APLICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS PARA COMPARTIR LABORATORIOS REMOTOS DE AUTOMATIZACIÓN ENTRE UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS

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1 APLICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS PARA COMPARTIR LABORATORIOS REMOTOS DE AUTOMATIZACIÓN ENTRE UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS Arturo Urbalejo Contreras 1, Julio César Castro Bojórquez 2, Eusebio Jiménez López 3, Noé Luna Acosta 4, Omar Velarde Anaya 5 Abstract Virtual labs are didactic instruments used for development of applications and practices from remote locations and to share knowledge between educative institutions. The benefits obtained through virtual labs are enormous, as they can be used by students in available free hours and also by universities with lack of technologies, as well as automation and robotics laboratories. In order to get a virtual lab, it is necessary to have physical facilities and computational resources that can interact and be managed and controlled remotely. This article presents the proposal for the design of a virtual lab in automation, developed between Technological Universities in northern Mexico. It describes some examples of remote operations in a lab made by students of engineering from Universidad Tecnológica del Sur de Sonora, located in Ciudad Obregon, Sonora, México. Index Terms Education, virtual Laboratories, Technological Universities. INTRODUCCIÓN La automatización está evolucionando rápidamente, teniendo un profundo impacto en la manera de hacer el trabajo. Este desarrollo y la rápida integración de los sistemas de automatización en la mayoría de los procesos de ingeniería exigen una formación constante y eficiente en sistemas de automatización y control [1]. Por otro lado, la globalización y los sistemas de información han hecho posible la cooperación entre empresas y universidades vía remota. Los laboratorios de muchas universidades ahora pueden ser compartidos con solo tener acceso a una computadora y a internet. Para el caso de los laboratorios de automatización, estos pueden ser operados vía remota. Por ejemplo en [2] se presenta un laboratorio remoto para la automatización industrial. Esta instalación proporciona un entorno para los usuarios remotos para conocer muchos temas de automatización, utilizando PLCs diferentes, junto con varios tipos de sensores, actuadores, y redes de comunicación industrial. El control remoto de laboratorios de automatización, puede ser una excelente herramienta para accesar al conocimiento sobre todo aquellas universidades que no cuentan con los suficientes equipamientos en materia de automatización y control. Además, los alumnos pueden tener acceso al laboratorio desde un lugar remoto facilitando con esto el aprendizaje. Otro aspecto importante que se debe resaltar con el uso de los laboratorios controlados vía remota, es la posibilidad de compartir recursos tecnológicos para proyectos de automatización orientados a la investigación o a las aplicaciones industriales. Por sus múltiples beneficios, es necesario generar proyectos que permitan el diseño y la generación de laboratorios de automatización controlados vía remota. Bajo este contexto se presenta en este artículo las experiencias que se han obtenido del desarrollo de un laboratorio de automatización controlado vía remota entre algunas Universidades Tecnológicas del Noroeste de México. NECESIDADES DE LAS UNIVERSIDADES TECNOLOGICAS La gran mayoría Universidades Tecnológicas en México cuentan con las carreras de TSU (Técnico Superior Universitario) e ingeniería en Mecatrónica [3]. Esta carrera exige que los alumnos tengan, entre otros conocimientos, un entrenamiento en automatización 70% práctico y 30% teórico (modelo de las universidades tecnológicas) lo cual implica que las universidades cuenten con talleres y equipos modernos. Sin embargo, no todas las Universidades están equipadas y constantemente se incrementa el número de alumnos en dicha carrera. Por lo tanto, se requiere implementar proyectos que permitan la compartición de recursos en materia de la automatización industrial (PLCS, actuadores, válvulas, redes, etc), así como generar estrategias para que los equipos puedan ser utilizados fuera de los horarios de clases. Para darle una solución a la problemática es necesario diseñar esquemas prácticos que permitan la compartición de recursos. Los laboratorios 1 Arturo Urbalejo Contreras, CIAAM de la Universidad Tecnológica del Sur de Sonora, Dr. Norman E. Borlaug. Km 14. CP 85000, (01-644) Cd. Obregón, Sonora, México, arturouc@yahoo.com.mx 2 Julio César Castro Bojórquez, Universidad Tecnológica de Tijuana , Tijuana, Baja California, México, julio.castro@uttijuana.edu.mx 3 Eusebio Jiménez López, CINNTRA de la Universidad Tecnológica del Sur de Sonora-IIMM-ULSA Noroeste, , Ciudad Obregón, Sonora, México, ejimenez@msn.com 4 Noé Luna Acosta, CIAAM de la Universidad Tecnológica del Sur de Sonora, México, nluna@uts.edu.mx 5 Omar Velarde Anaya, Universidad Tecnológica de Nogales, México, o_velarde@yahoo.com

