INSTITUTO TECNOLGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS TOLUCA DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN LABORATORIO VIRTUAL UTILIZANDO REDES DE PETRI TESIS Que para obtener el grado acadmico de MAESTRO EN CIENCIAS En Ingeniera Electrnica PRESENTA CARLOS VZQUEZ HURTADO ASESOR DR. LUCIANO CHIRINOS GAMBOA CO-ASESOR M. EN C. ALAN CSAR GONZLEZ GARCA TOLUCA, MXICODICIEMBRE 2002 NDICE Resumen........................................................................................................... viCaptulo 1. Introduccin.................................................................................. 1.1.Introduccin..................................................................................1.2.Antecedentes...............................................................................1.3.Definicin del problema................................................................1.4.Objetivo........................................................................................1.5.Justificacin..................................................................................1.6.Limitacin y delimitacin..............................................................1.7.Organizacin de la tesis...............................................................11246677Captulo 2. Marco terico................................................................................ 2.1.Introduccin..................................................................................2.2.Sistemas de EventosDiscretos...................................................2.3.Introduccin a las redes de Petri..................................................2.3.1.Estructura de redes de Petri..............................................2.3.2.Grficas de redes de Petri.................................................2.3.3.Marcajes de redes de Petri................................................2.3.4.Reglas de ejecucin de las redes de Petri........................2.3.5.Espacio de estados de redes de Petri...............................2.3.6.Propiedades de las redes de Petri....................................2.3.6.1.Seguridad..........................................................2.3.6.2.Acotamiento.......................................................2.3.6.3.Conservacin.....................................................2.3.6.4.Vivacidad ..........................................................2.3.6.5.Alcanzabilidad...................................................2.3.7.Tcnicas de anlisis 2.3.7.1.rbol de alcanzabilidad 2.3.7.2.Mtodos matriciales 2.3.8.Redes de Petri temporizadas 2.3.8.1.Inclusin del tiempo en un modelo de RdP.......2.3.8.2.Redes de Petri con transiciones temporizadas.2.4.Estabilidad, control y regulacin.................................................. 99910101112131415151515151616161618181819Captulo 3. Metodologa.................................................................................. 3.1.Introduccin..................................................................................3.2.Diagrama de flujo de la metodologa...........................................3.3.Metodologa..................................................................................3.3.1.Definicin del problema.....................................................3.3.2.Diagrama tcnico...............................................................3.3.3.Diagrama de estados........................................................3.3.4.Reglas de ejecucin..........................................................3.3.5.Definicin de plazas y transiciones...................................3.3.6.Asignacin de marcas.......................................................20202021212122232424ii3.3.7.Grfica de la red de Petri...................................................3.3.8.Anlisis de estabilidad.......................................................3.3.9.Control y regulacin...........................................................3.3.10. Simulacin........................................................................3.3.11. Redes de Petri temporizadas........................................... 2526262727 Captulo 4. Pruebas y resultados................................................................... 4.1.Pruebas........................................................................................4.1.1.Validacin del modelo de RdP del sistema.......................4.1.2.Tiempo de respuesta del programa WinCC......................4.1.3.Tiempos de acceso dentro del Campus............................4.1.4.Tiempos de acceso fuera del Campus..............................4.1.5.Pruebas del Laboratorio Virtual en quipos de trabajo.......4.2.Resultados...................................................................................4.2.1.Experimento virtual, la forma tradicional...........................4.2.1.1.Definicin del problema....................................4.2.1.2.Diagrama tcnico..............................................4.2.1.3.Grafcet..............................................................4.2.2.Modelado del experimento virtual utilizando RdP.............4.2.2.1.Definicin del problema....................................4.2.2.2.Diagrama tcnico..............................................4.2.2.3.Diagrama de estados........................................4.2.2.4.Reglas de ejecucin..........................................4.2.2.5.Definicin de plazas y transiciones...................4.2.2.6.Asignacin de marcas.......................................4.2.2.7.Grfica de la red de Petri..................................4.2.2.8.Anlisis de estabilidad.......................................4.2.2.9.Control y regulacin..........................................4.2.2.10.Simulacin........................................................4.2.3.Implementacin.................................................................4.2.3.1.Eleccin de Hardware y Software.....................4.2.3.2.Modos de operacin..........................................4.2.3.3.Manipulacin de los modos de operacin.........4.2.3.4.Organizacin del programa...............................4.2.3.5.Descripcin de las funciones............................4.2.3.6.Asignacin de entradas y salidas.....................4.2.4.Interfase grfica con WinCC.............................................4.2.4.1.Descripcin de la pantalla.................................4.2.5.Visualizacin mediante cmara de red............................. 292929292931313333333434353535363637383939404243434546474849515152Captulo 5. Resultados y conclusiones......................................................... 5.1.Conclusiones................................................................................5.2.Trabajo futuro...............................................................................

