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IEEE-RITA Vol. 1, N´ um. 1, Nov. 2006 1 Integraci´ on internacional de plataformas de ense˜ nanza a distancia de automatizaci´ on con PLCs Llu´ ıs Molas, Coia Ferrater, Oriol Gomis, Antoni Sudri` a, Oriol Boix, Israel Ben´ ıtez, Ruben Sicchar, Marivan Gomes, F´ elix Rold´ an, Ksenia Arias y Luisa Villafruela Abstract— Many teaching institutions worldwide have decided to work firmly in distance learning applications. In this frame, remote laboratories enable the intensive use of the university devices and ease the work of professors and students. The present work introduces different platforms to be used in industrial au- tomation practises, developed in Barcelona, Manaus and Santiago de Cuba. The platforms are communicable through Internet, include programmable logic controllers programmable with the open software CoDeSys and have different sensors and actuators usual in industrial installations. Index Terms— virtual laboratories, remote control, pro- grammable logical controller, automation systems, sequential control system I. I NTRODUCCI ´ ON E L aumento de los sistemas industriales automatizados ha obligado a los ingenieros a encontrar soluciones para todas las disciplinas dentro del campo de la automatizaci´ on. Este hecho ha motivado a las universidades a disponer de laboratorios polivalentes que puedan ayudar a los alumnos a desenvolverse en los diferentes campos. La ense˜ nanza a distancia puede permitir que las universidades especializadas en determinados campos puedan compartir sus experi´ encias con otras universidades. La finalidad es que un alumno de cualquier universidad pueda automatizar accionamientos el´ ectricos, neum´ aticos, hidr´ aulicos, entre otros, conect´ andose a trav´ es de Internet con los PLCs de las distintas plataformas que constituyen dichos laboratorios. As´ ı, en este art´ ıculo se presentan y se describen las aplicaciones y capacidades de los laboratorios remotos, cuyas plataformas est´ an situadas en Barcelona, Manaus y Santiago de Cuba. Los laboratorios remotos son una buena alternativa a los laboratorios presenciales. En [1] se describe un control remoto de un robot a trav´ es de internet, usando una arquitectura de cliente-servidor. En [2] se describe el funcionamiento de un laboratorio remoto para determinar la velocidad de la luz. En [3] se presenta un laboratorio remoto de autom´ atica con diferentes accionamientos a controlar, todo a trav´ es de internet. Llu´ ıs Molas, Coia Ferrater, Oriol Gomis, Antoni Sudri` a y Oriol Boix est´ an en el CITCEA-DEE-UPC Universidad Polit´ ecnica de Catalu˜ na, Av. Diagonal 647 Pavell´ o A 08028, Barcelona, Espa˜ na. (email: [email protected]) Israel Ben´ ıtez, F´ elix Rold´ an, Ksenia Arias y Luisa Villafruela est´ an en el Departamento de Control Autom´ atico - Facultad de Ingenier´ ıa El´ ectrica - Universidad de Oriente (FIE-UO), Ave. Las Am` ericas s/n 90400 Santiago de Cuba, Cuba. Israel Ben´ ıtez, Ruben Sicchar y Marivan Gomes est´ an en el Departamento de Mecatronica - Escuela Superior de Tecnolog´ ıa - Universidad del Estado de Amazonas (EST-UEA), Ave. Darcy Vargas 1200 69050-020, Manaus, AM, Brasil. DOI (Digital Object Identifer) Pendiente En [4] se citan diferentes experiencias y resultados obtenidos en la utilizaci´ on de cinco laboratorios remotos con estudiantes de ingenier´ ıa mecatr´ onica. En [5] se presenta una plataforma de pr´ acticas para un laboratorio basado en el control de motores brushless. En [6] se presenta una planta virtual para la formaci´ on en aut´ omatas programables. En [7] se propone un curso a trav´ es de internet para la programaci´ on de una celda de fabricaci´ on flexible con aut´ omatas (PLCs, Programmable Logic Controller). El presente art´ ıculo presenta la integraci´ on internacional de diferentes plataformas con plataformas que permiten acceso remoto, con el objetivo de optimizar al aximo el aprovechamiento de cada uno de los laboratorios. El software que se utiliza para la programaci´ on de los aut´ omatas es el CoDeSys [8]. CoDeSys es un software libre que incorpora bloques de programaci´ on basado en el est´ andard IEC 61131-3 [9] para programaci´ on de PLCs y control in- dustrial. Sus principales caracter´ ısticas s´ on la posibilidad de programar con los lenguajes que dicta la norma IEC 61131-3, la creaci´ on de una interf´ ıcie hombre-m´ aquina (HMI, Human Machine Interface) y trabajar en modo simulaci´ on del proceso a controlar. Para guiar al alumno en esta experiencia a distancia, cada una de las siguientes plataformas tiene una web en un entorno Moodle [10] donde se pueden encontrar las pr´ acticas, el software CoDeSys y su manual de utilizaci´ on, entre otras cosas. El Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learn- ing Environment) es un CMS (Course Management system), uno de los software libre y abierto m´ as orientado a gestionar el material de cursos que se imparten a trav´ es de internet [11] y crear comunidades de aprendizaje online. Este software permite a los educadores y profesores insertar, con mucha facilidad y altas prestaciones, el material did´ actico necessario para guiar al alumno. El art´ ıculo est´ a organizado de la siguiente manera. En las primeras secciones se introducen las diferentes plataformas de pr´ acticas seg´ un el siguiente orden: la plataforma de Barcelona, la de Manaus y la de Santiago de Cuba. Finalmente, se muestran las conclusiones. II. PLATAFORMA BARCELONA La plataforma Barcelona (Figura 1) ha sido dise˜ nada como un conjunto de distintos accionamientos el´ ectricos, destinada a ser utilizada para la ense˜ nanza a distancia. La finalidad de ´ esta no es conseguir una gran potencia en las aplicaciones, sino disponer de un modelo compacto, simple y visual que permita a los alumnos programar los aut´ omatas y trabajar con las