2 controlados vía remota puede ser una opción viable, pues estos permiten el acceso a las tecnologías de la automatización desde otros sitios. LABORATORIOS DE AUTOMATIZACION Los laboratorios de automatización son usados para la enseñanza práctica en las universidades tecnológicas. Uno de los dispositivos más utilizados en automatización industrial es el PLC (Programing Logic Control) o también llamado Controlador Lógico Programable. El PLC es un dispositivo que cuenta con la capacidad de tener dentro de su estructura interna, componentes electrónicos que pueden ser reprogramados siguiendo la lógica que originalmente los relevadores tenían [4]. La figura 1 muestra un PLC de la marca FESTO. FIGURA. 1 PLC FESTO FC34 Las universidades tecnológicas que cuentan con la carrera de mecatrónica, tienen a su disposición equipo (pistones, sensores, válvulas, motores, etc.), y controles para desarrollar las prácticas que les piden los programas de estudio. Sin embargo, no existe una estandarización de tecnologías. Para el caso de los PLC la tabla 1 muestra las diferentes marcas de dichos dispositivos que tienen 12 universidades tecnológicas de México. FIGURA. 2 GRÁFICA SOBRE LAS DIFERENTES MARCAS DE PLC DE LAS UNIVERSIDADES TECNOLÓGICAS Por otro lado, en el inicio de las redes de control industrial con PLC, se ha tenido una clara intención de unir diferentes dispositivos que han sido creados por distintos fabricantes a través de estándares desarrollados y que han tenido la dificultad de funcionar solo entre los que son del mismo proveedor, es decir, solo se tiene comunicación de forma satisfactoria entre aquéllos que fueron producidos por el mismo fabricante [5]. Estos estándares o protocolos de comunicación entre redes de control industrial, y solo por mencionar algunos, son el profibus, can open, modbus, devicenet, ethernet, etc., que tienen una diversidad de características entre ellos, tales como su forma de cablearlos para interconexión, reglas de comunicación, número máximo de dispositivos a conectar a la red, etc. [6]. EJEMPLOS DE LABORATORIOS. VIRTUALES EN UNIVERSIDADES TECNOLOGICAS Actualmente, algunas universidades tecnológicas de México cuentan con al menos un tipo de las tecnologías de control y red de comunicación industrial mencionadas anteriormente, siendo una de ellas la red Ethernet. En junio del 2006 en la Universidad Tecnológica del Sur de Sonora, se realizó un proyecto para controlar un proceso automatizado a través de un PLC Festo modelo FC34 (ver figura 1), el cual tiene como una de sus ventajas un puerto Ethernet o RJ45 y un driver servidor web para poder alojar una página web en él y poder hacer comunicaciones y controles a través de navegadores web [7]. El proceso intercambia piezas de una posición A a una posición B con actuadores neumáticos, sensores de posición de alimentación magnética y rodillos mecánicos, estos sensores y actuadores están conectados al PLC. Después de programar el PLC para que siga una secuencia predeterminada. Se diseñó una página web, para poder observar a través de una cámara IP (del inglés, Internet Protocol, que significa protocolo de internet), y también controlar el proceso de intercambio de piezas. La página web fue desarrollada en lenguaje HTML (del inglés Hyper Text Markup Lenguaje, que significa lenguaje de marcado de hipertexto), además fue cargada en el PLC el servidor de páginas web, asignándole además una IP Pública como la Posteriormente el PLC se conecta a una red de WAN (del inglés Wide Area Network, que significa red de área amplia), por medio de un ruteador [8] y así en cualquier computadora que tenga acceso a internet se abre un navegador como el Internet Explorer, se pone la dirección IP de el PLC y el navegador muestra la página de control que tiene grabada. Las figuras siguientes muestran los pasos que se siguieron para el control de un equipo de la Universidad Tecnológica del Sur de Sonora (UTS).