535354Referencias...................................................................................................... 55 iiiivRESUMEN ElobjetivodeesteproyectoeseldeproveeralosestudiantestantodelITESMCampus Toluca como de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Esslingen, con acceso remoto, al proyecto del Laboratorio Virtual.El Laboratorio Virtual se compone en este momento por un experimento electro-neumtico conectado a una computadora personal (servidor) va un Controlador Lgico Programable (PLC). El usuario puede utilizar un navegador de Internet paraaccederalservidordeVNC(VirtualNetworkComputing)yenviarlosparmetroso comandos requeridos al PLC. ElmodeladopuedeserhechousandoredesdePetrioherramientastradicionalescomo Grafcetodiagramadeestados.Sehadiseadounsimuladorpropioparaelexperimento virtual de manera tal que los estudiantes puedan probar e implementar sus controladores de forma segura.Con el propsito de llevar un seguimiento ms real del proceso se aade una cmara de red al servidor. CAPTULO 1 INTRODUCCIN 1.1.INTRODUCCIN Elpropsitodeesttesisesmodelar,simulareimplementarunexperimentoelectro-neumtico.Dichoexperimentosuponeunprocesoindustrialsencilloendondeel dispositivo toma y coloca piezas. Para ubicar al experimento dentro de un contexto global denominado en adelante Laboratorio Virtual se conectar el sistema electro-neumtico a unacomputadorapersonalvaunControladorLgicoProgramable(PLC,acrnimoen inglsdeProgrammable-LogicController).Lacomputadorafuncionarcomoservidorde VNC[5](VirtualNetworkComputing)yproveeralosestudiantesdeaccesoremotoa travs de Internet al Laboratorio Virtual. ElproyectodelLaboratorioVirtualsurgeenelao2001.Esuntrabajocoordinadoentre dosuniversidadesparaofrecerasusestudianteslaoportunidaddetrabajarjuntos,de resolver problemas considerando diferentes puntos de vista, de aprender nuevos idiomas y de intercambiar culturas. ElLaboratorioVirtualbrindadesdeelpuntodevistatcnicoelusodeherramientas industrialesdehardwareysoftwarereales.Encuantoalhardwareseutilizanactuadores neumticosdeFESTOyparacontrolseempleanPLCsS7-300deSIEMENS[2]. Hablando de software se utiliza STEP 7 [3] para programarlos PLCs. Para visualizacin y controlseusaWinCC.Esteltimoesunsistemaindustrialytecnolgicamenteneutral capazdemanejardesplieguedegrficasytareasdecontroldesistemasenprocesosde automatizacin y produccin [4]. El concepto de Laboratorio Virtual se ha manejado ya con un enfoque diferente dentro del ITESM Campus Toluca, as por ejemplo se puede citar el proyecto de dos estudiantes que enel2002trabajaronbajoelsistemaoperativoentiemporealQNXyutilizandolos lenguajesdeprogramacinJavayC++[1]desarrollaronunprogramaparacontrolde procesos a distancia basado en una plataforma determinstica. _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 1 1.2.ANTECEDENTES ElInternetfuecreadoen1974comounaherramientadecomunicacinparainstitutosde investigacin,universidadesylamilicia[6].LasaplicacionesdelInternetenlaindustria son relativamente nuevasy se refieren principalmente al uso de PLCs conectados en lnea. Realizarelcontroldeunprocesodemaneraremotatienelaventajadedescentralizarel procesodeautomatizacinycontrol.Unadelasprincipalesdesventajasdeusareste mtodo es que el tiempodesde que se enva un comando al controladorhasta que ste lo recibeyactaesimpredecible.stetemahasidoabordadoconanterioridadpor investigadoresdediversasuniversidadesyenlaindustria.Acontinuacinsemencionan algunos trabajossimilares al que en este proyecto se propone: JorgeTuttasyBernardWagnertrabajaronenunproyectotituladoDistributedOnline Laboratories.Elobjetivodeesteproyectoeseldesarrollodenuevosmtodosde aprendizaje as como del equipo apropiado para el aprendizaje y entrenamiento basados en experimentacindistribuida[7].UtilizandoherramientascomoHTMLyJavapara construirunlaboratorioremotohaceposiblequeestudiantesdelasuniversidadesde Stanford(StanfordLearningLab)ylauniversidaddeHannover(LearningLabLower Saxony)diseen, implementen y prueben controladores discretos. MohamedShanenysuscolaboradorespublicaronen1998unartculotituladoRemote LaboratoryExperimentationendondedescribenunproyectocuyoobjetivoeselde proveer a los estudiantes de Case Wetern Reserve y Copoper Union Universities con acceso remotoalcontroldeprocesobytronico[8].Ellossevalandeunnavegadorparaqueel usuarioingresaraasupginadesdecualquierpartedelmundo.Porstemediopodan enviarlosparmetroshastaunservidorLabVIEWGconectadoalaunidaddecontrola travs de un PLC. Celal Batur y un grupo de investigadores publicaron en Junio del 2000 un artculo en donde explican cmo sintonizar de manera remota un controlador de posicin PID va Internet [9]. Ensupublicacindiscutenprincipalmentedos problemas que encontraron al momentode realizar su aplicacin; el primero se refiere a los retardos impredecibles en la comunicacin _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 2 enelsistemadeInternet,elsegundoserefierealaconfiabilidaddetalmetodologade control. Jin Bin trabaj con su equipo para desarrollar un control jerrquico flexible para una lnea de ensamble automatizada [10]. l y su equipo utilizan un controlador lgico programable basadoenredesPetricomoestacindecontrolpararealizaroperacionesdeensamble individuales.Porotrolado,medianteuncontroladordelnea,formanunnmerode operacionesdeensambleseparadasdentrodeunalneadeensamble.Finalmentepara interconectarlasestacionesdecontrolconloscontroladoresdelneaseutilizaunaredde rea local de bajo costo. S.C. Lauzon desarroll en colaboracin con otros tres investigadores una aplicacin de la teoraparasistemasdeeventosdiscretosenlamanufacturaflexible[11].Ensuartculo presentanlaimplementacindelmodelodeSistemasdeEventosDiscretosenconjuncin con la tecnologa de PLCs para realizar el control en la manufacturacin de celdas de carga. Losautoresproponenelusodeunacomputadorapersonalqueposealacapacidadpara generarautomticamenteestrategiasdesupervisinycontrolenlnea,ascomosu consecuente descarga en el PLC. WilliamBurkeyEamonnByrnedesarrollaronunsistemadecontroldetemperatura