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IEEE-RITA Vol. 1, Num. 1, Nov. 2006 1

Integracion internacional de plataformas deensenanza a distancia de automatizacion con PLCs

Lluıs Molas, Coia Ferrater, Oriol Gomis, Antoni Sudria, Oriol Boix, Israel Benıtez, Ruben Sicchar, MarivanGomes, Felix Roldan, Ksenia Arias y Luisa Villafruela

Abstract— Many teaching institutions worldwide have decidedto work firmly in distance learning applications. In this frame,remote laboratories enable the intensive use of the universitydevices and ease the work of professors and students. The presentwork introduces different platforms to be used in industrial au-tomation practises, developed in Barcelona, Manaus and Santiagode Cuba. The platforms are communicable through Internet,include programmable logic controllers programmable with theopen software CoDeSys and have different sensors and actuatorsusual in industrial installations.

Index Terms— virtual laboratories, remote control, pro-grammable logical controller, automation systems, sequentialcontrol system

I. INTRODUCCION

EL aumento de los sistemas industriales automatizados haobligado a los ingenieros a encontrar soluciones para

todas las disciplinas dentro del campo de la automatizacion.Este hecho ha motivado a las universidades a disponer delaboratorios polivalentes que puedan ayudar a los alumnosa desenvolverse en los diferentes campos. La ensenanza adistancia puede permitir que las universidades especializadasen determinados campos puedan compartir sus experienciascon otras universidades. La finalidad es que un alumnode cualquier universidad pueda automatizar accionamientoselectricos, neumaticos, hidraulicos, entre otros, conectandosea traves de Internet con los PLCs de las distintas plataformasque constituyen dichos laboratorios. Ası, en este artıculo sepresentan y se describen las aplicaciones y capacidades delos laboratorios remotos, cuyas plataformas estan situadas enBarcelona, Manaus y Santiago de Cuba.

Los laboratorios remotos son una buena alternativa a loslaboratorios presenciales. En [1] se describe un control remotode un robot a traves de internet, usando una arquitectura decliente-servidor. En [2] se describe el funcionamiento de unlaboratorio remoto para determinar la velocidad de la luz.En [3] se presenta un laboratorio remoto de automatica condiferentes accionamientos a controlar, todo a traves de internet.

Lluıs Molas, Coia Ferrater, Oriol Gomis, Antoni Sudria y Oriol Boix estanen el CITCEA-DEE-UPC Universidad Politecnica de Cataluna, Av. Diagonal647 Pavello A 08028, Barcelona, Espana. (email: [email protected])

Israel Benıtez, Felix Roldan, Ksenia Arias y Luisa Villafruela estan enel Departamento de Control Automatico - Facultad de Ingenierıa Electrica -Universidad de Oriente (FIE-UO), Ave. Las Americas s/n 90400 Santiago deCuba, Cuba.

Israel Benıtez, Ruben Sicchar y Marivan Gomes estan en el Departamentode Mecatronica - Escuela Superior de Tecnologıa - Universidad del Estadode Amazonas (EST-UEA), Ave. Darcy Vargas 1200 69050-020, Manaus, AM,Brasil.

DOI (Digital Object Identifer) Pendiente

En [4] se citan diferentes experiencias y resultados obtenidosen la utilizacion de cinco laboratorios remotos con estudiantesde ingenierıa mecatronica. En [5] se presenta una plataformade practicas para un laboratorio basado en el control demotores brushless. En [6] se presenta una planta virtual para laformacion en automatas programables. En [7] se propone uncurso a traves de internet para la programacion de una celdade fabricacion flexible con automatas (PLCs, ProgrammableLogic Controller). El presente artıculo presenta la integracioninternacional de diferentes plataformas con plataformas quepermiten acceso remoto, con el objetivo de optimizar almaximo el aprovechamiento de cada uno de los laboratorios.