3 FIGURA. 3 PÁGINA PARA EL CONTROL DEL LABORATORIO DE LA UTS. FIGURA. 7 PASO 6 DEL PROCESO FIGURA. 4 PASOS 1,2 Y 3 DEL PROCESO FIGURA. 5 PASO 4 DEL PROCESO FIGURA. 6 PASO 5 DEL PROCESO FIGURA. 8 TERMINA EL PROCESO Las figuras anteriores, muestran la secuencia del proceso donde del lado izquierdo se tiene el control del proceso arranque y paro y la cantidad de piezas a procesar, en la parte de en medio una imagen enviada por una cámara de red en tiempo real y en la parte de la derecha el estado de los sensores del proceso. Las pruebas que se han realizado con este proyecto han sido desde universidades de Cd. Obregón, Hermosillo y Caborca en el estado de Sonora, y la ciudad de Tijuana, Baja California, Mexico, además de la empresa Festo en Hermosillo y Festo México, en preparatorias de Cd. Obregón en la semana de la ciencia y la tecnología. En la segunda etapa de este proyecto, se le implemento un servidor VPN (del inglés Virtual Private Network, que significa red privada virtual), para mayor seguridad y control de otros dispositivos que no cuentan con el servicio de servidor web. Además, los alumnos de la carrera en 4to cuatrimestre se les asigna un usuario y una contraseña para que desde sus casas programen los equipos y puedan realizar tareas y proyectos [9]. Por otro lado, La Universidad Tecnológica de Tijuana (UTT), también ha implementado, con ayuda de alumnos, este sistema para controlar de manera remota, un módulo con pistones, sensores, válvulas y un PLC Festo modelo FC34 en el cual se puede programar diferentes secuencias o resolver distintos problemas en base al equipo conectado. El

4 nombre de este sistema es LAREMEUTT que significa Laboratorio Remoto de Mecatrónica de la Universidad Tecnológica de Tijuana (ver figura 9). FIGURA. 9 PROCESO DEL LAREMEUTT Por otro lado, debido a los éxitos que se han obtenido con el desarrollo de los laboratorios virtuales de automatización, el 5 de agosto del 2011 se firmó en Cd. Obregón Sonora, un convenio que formalizó la Red de Cuerpos Académicos del Noroeste de México RECAMEN donde intervienen las Universidades Tecnológicas de Tijuana, Nogales, Hermosillo y el Instituto Tecnológico de Cajeme. Este convenio permitirá la realización de proyectos de manera conjunta y a largo plazo, particularmente en las aplicaciones en el campo de la Mecatrónica y la Automatización. Uno de los proyectos de la RED es compartir de manera remota los laboratorios de automatización para incrementar las prácticas de los alumnos al tener mayor disponibilidad de equipo, compartir experiencias entre profesores y capacitación para incrementar nuestras competencias profesionales. Para trabajos futuros, se ha comenzado las negociaciones para la adición de la universidad tecnológica de San Luis Rio Colorado a esta red de trabajo colaborativo. CONCLUSIONES En este artículo se han descrito las experiencias sobre el desarrollo de laboratorios de automatización controlados vía remota de dos universidades tecnológicas. Las principales conclusiones que se derivan de este trabajo se resumen a continuación: FIGURA. 10 PÁGINA DE CONTROL DEL LAREMEUTT El LAREMEUTT es un módulo de acceso remoto ubicado dentro de las instalaciones de la carrera de ingeniero en mecatrónica de la universidad, en el que es posible acceder a una computadora personal de manera remota, ver a través de una cámara IP (ver figura 10), los pistones, válvulas, sensores y el PLC. Además, se puede monitorear las acciones del PLC por diferentes medios como la misma página web que el PLC tiene, la página web creada como un sistema HMI (del inglés Human-Machine Interface, que significa interfaz hombre-máquina) [10], o a través de software de laboratorios virtuales como