confiable para el tanque de vaci Alcator C-MOD [12]. Mediante un PLC monitorean 472 termocoples tipo K para medir las temperaturas y controlar los calentadores usando bancos de relevadores de estado slido. Adems el PLC ofrece logging de datos y capacidad para realizar diagnsticos en lnea. NoriichiKanayadesarrolljuntoconAsaokayMaezawaunsistemadecontroldeuna bombadevaciusandocontroladoreslgicosprogramablessobreunaredTCP/IPparael anillo de almacenamiento 2.5-GeV [13]. Los investigadores utilizan un PLC para controlar lacorrientedediecisisrelevadoresdeestadoslido,lograndoconelloelcontrol simultaneodediecisisbombas.PuestoquelosPLCsqueusancuentanconunpuertode red TCP/IP es posible conectarlos a una computadora personal (PC).Entonces la PC puede _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 3 controlarautomticamentelosPLCsenviandounconjuntodeinstruccionesatravsdela red. En el tema de los simuladores Yaobin Chain desarrollo un simulador para control en tiempo realdesistemasdemanufacturaautomatizadosutilizandoredesdePetri[14].Elsoftware ofreceunaherramientadediseointuitivoconenfoquegrficoyconcapacidadpara corregir errores, muy conveniente para modelado y control de sistemas de manufactura. GasperMusicyDragoMatkopresentanunartculollamadoPetrinetbasedcontrolofa modular production system [15] en donde plantean un enfoque sistemtico para diseo de control secuencial. Su primera meta es mostrar como los modelos con redes de Petri pueden serusadoscomoherramientaparalaespecificacindelcontrolsecuencialquepermitael desarrollosistemticoyelanlisisdeunmodelodeespecificacin.Ensegundolugar muestran como el modelo de especificacin puede ser usado como dato de entrada para el segundoniveldecoordinacinempleandoconceptosdecontroldesupervisin.Alfinal presentan un mtodo de implementacin. El doctor Zvi Retchkiman escribi un artculo sobrela teora de estabilidad para una clasedesistemasdinmicos[16].Enellosofrecelateoradeestabilidadbsicaquesenecesita paraentenderlascontribucionesdelautoralcampodelossistemasdeeventosdiscretos.Ofrece adems frmulas simplificadas para el anlisis de estabilidad de sistemas modelados con redes de Petri. 1.3.DEFINICIN DEL PROBLEMA QuventajasofrecealosestudiantesdelsistemaITESMCampusTolucacontarconun LaboratorioVirtualquelespermitamodelar,simular,monitorearycontrolarprocesos industriales? La creciente demanda por cursos en lnea con una validez y respaldo acadmico fue uno de los motores que llevaron al ITESM a crear la universidad virtual. Este concepto funciona en _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 4 el mbito terico conceptual, sin embargo, a la fecha no se ofrecen cursos prcticos en lnea para que el estudiante interacte con un proceso industrial. BajoelconceptodelLaboratorioVirtualelalumnoestencontactoconestudiantesde universidades en el extranjero para resolver un problema comn. Dicho problema comienza al modelar ya sea con Grafcet o con redes de Petri el sistema de manufactura asignado, una vez que se ha conseguido el modelo es necesario validarlo aplicando la teora de estabilidad para sistemas modelados con redes de Petri y simularlo. La simulacin puede ser hecha con simuladoresgenricosoconelsimuladordesarrolladoparasteproyecto.Finalmentela implementacin se realiza con herramientas como actuadores neumticos, PLCs y software de visualizacin y control industrial. Entre las ventajas de sta propuesta se pueden mencionar: Elestudiantepuedeaplicarsusconocimientostericosenlaprcticaandesdeuna localidad remota. Elestudiantetienelaoportunidaddeintercambiaryaplicarideasparalasolucinde problemasconestudiantesdeotrasuniversidades,ancuandostasseencuentrenen continentes diferentes.El estudiante est ms motivado a aprender nuevas lenguas que le permitan interactuar de manera ms natural con estudiantes de otros pases. Elestudiantepuedeintercambiaraspectosculturalesdesupasalrelacionarsecon otrosestudiantesporunperodoconsiderabledetiempoalavezqueresuelvenel problema del experimento asignado. Elestudianterealizalaimplementacin de manera ms rpida y efectiva al contar con un modelo valido con Grafcet o redes de Petri. Elestudianteverificaycorrigeerroresoportunamentemediantelasimulacindel proceso. Elprofesorpuededifundirsusconocimientosamayordistancia,ascomoaprendero compartir tcnicas didcticas con profesores de otras universidades. _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 5 1.4.OBJETIVO ElpresentetrabajotienecomoobjetivodisearunLaboratorioVirtualyconstruirun experimentoquesimuleunprocesoindustrialcontroladoyvisualizadodesdeInternet. Dicho proceso ser modelado con redes de Petri. 1.5.JUSTIFICACIN Este proyecto surge de la inquietud de dotar a los estudiantes de ingeniera o postgrado, con una herramienta que les permita poner en prctica desde su hogar o una localidad remota el conocimiento adquirido en las aulas. Este trabajo se realiza en coordinacin con la universidad alemana Esslingen University of Applied Sciences. Lo anterior permitir un intercambio de ideas y experiencias a travs de laredtodavezquelosalumnosdelCampustendrnaccesoalosexperimentosporellos propuestos y viceversa. Otradelasrazonesporlasqueseconcibiesteproyectoesporquelosalumnosque estudianatravsdelauniversidadvirtualcarecendetalleresprcticosenlnea.Aquse proponenalgunosprocesosparaqueelalumnopuedacontrolaryaportarsoluciones creativas. Entre las principales aportaciones de este proyecto estn: LaconstruccindeunLaboratorioVirtualquefomentalacolaboracinentredistintas universidades.PresentaunametodologaparamodelarconGrafcet,diagramasdeestadoy principalmente con redes de Petri. Ofrece un simulador grfico propio para el proceso del primer experimento virtual. Optimiza recursos e innova al equipo de automatizacin. Permite adquirir habilidades tcnicas de nueva generacin. Fomenta el intercambio de ideas y culturas. _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 6 1.6.LIMITACIN Y DELIMITACIN EsteproyectoestdelimitadoadisearelLaboratorioVirtualyofrecerunametodologa para modelar sistemas de manufactura con redes de Petri ordinarias y temporizadas. Las limitaciones del proyecto son: 1)LassesionesdeprcticadelestudianteestnlimitadasporelnmerodePLCs conectados en lnea. 2)Dichas sesiones estn afectadas por los retardos de Internet que se generan por la carga de la red. 3)Enestemomentoslosecuentaconunexperimentoasquecadagrupodetrabajotiene un tiempo asignado para su sesin de entrenamiento. 