El software que se utiliza para la programacion de losautomatas es el CoDeSys [8]. CoDeSys es un software libreque incorpora bloques de programacion basado en el estandardIEC 61131-3 [9] para programacion de PLCs y control in-dustrial. Sus principales caracterısticas son la posibilidad deprogramar con los lenguajes que dicta la norma IEC 61131-3,la creacion de una interfıcie hombre-maquina (HMI, HumanMachine Interface) y trabajar en modo simulacion del procesoa controlar.

Para guiar al alumno en esta experiencia a distancia, cadauna de las siguientes plataformas tiene una web en un entornoMoodle [10] donde se pueden encontrar las practicas, elsoftware CoDeSys y su manual de utilizacion, entre otrascosas. El Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learn-ing Environment) es un CMS (Course Management system),uno de los software libre y abierto mas orientado a gestionarel material de cursos que se imparten a traves de internet[11] y crear comunidades de aprendizaje online. Este softwarepermite a los educadores y profesores insertar, con muchafacilidad y altas prestaciones, el material didactico necessariopara guiar al alumno.

El artıculo esta organizado de la siguiente manera. En lasprimeras secciones se introducen las diferentes plataformas depracticas segun el siguiente orden: la plataforma de Barcelona,la de Manaus y la de Santiago de Cuba. Finalmente, semuestran las conclusiones.

II. PLATAFORMA BARCELONA

La plataforma Barcelona (Figura 1) ha sido disenada comoun conjunto de distintos accionamientos electricos, destinadaa ser utilizada para la ensenanza a distancia. La finalidad deesta no es conseguir una gran potencia en las aplicaciones, sinodisponer de un modelo compacto, simple y visual que permitaa los alumnos programar los automatas y trabajar con las

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diferentes estaciones que forman este laboratorio remoto. Losunicos requerimientos para poder trabajar con la plataformason el software abierto de programacion CoDeSys y unaconexion a Internet para descargar el programa al automatay comprobar y supervisar el funcionamiento gracias a unacamara IP. Los elementos de que dispone la plataforma sedescriben a continuacion.

Fig. 1. Vista general de la plataforma

La ensenanza a distancia utilizando laboratorios remotosrequiere la plena disposicion de los equipos a cualquier horadel dıa. Para ello esta estacion permite la iluminacion (IL) de laplataforma durante las horas nocturnas mediante la activacionde una salida digital. La conexion de la lampara se realizamediante un interruptor estatico, que es activado directamentedesde una salida de cualquiera de los dos automatas.

A. Bloque 11) Cinta corredera accionada por un motor paso a paso

(MP1): Esta estacion de la plataforma esta constituida por unmotor paso a paso que acciona una cinta corredera que disponede un elemento metalico. Las bobinas del motor se alimentandirectamente de las cuatro salidas digitales del automata,a traves de cuatro resistencias limitadoras de corriente, ycuatro diodos de vıa libre para evitar las sobretensiones decommutacion de cargas inductivas.

Tres captadores inductivos tipo PNP detectan la posiciondel elemento metalico en el recorrido de la cinta. La finalidad

de esta estacion es que el alumno determine la secuencia defases del motor paso a paso para accionar la cinta en ambossentidos y aplique un control de posicion. En la Figura 2 semuestra un ejemplo de programacion del motor paso a paso.

2) Motor de corriente continua accionado por un conver-tidor DC/DC (MDC): Los elementos que constituyen estaestacion son un motor de corriente continua que disponede un reductor donde esta acoplado un disco con elementosmetalicos, a modo de encoder de baja resolucion. Un captadorinductivo detecta un total de seis pulsos por vuelta. Paracontrolar el motor desde el automata se ha disenado unconvertidor DC/DC reductor que coge como senal de consignael valor de la salida analogica del automata para determinar elciclo de trabajo del interruptor Mosfet que alimenta el motor.En la Figura 3 se muestra el control del ciclo de trabajo delMosfet. El elemento de control principal del convertidor es elcomponente SG3524. Este se utiliza como generador del ciclode trabajo para excitar la puerta del transistor Mosfet BUZ71,amplificando previamente la senal con una etapa de inversoresHC4049.

Fig. 3. Control del ciclo de trabajo del transistor MOSFET

El SG3524 compara una senal de rampa con una continuaregulable que controla la salida analogica del automata, conel objetivo de generar pulsos de duracion variable, pero defrecuencia prefijada. En la Figura 4 se presenta el esquemadel convertidor DC/DC.