Labview y que usan texto estructurado para mostrar los estados actuales de las entradas, salidas, temporizadores, contadores y otros que posee. Para un trabajo futuro y en complemento para el LAREMEUTT, se realizará un sistema supervisorio que será capaz de realizar la clasificación automatizada de objetos a través de visión artificial, con fines de convertirlo en un sistema SCADA (del inglés, Supervisory Control And Data Aquisition, que significa control supervisorio y adquisición de datos), completo [6]. Para poder darle solución a la falta de equipamientos en automatización de las Universidades Tecnológicas, el desarrollo y puesta en marcha de laboratorios controlados vía remota es una opción viable, pues permiten, por un lado, tener acceso a los equipos desde otros lugares y con ello realizar las actividades prácticas de las materias y, por otro lado, se pueden compartir recursos con otras universidades que no cuentan con la infraestructura. Es necesario estandarizar las diferentes tecnologías educativas que se usan para la enseñanza de la automatización y control de procesos o bien desarrollar metodologías que permitan integrar más de una línea tecnológica, pues ello permitiría utilizar todos los recursos disponibles en el desarrollo de proyectos educativos. La interface desarrollada en HTML como resultado de este proyecto presenta una forma simple para comprender el funcionamiento de un proceso automatizado y para ensenar a los alumnos a trabajar con las tecnologías de vanguardia e interactuar con tecnologías de otras universidades. La utilización de tecnologías amigables como los PLC Festo que tienen un servidor web integrado y

5 los protocolos de comunicación y manipulación de libre acceso hacen que la implementación de este tipo de proyectos sea más sencillo y económico y permiten que las tecnologías de vanguardia sean asimiladas con mayor facilidad. La próxima etapa de este proyecto es implementar, en todas las universidades de la red RECAMEN e instituciones invitadas, laboratorios controlados vía remota, para una mayor integración entre alumnos y personal académico y para incrementar el material de prácticas en clase. También se tiene planeado agregar una interface para el control de un robot industrial para realizar prácticas de intercambio de piezas, trayectorias y comprobación de modelos matemáticos. AGRADECIMIENTOS Los autores de este trabajo agradecen a las Universidades e Institutos que conforman las redes RECAMEN y ALFA, a los cuerpos académicos CIAAM y CAAP, y a la Empresa SPIN-OFF Innovación en Ingeniería de Manufactura y Mantenimiento, S. de R. MI (IIMM) por el apoyo brindado a esta investigación. REFERENCIAS [1] Macías, M.E., Méndez, I. TeleLab - remote automations lab in real time. Frontiers in Education Conference, FIE th Annual [2] Vicente, A.G., Muñoz, I.B., Galilea, J.L.L., Del Toro, P.A.R. Remote Automation Laboratory Using a Cluster of Virtual Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. (2010). Vol. 57. Pp [3] Coordinación General de Universidades Tecnológicas. Coordinación General de Universidades Tecnológicas CGUT. [Online] junio 1, [4] Maloney, T. Electrónica industrial moderna. México : Prentice Hall Hispanoamericana S.A., [5] Castro, G. Comunicaciones industriales: principios básicos. España : UNED, [6] Sempere P., Víctor. Comunicaciones industriales con Simatic S7. España : Universidad Politécnica de Valencia, [7] Terzi E.V., Regber H. Controles Lógicos Programables, nivel básico. Alemania : Festo Didactic, [8] Odom, Wendell. CCENT/CCNA ICDN1 official exam certification guide, second edition. USA : Cisco press, [9] [10]. Balcells, Josep. Autómatas programables. España : Alfaomega grupo editor, 1998.