4)El simulador de proceso desarrollado slo puede simular el experimento actual. 1.7.ORGANIZACIN DE LA TESIS En el captulo uno se ofrece un marco introductorio y de referencia en el cual se explica el problemadelLaboratorioVirtual,presentaunpanoramadetrabajosrelacionados,sedan los objetivos, la justificacin y se delimita el trabajo de tesis. Enelcaptulodosseexplicalateoranecesariaparacomprenderelprocesodemodelado con redes de Petri. Se divide en tres secciones: Sistemas de eventos discretos, Introduccin a las redes de Petri y Anlisis de estabilidad, control y regulacin para sistemas modelados con RdP. Enelcaptulotressepresentalametodologapropuestaparamodeladoysimulacinde sistemas de manufactura utilizando redes de Petri. Se explica dicha metodologa utilizando un ejemplo sencillo resuelto paso a paso hasta obtener el modelo en redes de Petri a partir del sistema fsico. EnelcaptulocuatroseexponenlaspruebasrealizadassobreelLaboratorioVirtualyse muestranlosresultadosobtenidoscomoson:modeladodelexperimentodelLaboratorio _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 7 _____________________________________________________________________________ Captulo 1. Introduccin 8utilizando Grafcet, modelado del experimento utilizando redes de Petri, la implementacin desteltimomodelo,lainterfasegrficadecontrolyvisualizacinconWinCCyla visualizacin del proceso con una cmara de red. En el captulo cinco se brindan las conclusiones del trabajo, las aportaciones del mismo y se enlistan algunas ideas de trabajo a futuro que puede seguir a partir de esta tesis.

CAPTULO 2 MARCO TERICO 2.1. INTRODUCCIN Enestecaptuloseexplicalateoranecesariaparacomprenderelprocesodemodelado conredesdePetriexpuestoenelcaptulotres.Asmismoseofrecentcnicascomo estabilidad y regulacin que permiten crear un modelo libre de errores. LasRedesdePetri(RdP),sonunaherramientaquesirveparamodelarsistemas.El modelo obtenido ofrece informacin acerca de la estructura y comportamiento dinmico del sistema. Esta informacin puede ser utilizada para evaluar, sugerir cambios o mejoras y para validar el sistema. 2.2. SISTEMAS DE EVENTOS DISCRETOS Lossistemasdeeventosdiscretos(DES)sonaquellosqueestncompuestospor elementos que manejan entidades discretas, es decir numerables y diferenciables entre s [17].Sufuncionamientoestcaracterizadoporunasucesinfinitaoinfinitadeestados estables delimitados por eventos que ocurren, generalmente, de manera asncrona. La mayor parte de los DES han sido construidos por el hombre; como ejemplo se pueden citarlossistemasdecmputoylos sistemas de produccin discretos conocidos tambin como sistemas de manufactura. Enloqueserefierealdiseoyconstruccindesistemasdeeventosdiscretos,el modeladoconstituyeunaetapaimportante.Laspruebasefectuadassobreelmodelo (validacin),lascualesincluyenlasimulacinypruebasformales,permitendetectar problemas de diseo debidos generalmente a: especificaciones incompletas, ambiguas y a veces errneas (o irrealizables). La aplicacin iterada de pruebas y ajustes conducen a un modelo cuya implementacin ser confiable. _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 92.3. INTRODUCCIN A LAS REDES DE PETRI A continuacin se presentan los conceptos bsicos de las redes de Petri [18]. Se ofrecen las nociones fundamentales de la teora de RdP y su aplicacin al modelado de sistemas de eventos discretos [25]. 2.3.1. Estructura de redes de Petri Una RdP C, es una cuadrupleta:C = (P,T,I,O)(2.1) donde: {np p P ,...,1= }} es un nmero finito de plazas,.(2.2)0 n{mt t T ,...,1=es un nmero finito de transiciones,.(2.3)0 mLos multiconjuntos de plazas y transiciones son disjuntos: = T P . P T I :es la funcin de entrada.(2.4) P T O:es la funcin de salida.(2.5) DEFINICINUn lugar pi es una plaza de entrada a una transicin) (j i jt I p t . Un lugar pi es una plaza de salida de la transicint ) (j i jt O p . DEFINICINLamultiplicidaddeunlugardeentradapiparaunatransicintjeselnmerode ocurrencias de pi en, lo cual es igual a# .) (jt I )) ( , (j it I p Deformasimilarlamultiplicidaddeunlugardesalidapiparaunatransicintjesel nmero de ocurrencias de pi enO , lo cual es igual a. ) (jt )) ( , ( #j it O p DEFINICIN Las funciones de entrada(2.4) y salida (2.5) se extienden de la siguiente manera: _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 10 T P I : )) ( , ( # )) ( , ( #j i i jt O p p I t = (2.6) T P O: )) ( , ( # )) ( , ( #j i i jt I p p O t = (2.7) 2.3.2. Grficas de redes de Petri DEFINICIN Una grfica de RdP G, es una multigrfica bipartita ) , ( A V G =(2.8) Donde: } ,..., , {2 1 sv v v V=es el multiconjunto de nodos (vrtices)(2.9) } ,..., , {2 1 ra a a A =es un multiconjunto de arcos dirigidos) , (k j jv v a = conv .(2.10)V vk j , ElmulticonjuntoVpuedeserpartidoendosmulticonjuntosdistintosPyT,talque ;T P V = = T Py para cada arco dirigidoA ai si) , (k j jv v a =entoncesv Pj yo y .T vk Tj vk v P Nota: Una estructura de RdP consiste de plazas y transiciones, por lo tanto se tienen dos clases de vrtices (nodos).Un crculo representa un a plaza y una lnea una transicin. Ejemplo 2.1. Dibujar la grfica de la red de Petri que se da a continuacin: ) , , , ( O I T P C = { }3 1,..., p p P ={ }3 1,..., t t T = _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 11{1 1) ( p t I = }{ }2 1 1, ) ( p p t O ={ }1 2) ( p t I = { }3 2 2, ) ( p p t O ={3 2 3, ) ( p p t I = }{ }3 3) ( p t O = Entonces la grfica de la RdP anterior es: Figura 2.1. Grfica de la RdP. Dondelastresplazassedibujaroncomocrculos,lastrestransicionescomolneas,los arcos estn definidos por las funciones de entrada y salida.