Fig. 4. Convertidor DC/DC para la regulacion de velocidad del motor CC

B. Bloque 2

1) Motor paso a paso (MP2): Esta estacion esta constituidapor un motor paso a paso que dispone de un eje metalicoexcentrico. Las bobinas del motor se alimentan, de igualmanera que el motor de la primera estacion, de las salidasdigitales del automata a traves de un circuito intermedio

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Fig. 2. Ejemplo de programacion de un motor paso a paso

limitador de corriente Un captador inductivo tipo NPN detectala excentricidad del eje, detectando un pulso por vuelta. Lafinalidad de esta estacion es que el alumno determine lasecuencia de fases del motor paso a paso, para que el motorgire en los dos sentidos, y que accione el motor en dosmodos de funcionamiento, paso completo y medio paso, paracomprobar las caracterısticas de par y velocidad de ambosmodos.

2) Motor de induccion con variador de frecuencia (MI):Esta parte de la plataforma acciona un motor de inducciontrifasico con un convertidor de frecuencia comercial. La salidaanalogica del automata de tension variable en el rango de 0-10V da la consigna de velocidad al convertidor. El diagramade bloques del sistema se muestra en la Figura 5. Esta estacionpretende mostrar al alumno la posibilidad de interconexion delos automatas a accionamientos disponibles en el mercado yacercar al alumno a una tıpica aplicacion industrial de controlde velocidad.

Fig. 5. Diagrama de bloques de accionamento del motor de induccion

3) Regulacion de temperatura (RT): Esta estacion esta con-stituida por una sonda de temperatura Pt-100, una resistenciade potencia y un ventilador. La sonda capta la temperatura dela resistencia de potencia. La senal generada por esta se adapta

a una senal de tipo 4-20mA mediante el circuito integradoXTR105, para introducirla a la entrada analogica del automata.El esquema del circuito de adaptacion se muestra en la Figura6.

Fig. 6. Circuito de adaptacion de senal de la sonda PT100

La resistencia se calienta por efecto Joule mediante laaplicacion de una tension variable. Para controlar la tensionse utiliza el troceador reductor (Figura 7), antes mencionado,que utiliza una salida analogica del automata para determinarel ciclo de trabajo del transistor Mosfet.

Fig. 7. Convertidor DC/DC para la regulacion de temperatura

La finalidad del montaje es mostrar al alumno el controlde un sistema de evolucion lenta, en este caso un control de

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temperatura, para que se pueda apreciar la progresion de loscambios. En la Figura 8 se presenta el diagrama de bloquesdel sistema de control. Se introducira el concepto de controlcon un regulador tipo PID, implementado en un bloque deCoDeSys.

Fig. 8. Diagrama de bloques del sistema de control de temperatura

Para controlar la planta se utilizaran diferentes estrategias.Una de ellas, es utilizar el funcionamiento del troceador pararegular la temperatura, cambiando directamente la tensionmedia aplicada mediante la variacion del ciclo de trabajo. Otraestrategia es utilizar la accion del ventilador para evacuar elcalor de la resistencia.

Fig. 9. Placa disenada para las practicas

Un posible ejemplo de programa implementado conCoDeSys es el que se muestra en la Figura 10.

C. Supervision

La ensenanza a distancia a traves de laboratorios remotosrequiere un dispositivo de visualizacion para poder comprobarel correcto funcionamiento de las aplicaciones al descargar losprogramas a los automatas.

En la plataforma esta instalada una camara IP (Figura 11)que dispone de servidor propio, sin la necesidad de estarconectada a un PC, cuyo campo de vision se limita a losdistintos elementos de las estaciones, para desempenar lasfunciones de supervision del sistema de ensenanza.

Es recomendable disponer de una conexion rapida a Internetpara que el refrescamiento de pantalla permita observar el fun-cionamiento de los accionamientos a una velocidad aceptable.

Fig. 11. Vista de la plataforma a traves de la camara IP

En la Tabla I se adjuntan la relacion de entradas y sali-das digitales y analogicas de los dos PLCs que integran laplataforma indicando la estacion de trabajo.

III. PLATAFORMA MANAUS

La EST-UEA (Manaus, Brasil) fue la ultima universidad enincorporarse a esta red. No obstante se trabaja fuertemente(con el apoyo de las otras universidades, de los proyectos in-ternacionales CCD y ALFA (ALFA II-0341-A) y del regionalde la FAPEAM-CNPq) en la creacion de las instalaciones.El objetivo es abarcar los diferentes tipos de accionamien-tos y automatizaciones dentro del area de Mecatronica, esdecir, accionamientos electricos y neumaticos unidos a lacoordinacion de actividades con controladores de robots ymaquinas herramientas. Actualmente se dispone de 4 maquetasde accionamientos electroneumaticos (tres de Amatrol y unade Festo), un robot Saturno y una minifresadora con controlelectronico. Para su integracion al sistema de practicas deensenanza a distancia se utiliza un PLC Wago 750-841 y unPLC Telemecanique TSX3722 con modulo de Internet ETZ410. En este trabajo se presentan las practicas desarrolladascon el Wago y el software Codesys.

