servidor va a recibir la información del sistema maestro que se encuentra ubicado en el laboratorio de diseño, asi mismo habilitar algunas opciones como transferencia de archivos por medio de este puerto. La figura 3 se puede apreciar la ventana TightVNC Server, empezando la configuración en la opción Server para establecer la comunicación hacia el esclavo. Para la opción Administration, el usuario podrá establecer la seguridad de la aplicación mediante la opción de Protect control operations with an administrative password, la cual abrirá una pequeña ventana para poder ingresar la contraseña para la protección del programa. Para el control de usuarios se selecciona la opción Never treat connections as shared, disconnect existing clients on new connections, ya que permite si un nuevo usuario quiere entrar a la computadora de la máquina, pero otro usuario la está ocupando, desconectara al usuario que está ocupando la máquina para que el nuevo usuario empiece a trabajar en ella sin que afecte el proceso de maquinado. En la figura 4 se puede apreciar la opción Administration de TightVNC Server realizando la configuración del mismo. Figura 4. Configuración en la opción Administration en el Programa TightVNC Server

4 4 VII. PRUEBAS Y RESULTADOS Se realizaron pruebas en varias etapas para verificar el funcionamiento de la red. A. Pruebas de comunicación Para la comunicación entre los sistemas maestro-esclavo se realizó un host ocupando el símbolo de sistema con los paquetes del comando netsh, este permite emular una red inalámbrica. La siguiente prueba fue realizar la transferencia de paquetes de información mediante el comando ping, el cual se ingresa en el símbolo de sistema más la dirección IP para la comunicación, lo cual se observó que la transferencia de paquetes es estable y muestra en pantalla el número de paquetes enviados más el tiempo estimado de la transferencia de información. Para la ejecución del comando netsh que emula la realización del host y los comandos para hacer un ping, para la transferencia de paquetes de información son los siguientes. netsh wlan set hostednetwork mode=allow ssid=mynet key= mypassword netsh wlan (start/stop) hostednetwork ping (depende de la IP de cada máquina) Figura 5. Modelo de pruebas. B. Pruebas de control Para el control del sistema esclavo, el sistema maestro realizará la manipulación a distancia una vez creado el host. Posteriormente, se realizó la prueba mediante el escritorio remoto de Windows para las primeras manipulaciones, se observó que ciertos comandos que se utilizaban para la comunicación con el CNC, hacía que la maquina no efectuara su trabajo de forma eficaz. Para solucionar esta problemática, se optó por la opción de usar el programa TightVNC ya que permite realizar el acceso remoto con mayor seguridad sin afectar el trabajo de la máquina. D. Pruebas de tráfico de datos Para el tráfico de datos, se realizó el control de las maquinas CNC de manera simultánea para observar que el sistema pueda trabajar con tráfico, los resultados que arrojo esta prueba fueron que no hubo ninguna anomalía, lo cual nos muestra que es sistema es fiable y robusto para el fin que se ocupa. C. Pruebas con equipo de comunicación Para la comunicación en ambos laboratorios, se diseñó un modelo de pruebas con equipo router marca TP-LINK para los sistemas maestros (PC) y sistemas esclavos (CNC). Una vez hecho la comunicación, por medio del software TightVNC se realizara el control de los sistemas esclavos por medio de los modos cliente-servidor que ofrece este programa. Al realizar el acceso remoto por medio de TightVNC y el equipo de comunicación router, se utilizó el software llamado inssider. Permite visualizar la red que ofrece cobertura en los laboratorios y listar en pantalla características como el SSID (Service Set IDentifier), RSSI (Received Signal Strength Imdicador), velocidad, seguridad e intensidad de la señal. Además permite monitorizar la calidad de la señal mediante una gráfica. En la figura 5 muestra el diseño de pruebas para la comunicación entre los sistemas maestroesclavo.

5 5 VIII. CONCLUSIONES Durante la ejecución de la red y hacer las pruebas pertinentes para poder controlar e iniciar con la ejecución de una pieza en las maquinas CNC no hubo detección de errores, con lo que se demuestra que el sistema trabaja correctamente. Por otra parte, a través de los resultados obtenidos, se pudo observar que el sistema es estable y lo suficientemente robusto para poder realizar sus tareas sin ningún problema. Cabe resaltar que como trabajo a futuro se propone junto con la red creada para el manejo de la maquinaria, colocar dentro de cada unidad una cámara que trabaje a través de señales inalámbricas, con el fin de poder observar desde el laboratorio de diseño el proceso de maquinado que efectúa la maquina CNC. La utilización de este proyecto reducirá notablemente los tiempos que se tenían previstos para la población estudiantil de la nave de Procesos Industriales ya que gracias a esta red los profesores no tendrán que separar a los estudiantes para poder dar sus clases, y será posible dar clase a todo el grupo sin problema alguno. Se podrá manipular la maquinaria gracias a la conexión que existirá entre el laboratorio industrial y el laboratorio de diseño y de esta forma los estudiantes observaran el funcionamiento de cada máquina. REFERENCIAS [1] Javier Llanos. (2013). REDES DE DATOS. 2014, de Blogspot Sitio web: [2] Denford. (2007). Triac Series CNC Machine User s Manual: http//www.denfordata.com/pdfs/triac_series_6oodpi_hq.pdf:triac Sseries [3] TightVNC. (2010). TightVNC Documentation 03/04/2014, de TightVNC Sitio web: [4] AITOR OLIVERA. (2006). VNC CONTROL REMOTO. 03/04/2014, de TightVNC Sitio web: [5] Popovic, D., Bhatkar, V. (1990). Ddistributed Computer Control from Industrial Automation Marcel Dekker, Inc. [6] Mari. (2008). Redes inalámbricas y alámbricas. 2014, de blogspot Sitio Web: [7] Hugo Rivera Oliver. (2006). Tecnologia de Comunicaciones. Mexico: Pearson [8] Eric Vyncke, Christopher Paggen. (2008). LAN Switch Security What Hackers Know About Your Switches. USA: Cisco Press. [9] Maryline Laurent-Maknavicius Hakima Chaouchi. (2008). MOBILE AND WIRELESS NETWORKS SECURITY. France: World Scientific.

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