2.3.3. Marcajes de redes de petri Un marcajees una asignacin de marcas a las plazas de la Red de Petri. DEFINICIN Unmarcajeen una RdPCes una funcin) , , , ( O I T P = P : ( = Naturales). El marcaje tambin se define como un vector ) ,..., , (2 1 n =(2.11) conycada| | P n = i ,esdecir,con m = i elnmerodemarcasdelai-sima plaza. El marcaje inicial 0es el marcaje original del sistema. _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 12DEFINICIN UnaRdPconmarca) , ( C M= esunareddePetriC ) , , , ( O I T P = yunmarcaje P : que tambin suele denotarse por: ) , , , , ( O I T P M= (2.12) 2.3.4. Reglas de ejecucin para las redes de Petri La ejecucin de una RdP est controlada por el nmero y distribucin de las marcas en la red.Lasmarcasresidenenlasplazasycontrolanlaejecucindelastransiciones.Una RdP se ejecuta disparando transiciones, lo cual significa remover marcas de las plazas de entrada a la transicin y creando nuevas marcas (distribuidas) en las plazas de salida. Las transiciones solo pueden ser disparadas si estn habilitadas. DEFINICINUna transicinten una RdP con marcaTj ) , ( P M=est habilitada si ) (j it I p )) ( , ( # ) (j i it I p p (2.13) Unatransicinsedispararemoviendotodaslasmarcashabilitadasdesusplazasde entrada y depositando en cada una de sus plazas de salida una marca por cada arco de la transicin a la plaza. DEFINICIN Una transicin tj en una RdP con marca) , ( C M=se dispara cuando tj esta habilitada. Si tj es disparada, esto resulta en un nuevo marcaje definido por' : )) ( , ( # )) ( , ( # ) ( ) ( 'j i j i i it O p t I p p p + = (2.14) _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 132.3.5. Espacio de estados de redes de Petri Definiciones: i)El estado de una RdP est definido por su marcaje. ii)El espacio de estados de una red de Petri con m plazas es el conjunto de todas las posibles marcas. m DEFINICIN La funcin Prximo estado para una RdPCm mT : ) , , , ( O I T P =con marca ytransicint Tj estdefinidasiyslosisecumple(2.13),ysi) ,jt ( esta definida, entonces' ) , ( =jt , donde' es igual a (2.14) DEFINICIN ParaunaRdPC ) , , , ( O I T P = conmarcaje ,unmarcaje' esinmediatamente alcanzable desdesi existe una transicint Tj tal que' ) , ( =jt . DEFINICIN El conjunto de alcanzabilidad) , ( C Rde una RdPC ) , , , ( O I T P =con marca es el ms pequeo conjunto de marcas definido por: 1.) , ( C R 2.Si) , ( ' C R y) , ' ( ' 'jt =para algunaT tj ) , ( ' ' C R DEFINICIN Lafuncinextendidadeprximoestadoestdefinidaparaunmarcaje yuna sucesin de transicionesT como: ) ), , ( ( ) , , ( j jt t = (2.15) _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 142.3.6. Propiedades de las redes de Petri 2.3.6.1.Seguridad UnaplazadeunaRdPC P pi ) , , , ( O I T P = conunmarcajeinicial essegurasi 1 ) , ( ' ip C R ( ' ), . Una RdP se dice ser segura si cada plaza en la red es segura. 2.3.6.2. Acotamiento Una plaza de una RdPC P pi ) , , , ( O I T P =con un marcaje iniciales k-segura o k-acotada si) , ( ' C R existek pi ) ( ' . 2.3.6.3. Conservacin Una red de PetriCcon marcaje inicial ) , , , ( O I T P = es "estrictamente" conservativa si) , ( ' C R tiene: =P piP pii ip p ) ( ' ) ( (2.16) Nota: En trminos de las funciones de entrada y salida se tiene que: T t t O t Ij j j = | ) ( | | ) ( | (2.17) DEFINICIN Una red de PetriCcon marcaje inicial ) , , , ( O I T P = se dice ser conservativa "con respecto a un vector de peso "si) , ( ' C R =ii iii ip p ) ( ' ) ( (2.18) 2.3.6.4. Vivacidad i)Un bloqueo en una RdP es una transicin (o una sucesin de transiciones) que no puede(n) ser disparadas. _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 15ii)Una RdP esta viva si no esta bloqueada. 2.3.6.5. AlcanzabilidadDadaunareddePetriC conmarcaje) , , , ( O I T P = ,sediceque' esalcanzablesi ) , ( ' C R . 2.3.7. Tcnicas de anlisis 2.3.7.1. rbol de alcanzabilidad Setratadeobtenerunarepresentacinfinita de todas las posibles sucesiones de disparo de transicin. Ejemplo2.2.Acontinuacinseobtendrelrboldealcanzabilidaddelagrficadela RdP del ejemplo 2.1 considerando que el marcaje inicial es} 0 , 0 , 1 {0 = .