A. Bloque 1

Accionamiento electrico por PLCs. Los accionamien-tos electricos se pueden clasificar segun el tipo de motoreselectricos que gobiernan. Las caracterısticas de los contro-ladores cambian si los motores son de corriente continua (DC),corriente alterna (AC, principalmente de induccion) y motorespaso a paso.

En la Tabla IV se relacionan los componentes de la maquetade accionamiento electrico del motor paso a paso de la EST-UEA (desarrollado e instalado por los profesores de la UPCdentro del proyecto CCD).

En la Figura 12 se presenta una seccion del programa en elsoftware CodeSys del PLC Wago para el control del motorpaso a paso, desarrollado todo en lenguaje LD (ladder) olenguaje de contactos, donde se crea una senal pulsante para

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Fig. 10. Ejemplo de programacion de la regulacion de temperatura

TABLA IRELACION DE ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC1

I/O Direccion Descripcion Estacion

DI %IX2.0 Sensor Inductivo Posicion 1 MP1DI %IX2.2 Sensor Inductivo Posicion 2 MP1DI %IX2.4 Sensor Inductivo Posicion 3 MP1DI %IX2.6 Sensor Inductivo Deteccion Pulsos MCCDO %QX2.0 Bobina 1 Motor Paso a Paso MP1DO %QX2.1 Bobina 2 Motor Paso a Paso MP1DO %QX2.2 Bobina 3 Motor Paso a Paso MP1DO %QX2.3 Bobina 4 Motor Paso a Paso MP1DO %QX2.7 Activacion Interruptor Estatico Luz IL1AO %QW0 Duty Cycle Convertidor DC/DC MDC

TABLA IIRELACION DE ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC2

I/O Direccion Descripcion Estacion

DI %IX2.0 Sensor Inductivo MP2DO %QX2.0 Bobina 1 Motor Paso a Paso MP2DO %QX2.1 Bobina 2 Motor Paso a Paso MP2DO %QX2.2 Bobina 3 Motor Paso a Paso MP2DO %QX2.3 Bobina 4 Motor Paso a Paso MP2DO %QX2.4 Sentido de Giro Positivo Motor Induccion MIDO %QX2.5 Activacion del Ventilador RTDO %QX2.6 Activacion Interruptor Estatico Luz IL2DO %QX2.7 Velocidad del Motor de Induccion MIAI %IW0 Sonda de temperatura RTAI %IW1 Consigna de Velocidad Motor de Induccion MIAO %QW0 Duty Cycle del Convertidor DC/DC resistencia RTAO %QW1 Consigna velocidad variador de frecuencia MI

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TABLA IIIRELACION DE COMPONENTES MAQUETA MANAUS

Cantidad Componente

1 Motor de pasos PM 35L - 0481 Puente de Diodos4 Resistencias de potencia1 PLC Wago1 Fuente Telemecanique TBX SUP 10 (24 volts)

Fig. 12. Ejemplo programacion del motor paso a paso

repetir el ciclo y luego se divide en 4 partes con tempo-rizadores, esto establece un ciclo de 4 etapas utilizado parael sentido horario o antihorario. Este PLC tiene incorporadoen su CPU un servidor Ethernet que permite conectar el mismoa cualquier red LAN (sistema de transmision de datos) con unnumero IP como se hace con cualquier ordenador normal. Estafacilidad permite la programacion y el control remoto de lapractica de forma local y a distancia.

B. Bloque 2

Interfaz de programacion y control remoto de laspracticas desde una interfaz usuario en Internet. El es-tudiante de automatizacion tambien necesita conocer como sedisenan y programan sistemas de control remoto, por tanto lainterfaz de programacion y control remoto no solo es utilizadapara estudiantes a larga distancia, sino tambien para que losestudiantes locales aprendan el conocimiento (Know-How)de como son desarrollados estos sistemas. Para este fin, senecesita una arquitectura de comunicacion distribuida con trestipos de interfaz: la interfaz de comunicacion, entre el procesode los sistemas de control y el servidor de aplicaciones deprocesos; interfaz de servidor de aplicaciones y el servidorweb, y una ultima interfaz entre el servidor web y los usuarios.La primera interfaz se desarrolla en lenguaje java, en labviewy datasockets a fin de formar un servidor intermediario de basede datos que permite el acceso a la comunicacion y gestionarlos procesos del automata, desde la plataforma de software

intermedio Moodle (middleware, software que se encuentraentre el sistema operativo y las aplicaciones del sistema). Lasegunda interfaz se desarrolla tambien con lenguaje java, lab-view, datasockets y miniaplicaciones (servlets, programas quese ejecutan en el servidor) java que permiten el accionamientode los recursos de visualizacion grafica del sistema distribuido.La tercera interfaz se desarolla encima de programacion PHP(lenguaje del lado servidor de gran potencia y simplicidad),propia del Moodle, sin embargo cuenta con lenguaje java yminiaplicaciones (applets, programillas que se ejecutan en lamaquina cliente) java para garantizar la visualizacion graficade los comandos solicitados por el usuario.

Con la arquitectura de comunicacion distribuida se pretendeofrecer algunos recursos de visualizacion especıficos como lasimagenes en tiempo real de la ejecucion de las practicas, lassimulaciones de programas utilizando los distintos lenguajesde programacion y los graficos de los parametros de laspracticas implementadas. Todos estos procesos quedan abier-tos para el analisis de los estudiantes interesados al ser in-corporados como recursos didacticos para que los estudiantestomen ejemplos y desarrolle otras aplicaciones similares.

C. Supervision

La plataforma Manaus, por la misma razon que en laplataforma Barcelona, necesita algun recurso que permita alalumnado supervisar sus practicas cuando trabaja a traves deinternet, online. En Manaus se dispone de una webcam. Estase encuentra delante del sistema, permitiendo la visualizacionde todos los movimientos de la celula de fabricacion flexible.En la Figura 13 se muestra la imagen del sistema de trabajocaptada a traves de la webcam.

Fig. 13. Vista del sistema de trabajo a traves de la webcam

IV. PLATAFORMA SANTIAGO DE CUBA

Esta plataforma se encuentra instalada en la Universidad deOriente (UO) de Santiago de Cuba (Cuba) y es el resultadovarios anos de trabajo y colaboracion entre la UO y la UPC.

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TABLA IVRELACION DE COMPONENTES EN LA MAQUETA DE CONTROL DE

VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

Cantidad Componente

1 Motor de pasos PM 35L - 0481 Taco generador1 Maqueta SAD 1001 PLC Wago1 Convertidor 0-10 V a 4-20 mA1 Fuente de alimentacion (24 volts)

A. Bloque 1

Control de Velocidad de un motor de DC empleandoel PLC Wago. Los sistemas de control encuentran un ampliocampo de aplicacion en el control de motores. Las practicas delaboratorio que se imparten con esta plataforma se basan en elcontrol de motores, en este caso, en el control de velocidad deun motor de corriente continua. Este sistema se compone por lamaqueta (Figura 13 donde esta montado el motor de corrientecontinua (DC), el tacogenerador y el freno, un sistema depotencia y un PLC Wago. Para controlar la velocidad dedicho motor se utiliza y implementa un controlador del tipoPI (proporcional y integrador) utilizando el gran potencial delprograma CoDeSys que integra en sus librerias este bloquefuncional.

Fig. 14. Instalacion: motor CD, freno y tacogenerador

El automata Wago tiene dos entradas analogicas de rangode 4 a 20 mA y dos salidas analogicas de rango de 0 a 10V.Estas variables se utilizan para interactuar con el sistema detrabajo, una entrada analogica se utiliza para leer la velocidadreal del motor y una de las salidas para mandar consignas develocidad al convertidor. Para adaptar la salida de la maquetacon la entrada del automata se ha disenado circuitos basados enamplificadores operacionales para la adaptacion de corriente yniveles de tension.

El objetivo de este sistema de trabajo es que los alumnosrealicen sus propios programas de control y los descarguen

al PLC a traves de Ethernet. En la Figura 15 se muestraparte del programa para el sistema realizado en lenguaje SFC(Sequential Function Chart).

Para la supervision se dispone de un sistema Web quepermite el acceso al estado de todas las entradas y salidasdel automata, ası como la informacion de la configuraciondel PLC, entre otras cosas. Con esta informacion los usuar-ios pueden verificar el funcionamiento de sus programasdescargados al automata. El link de la pagina de acceso delautomata se encuentra en la plataforma Moodle, junto conotros documentos e informacio de interes para la realizacionde las practicas. En la Figura 16 se muestra la pagina con lainformacion del automata WAGO utilizado por el alumno parasu supervision de las practicas.

Fig. 16. Informacion a cerca del PLC WAGO

Tal como se ha comentado anteriormente el softwareCoDeSys permite trabajar en modo simulacion. Este recursopermite que los estudiantes simulen sus programas antesde descargarlos al automata y ası verificar su correcto fun-cionameiento, corrigiendo los posibles errores de progra-macion. En la Figura 17 se muestra un ejemplo de un programapara el funcionamiento de un semaforo y su visualizacioncomo modo de supervision del sistema de control.

V. CONCLUSIONES

En este artıculo se presentan diferentes plataformas paradesarrollar practicas de automatas programables a traves deInternet. Se emplean automatas Wago y el software de progra-macion CoDeSys. El alumno puede desarrollar practicas cen-tradas en accionamientos de diversos tipos dentro del area demecatronica que le ayuden en su formacion, introduciendolesnuevas tecnologıas y metodologıas de estudio.