Figura 2.2. Grfica de RdP.Figura 2.3. rbol de alcanzabilidad. 2.3.7.2. Mtodos matriciales Otra alternativa consiste en definir la RdP de la siguiente forma: UnaRdPconsisteenlacuatrupleta( dondePyTsonmulticonjuntosde) , , , +A A T Pplazas y transiciones con: )) ( , ( # ) , (j it I p i j A = Entradas a las transiciones (2.19) _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 16)) ( , ( # ) , (j it O p i j A =+Salidas a las transiciones(2.20) sonmatricesdemrenglones(| ) | m T= yncolumnas) | (| n P= .(Evidentementeel proporcionarestasmatricesesequivalenteadar,yaquepor : y T O: P T IPmediodeA+ysepuedeconstruirOeIrespectivamenteyviceversa),laventajade Aesta definicin es que ahora es posible rescribir todo en forma matricial. Seaentonces.Ahorasuponiendoquet [ ] ) 0 ,..., 0 , 1 , 0 ,..., 0 ( = j e [ ]lxm jj e t=j estahabilitada conunmarcaje ,i.e.,[ ] lxmj emxn lxmA ycomoresultadodedisparartjenelmarcaje , el nuevo marcaje' es: [ ] [ ]+ + = A j e A j e tj ) , ( [ ] ) (+ + + A A j e = [ ] A j e + = (2.21) donde: + = A A A (2.22) Ahora en el caso de tener una sucesin de disparos kj j jt t t ,..., ,2 1= entonces: [ ] [ ] [ ] A j e A j e A j ek+ + + + = ... ) , (2 1 [ ] [ ] [ ] ( ) A j e j e j ek+ + + + = ...2 1A f ) ( + = (2.23) _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 17donde:[ ] [ ] [ ]kj e j e j e f + + + = ... ) (2 1 esllamado"Vectordedisparo"delasucesin kj jt t ,...,2jt ,1= . El i-esimo elemento de) ( f , if ) (denota el nmero de veces que la transicin ti ha sido disparada en la sucesin kjt ,...,j jt t ,2 1= . 2.3.8. Redes de Petri temporizadas 2.3.8.1. Inclusin del tiempo en un modelo de RdP La inclusin del tiempo en una RdP puede ser hecha asignando tiempos a las transiciones oaloslugares.ElnombrequerecibeunaRdPconrestriccionestemporalesesredde Petritemporizada(RPT)[17].Engeneral,eltiempopuedeserasignadoaloslugares,a lastransiciones,oaambos;sinembargoeltratamientodelosmodelosenRPTseve simplificado cuando se temporiza un solo tipo de nodo. 2.3.8.2. RdP con transiciones temporizadas UnaRPTalacualeltiempoestaasociadoalastransicionesselellamaRdPcon transiciones temporizadas (RPTT). Una RPTT se define como: (C, D,) donde: C es una RdP ordinaria D(D={di};i=l,...,n)esunconjuntoderetardos(oduraciones)asociadosa transiciones un conjunto ordenado cuyos elementos ( t j,k ) (+ R T ) representan el instante de disparo de una transicin. UnaRdPesuncasoespecialdeunaRPTTdondecadadi=0.Enestaconvencinel retardo dj ligado a una transicin tj indica la duracin del disparo de sta. Adems el rbol de alcanzabilidad de una red de Petri plaza-transicin es un conjunto del rboldealcanzabilidaddeunaRPT,porqueenelmejordeloscasostodaslas transiciones de la RPT son disparadas. _____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 182.4. ESTABILIDAD, CONTROL Y REGULACIN Enstaseccinsepresentaelproblemadeestabilidadyregulacindesistemasde eventosdiscretosmodeladosconredesdePetriusandolateoradefuncionesde Lyapunov.Primerosedarnalgunascaracterizacionesmatemticasquegaranticenla estabilidad y regulacin [16] Proposicin. Sea PN una red de Petri.PN es uniforme y prcticamente estable si existe un m vector estrictamente positivo tal que 0 = A u vT(2.24) Para su demostracin ver [16] Lema. Suponiendo que la ecuacin (2.24) se cumple, entonces 0 0 = A A u vT(2.25) Definicin.SeaPNunareddePetri.PNpuedeestabilizarsesiexisteunasecuenciade disparo de transicin con un vector de conteo de transicin u tal que la siguiente ecuacin se satisface 0 = u A vT(2.26) Comentario1.Esimportantemencionarqueescogiendounvectoruparticular,que satisfaga(2.26)elrboldealcanzabilidadserestringealasmarcasfinitasdeu.sta tcnicapuedeutilizarseparaobteneralgunosvectoresuderegulacinyquitaralgunos eventos no deseados._____________________________________________________________________ Captulo 2. Marco Terico 19CAPTULO 3 METODOLOGA 3.1. INTRODUCCIN Ellaboratoriovirtualtienecomoprimerexperimentounsistemaposicionadordepiezas neumtico. El problema es tradicionalmente resuelto utilizando herramientas como Grafcet o diagramas de estado que permiten llevar un seguimiento secuencial del proceso.En este captulosedescribelametodologaparamodelarysimularsistemasdemanufactura utilizando la teora de redes de Petri descrita en el captulo dos. 3.2. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA METODOLOGA El proceso metodolgico puede resumirse en el siguiente diagrama de flujo. Figura 3.1. Diagrama de flujo. ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 203.3. METODOLOGAConelfindefacilitarlacomprensindelmodeladoconredesdePetri,separtirdeun ejemplo sencillo en el cual se sigue la metodologa propuesta en el diagrama de flujo para as obtener la RdP a partir de un problema fsico. 3.3.1.Definicin del problema Consisteenexplicarlaformaenqueevolucionaelsistemaelegido,esdecir,mencionar bajoquecondicionesseaccionacadaactuadorparaejecutarunciclodeoperacin completo.Esaconsejableasignarleacadaactuador,sensor,etc.unnombreosiglapara identificarlo. A continuacin se define el problema para el ejemplo auxiliar (en adelante se har referencia a ste como ejemplo 3.1) El sistema est compuesto de dos vagones que se desplazan sobre vas independientes por la accin de las seales Di (Movimiento a la derecha) e Ii (Movimiento a la izquierda) con i=1,2. Las posiciones de los extremos se detectan por los sensores a, b, c y d. Un botn M sirve para iniciar la operacin del sistema desde su posicin inicial (vagones en reposo a la izquierda):cuandoseoprimeambosvagonespartenhacialaderecha;alllegarstosasu extremoderechodebenregresarydetenersealalcanzarlaposicininicial.Solosepuede comenzarunnuevociclocuandolosdosvagonesestnenlaposicininicial.Las velocidades de los vagones pueden ser cualesquiera. 3.3.2.Diagrama tcnico Una vez que se ha planteado el problema se puede obtener el diagrama tcnico del sistema. Eneldiagramatcnicoserealizaunarepresentacingraficadelprocesoquepermita comprender de manera visual el funcionamiento dado en la definicin del problema. Es aconsejable dibujar los actuadores, sensores y acciones e identificarlos con el nombre o sigla previamente asignada.El diagrama tcnico del ejemplo 3.1 se ilustra en la figura 3.2. ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 21 Figura 3.2. Diagrama tcnico del sistema. 3.3.3.Diagrama de estados El diagrama de estados se obtiene dibujando un crculo por cada estado y un arco para cada transicin.Losestadosrepresentanaccionesylastransicionesrepresentancondiciones. Dentrodecadacrculoseescribeunnmeroqueidentificaalestado,elestadoinicialse indica con el nmero ms pequeo. Las acciones de los estados se escriben fuera del circulo utilizandolanomenclaturadeldiagramatcnicoylascondicionesdelastransicionesse escriben al lado de la flecha de los arcos. Dibujar el diagrama de estados en este caso es opcional pues ocurren mltiples ocurrencias y solo se incluye como parmetro de comparacin entre el diagrama de estados y la red de Petri. La figura 3.3. muestra el diagrama de estados reducido del ejemplo 3.1. Eneldiagramadeestadossimplificadose obtienen nueve estados y veintin transiciones. Siseutilizaunatabladeestadosse tendran que considerar 25 posibles combinacionesde los sensores. La figura 3.3. Diagrama de estados del sistema. ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 223.3.4.Reglas de ejecucin LossistemasdeproduccinfuerondesarrolladosporNewellySimonparasumodelode cognicinhumana[19].Lossistemasdeproduccinsonesquemasderepresentacin modulardelconocimiento,encontradosprincipalmenteenaplicacionesdeinteligencia artificial. La idea bsica de estos sistemas est en que el conocimiento se presenta en forma de reglas de produccin (reglas de ejecucin) con el formato de pares condicin-accin: Sitalcondicin(opremisa,oantecedente)secumple,Entoncesalgunaaccinocurre(o resultado, o colusin, o consecuencia). Por ejemplo: Si la luz del semforo est en verde Y el auto de adelante avanza Entonces avanza tu tambin.

Para el ejemplo 3.1. las reglas de ejecucin son las siguientes: 1.Si ambos vagones estn detenidos en la izquierda (a,c implica sincronizacin)Y se presiona el botn MEntonces mover los vagones a la derecha (D1,D2) 2.Si el vagn 1 llega a la derecha (b)Entonces mover vagn 1 a la izquierda (I1) 3.Si el vagn 2 llega a la derecha (d) Entonces mover vagn 2 a la izquierda (I2) 4.Si el vagn 1 llega a la izquierda (a) Entones detenerse 5.Si el vagn 2 llega a la izquierda (c) Entonces detenerse ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 233.3.5.Definicin de plazas y transiciones Una plaza es un lugar fsico dentro del sistema,(i.e. una banda transportadora, las vas de unmontacargas,unapiladepiezas,elmontacargasmovindosesobreuntramo determinado en cuyo caso la plaza seria el tramo de vas sobre el que se mueve -, etc.) las transiciones son eventos o resultados de esos eventos (acciones) que ejecuta el sistema (i.e. unbotnoprimido,elefectodepresionardichobotnmoverse,detenerse-,etc.). Formalmente las redes de Petri ordinarias o plaza-transicin se definen en la ecuacin (2.1). En el mismo apartado 3.2.1. se ofrecen definiciones importantes sobre la interaccin entre plazas y las transiciones mediante funciones de entrada y salida. Para el ejemplo 3.1 es necesario definir las plazas y transiciones de la red de Petri. Observar que en este caso las plazas corresponden a las posiciones de los vagones y las transiciones a eventos que permiten la evolucin de las marcas en las plazas. Definicin de plazas P1: Vagn 1 en reposo. P2: Vagn 1 movindose a la derecha. P3: Vagn 1 movindose a la izquierda. P4: Vagn 2 en reposo P5: Vagn 2 movindose a la derecha. P6: Vagn 2 movindose a la izquierda. Definicin de transiciones T1:Botn M presionado T2: Detector b oprimido T3: Detector a oprimido T4: Detector d oprimido T5: Detector c oprimido 3.3.6.Asignacin de marcas Las marcas son puntitos que se colocan dentro las plazas y corresponden a los recursos del sistema (i.e. en un montacargas sobre las vas, la plaza son las vas y el montacargas es la ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 24marca -recurso-, es decir, un puntito dentro de la plaza vas). El marcaje es la asignacin de marcas a las plazas, formalmente definido por (2.11). En este momento se conocen las plazas y las transiciones del ejemplo 3.1, tambin se les ha dadounsignificadofsico(basndoseenlasreglasdeejecucin),perofaltaasignarlas marcas.Fsicamenteexistendosvagones, estosson los recursos del sistema y en redes de