La experiencia practica de la puesta en marcha de loslaboratorios remotos y su integracion ha demostrado ser uncomplemento perfecto a las tradicionales practicas presen-ciales. Los alumnos han reforzado sus conocimientos y hanpodido hacer mas practicas de lo habitual. Ası, la expericienciade integrar diferentes plataformas de automatizacion ha sidoplenamente satisfactoria.

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Fig. 15. Fragmento de codigo realizado en CoDeSys

Fig. 17. Ejemplo de programa para el funcionamiento de un semaforo

Los autores quieren subrayar el creciente potencial de for-macion a distancia y las grandes posibilidades que ofrece tantoa nivel teorico como practico. Este potencial es especialmenteimportante porque permite la implantacion de redes de labo-ratorios remotos donde se optimizan al maximo los recursos.Ası, un estudiante de cualquiera de las universidades de la redpodra acceder a las practicas de las otras. Para alcanzar estosobjetivos, existen ciertas cuestiones que se tienen que tener encuenta: la velocidad de la conexion a Internet (importante parala rapidez de carga y refresco del programa, de las pantallasde supervision y de la camara IP) y la gestion de usuarios paraacceder a los automatas.

RECONOCIMIENTO

Los autores agradecen el apoyo del CCD-UPC, proyectoAlfa II-0341-A y las empresas Schneider Electric y Wago.

REFERENCIAS

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[9] IEC61131-3 Programmable controllers. Part 3. Programming lan-guages, 2nd ed. IEC International Electrotechnical Commission, 2003.

[10] Moodle, Available: http://moodle.org.[11] J. Garcia, O. Boix, I. Benıtez, and A. Sumper, “Criteria of selection and

comparative study of e-learning platforms,” in International ConferenceInteractive Computer Aided Learning, Villach, Austria, Sept 2005.

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MOLAS et al.: INTEGRACION INTERNACIONAL DE PLATAFORMAS 9

Lluıs Molas Balada obtuvo la diplomatura de In-geniero Tecnico Industrial especializado en elect-ricidad en junio de 2003 y la licenciatura de In-geniero Industrial en enero de 2006. Actualmentees estudiante de doctorado y becario del area deenergıa del CITCEA. Su trabajo se centra en eldiseno de plataformas remotas para e-learning, lamonitorizacion de subestaciones para un manten-imiento predictivo, el comportamiento dinamico deaerogeneradores y la calidad de subministro.

Coia Ferrater Simon nacio en Reus (Tarragona).Obtuvo la licenciatura de Ingeniera Industrial Supe-rior especialidad en automatica en enero de 2006.Actualmente es estudiante de doctorado y becariadel area de mecatronica del CITCEA. Su trabajose centra en el desarrollo hardware y software deconvertidores de frecuencia y diseno de plataformasremotas para e-learning.

Oriol Gomis Bellmunt nacio en Alio, Tarragona,Espana, en 1976. Obtuvo el tıtulo de ingenieroindustrial por la UPC en 2001. En 1999, se in-corporo a Engitrol, Barcelona, como ingeniero deproyectos en la industria de la automatizacion. En2003, desarrollo parte de su doctorado en el DLR(Centro aerospacial aleman), Braunschweig, Alema-nia. Desde 2004, es profesor ayudante en el depar-tamento de ingenierıa electrica, UPC y participa enel CITCEA-UPC. Sus areas de interes incluyen losactuadores inteligentes, las maquinas electricas, la

automatizacion industrial y la educacion.

Antoni Sudria Andreu nacio en Barcelona, Espana,en 1950. Obtuvo el tıtulo de ingeniero industrialcon especialidad electrica y el de doctor por laUniversidad Politecnica de Cataluna en 1979 y 2005respectivamente. En 1979, se incorporo al depar-tamento de ingenierıa electronica de la UPC. En1980, se incorporo a La Maquinista Terrestre yMarıtima (MTM), actualmente Alstom. Al mismotiempo, continuo como profesor a tiempo parcial enel departamento de ingenierıa electrica donde se es-tablecio como profesor a tiempo completo en 1985.

Es autor y coautor de mas de 100 publicaciones, incluyendo algunos libros. Hadirigido una gran cantidad de proyectos de investigacion y de transferenciade tecnologıa con empresas. En 2001 fundo el CITCEA-UPC (Centro deInnovacion Tecnologica en Convertidores Estaticos y Accionamientos).

Oriol Boix Aragones nacio en Barcelona (Espana).Obtuvo el tıtulo de ingeniero industrial con espe-cialidad electrica y el de doctor por la UniversidadPolitecnica de Cataluna en 1988 y 1997 respectiva-mente. Es profesor del Departamento de IngenierıaElectrica de la Universidad Politecnica de Cataluna.Sus areas de interes son la ensenanza a traves deinternet, los armonicos, la calidad del suministroelectrico y la automatizacion industrial.

Israel Benıtez Pina nacio el 1959 en Santiago deCuba, Cuba. Graduado en 1982 de Ingenierıa deControl Automatico en Universidad de Oriente (UO,Cuba). Desde 1982 fue Profesor del Departamentode Control Automatico de la UO e En 1999 terminasu Doctorado en Ciencias Tecnicas con el trabajode Programacion orientada a objeto de CLPs. Desde1994 impartio postgrado sobre Automatica Indus-trial, Algoritmos para control de CLPs, Lenguajesde Programacion, Modelado y control de sistemasde eventos discretos, Automatizacion Neumatica e

Hidraulica, Robotica industrial en universidades de Cuba, Mexico, Venezuela,Espana y Brasil. En el 2001 realiza un Post-doctorado en Mecatronica enla Escuela Politecnica de la Universidad de Sao Paulo, USP, Brasil. Desde1985 trabaja en diferentes proyectos de automatizacion industrial en Cuba.Desde 1994 participa en diferentes proyectos internacionales como Red deEdificios Inteligentes de CYTED (1998), ALFA de ensenanza a distanciade automatizacion industrial (No. II-0341-A del 2003), FAPEAM-CNPq demodelado y programacion de sistemas de manufactura flexible (2004). Realizainvestigaciones en las lıneas de Automatizacion de Procesos Industriales,Modelado y control de Sistemas de eventos discretos. Control de ProcesosIndustriales, Automatizacion Neumatica e hidraulica, Robotica, Programacionorientada a objetos, Sistemas tolerantes a fallas, Ensenanza a distancia.

Jose Ruben Sicchar Vilchez nacio el 1974 enIquitos, Peru. Estudio y se graduo en ingenieriaelectrica en la Universidade Federal do Amazonas,en Manaus, Brasil en 1999. Hizo post-grado en inge-nieria industrial (2000), ingenieria de mantenibilidad(2001) e ingenieria economica (2003). Desarrolloproyectos de distribuicion de enegia electrica dealta,mediana e baja tension en la concesionaria deenergia electrica Manaus Energia e CEAM, emManaus de 2000 a 2003. Dedicase desde 2003 ala docencia universitaria de ingenieria electrica y

mecatronica, en la Escola Superior de Tecnologia de la Universidade do Estadodo Amazonas y de ingenieria de telecomunicaciones del centro de ensenanzasuperior FUCAPI. Es miembro del grupo de investigacion cientıfica Placasdel CNPq y del grupo de investigacion internacional ALFA para sistemasde ensenanza a distancia de automatizacion por internet. Actualmente desar-rolla proyectos de automatizacion industrial y de sistemas de comunicaciondistribuidos aplicados al control de posicion de manipualdores roboticos conestimacion correctiva de filtros de Kalman, que es tema de su tesis de maestriaen ingenieria de telecomunicaciones, por la Universidade Federal do Para.

Marivan Silva Gomes e Professor Visitante doDepartamento de Engenharia da Computacao daUniversidade Estadual do Amazonas (UEA), Engen-heiro Pleno pela Universidade Federal do Amazonas(UFAM, 1996), Mestre em Engenharia Eletrica(UFRJ, 2005). Desde 1996 vem trabalhando comSistemas Embarcados e Automacao/Controle, sendodocente de disciplinas nesta area desde 1997 naUFAM/UEA. Atualmente e Coordenador do Pro-grama de Pos-Graduacao em Mecatronica Industrialna UEA (Especializacao).

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10 IEEE-RITA Vol. 1, Num. 1, Nov. 2006

Felix Vladimir Roldan Jimenez nacio en Moscu,URSS en 1978. Obtuvo el tıtulo de Ingeniero enAutomatica en la Universidad de Oriente en Juliodel 2002. En 2002 se incorporo como profesor alDepartamento de Control Automatico de la Facultadde Ingenierıa Electrica de la UO. Participa en elproyecto Alfa de la union europea para desarrollarun sistema a distancia de ensenanza de automati-zacion utilizando automatas y para la creacion deuna red de laboratorios remotos.

Ksenia Arias Granda nacio en Santiago de Cuba,Cuba en 1978. Obtuvo el titulo de Ingeniero enAutomatica en la Universidad de Oriente en Julio del2002. Inmediatamente despues de graduada se in-corporo como profesora al Departamento de ControlAutomatico de la Facultad de Ingenierıa Electrica dela propia universidad. Dentro de sus funciones comodocente ha tutorado tesis de grado y proyectos decursos. Es autora y coautora de varias publicaciones,ha participado en proyectos relacionados con el usode las TIC en la ensenanza.

Luisa Villafruela Loperena , Ingeniero en Tele-comunicaciones, Master en Automatica. ProfesoraAsistente. Imparte docencia de Automatica I en elDepartamento de Control Automatico. Investiga enel modelado de redes de comunicaciones industrialescomo parte de una automatizacion integrada.