PetricadaunoequivaleaunamarcacolocadaoriginalmenteenlasplazasP1 yP4 respectivamente. Entonces el marcaje inicial es) 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 1 (0 = 3.3.7.Grfica de la red de Petri UnagrficadeRdPesunarepresentacindeunaestructuradeunaRdPcomouna multigrficadirigidabipartita,definidaen(2.8).Paradibujarlasetomanlassiguientes consideraciones:Uncrculorepresentaunaplaza,unalneaunatransicin,unaflechaun arco. Las plazas contienen a las marcas que se dibujan solamente en la posicin inicial, los arcos van de plazas a transiciones, o de transiciones a plazas, pero nunca de plazas a plazas o transiciones a transiciones. Ahora es posible dibujar la grfica de la red de Petri para el ejemplo 3.1. Primero se dibujan seiscrculos(correspondientesacadaplaza)ycincolneas(aqusedibujaronverticales peropuedenestarencualquierorientacin).Losarcossedibujansiguiendoelflujodel problema,porejemplo:latransicinunomodelaelproblemadesincronizacin(ambos vagones -marcas- deben estar en reposo plazas uno y cuatro- para que dicha transicin se habilite, T1 se dispara si esta habilitada y se presiona el botn M ), las dems transiciones se habilitancuandosurespectivamarcaestaenlaplazadeentradaysedisparancuandose satisface la condicin de sensado. Figura 3.4. Grfica de la red de Petri del sistema. ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 253.3.8.Anlisis de estabilidad Secompruebamedianteelanlisisdeestabilidadprcticaparasistemasdeeventos discretosmodeladosconredesdePetriusandolateoradefuncionesdeLyapunov(ver seccin 2.4). ste tipo de anlisis como su nombre lo indica es prctico y entre los aspectos ms importantes que revisa estn: que no se creen ni destruyan recursos (marcas), que los estados sean alcanzables,que el sistema no sufra bloqueo y para determinar los vectores de disparo) ( fvlidos. Paraelejemplo3.1primeroseobtienelamatrizdeincidenciasutilizandolaecuacin (2.22),.Despussetienequesatisfacerlaimplicacindelaecuacin(2.25) + = A A A0 A , donde es un vector estrictamente positivo. (((((((

=(((((((((

(((((((

=000001111111 0 1 0 0 01 1 0 0 0 00 0 0 1 0 10 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 A Como la ecuacin (2.25) se satisface, es decir0 = A ,entonces el sistema es uniforme y prcticamente estable. 3.3.9.Control y regulacin Medianteelanlisisdecontrolyregulacinsepuedendeterminarlosvectoresdedisparo ) ( f validosenelsistema.Ademssepuedeobservarquetransicionessedisparany cuales no. Pararealizarelanlisisdecontrolyregulacinsedebesatisfacerlaecuacin(2.26) , donde u es un vector perteneciente al espacio nulo de la matriz A 0 u AT T. ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 26Calculando u para el ejemplo 3.1 se tiene que: )`(((((((((

=kkkkkku Elvectoruresultantesatisface(2.26),esdecirysignificaqueelsistemaes completamente controlable y regulable, fsicamente quiere decir que todas las transiciones puedenserdisparadaskveces.Desdeelpuntodevistadevectordedisparosetieneque 0 = u AT} , , , , , { ) ( k k k k k k f = donde} , , , , , {6 5 4 3 2 1t t t t t t = . 3.3.10. Simulacin Para verificar que la red de Petri sea viva se pueden utilizar simuladores de redes de Petri, estos se encuentran en Internet. Este ejemplo fue simulado satisfactoriamente utilizando HPSIM V1.1 [20]. Como no sufri bloqueo el sistema es vivo. 3.3.11. Redes de Petri temporizadas UncasoparticulardelasredesdePetrisonlasRPT,dichasredesfuerondescritasenel captulo dos. A continuacin se extiende el ejemplo 3.1 al caso de RPTT. Primero se obtiene el rbol de alcanzabilidad del sistema como apoyo (ver figura 3.5). Figura 3.5. rbol de alcanzabilidad. ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 27Ahora,sisetomaelvectord={0,4,4,5,5}setienelasucesindedisparoresaltadaenel rbol} , , , , {5 3 4 2 1t t t t t = .Sesupondrque01 = ,esdecir,latransicint1sedisparaen cuanto se presione M. Para comprender la evolucin del marcaje se dibuja un diagrama de tiempos. Figura 3.6. Diagrama de tiempos. Lo que genera el vector)} 5 , ( ), 4 , ( ), 0 , ( ), 0 , ( ), 0 , {(5 3 4 2 1t t t t t = ______________________________________________________________________ Captulo 3. Metodologa 28CAPTULO 4PRUEBAS Y RESULTADOS 4.1. PRUEBAS Entre las pruebas aplicadas al sistema se encuentran las siguientes: Validacin del modelo de RdP del sistema. Tiempo de respuesta del programa WinCC. Tiempos de acceso dentro del Campus. Tiempos de acceso fuera del Campus. Pruebas del Laboratorio Virtual en equipos de trabajo. Acontinuacinsedetallacadaunadelaspruebasquefueronrealizadasdiariamentealo largo de una semana. 4.1.1.Validacin del modelo de RdP del Sistema. Elmodelosepuedeverificarsimulndolo y comprobando sus propiedades. La simulacin yafuedescritaenlaseccin3.5.8.ysecomprobqueelsistemaeravivo.Estabilidady regulacin se comprobaron en 3.5.9 y 3.5.10. 4.1.2.Tiempo de respuesta del programa WinCC. El programa WinCC tiene diferentes tiempos de respuesta para entrada y salida de datos y estos se resumen en la tabla 4.1. OperacinTiempo Salida de datosEn tiempo real Entrada de datos1.5 seg Tabla 4.1. Tiempo de respuesta de WinCC. 4.1.3.Tiempos de acceso dentro del Campus. Enlatabla4.2.seresumenlostiemposdeaccesoalservidordeVNCyelretardodela pantalla mostrada con respecto a los cambios reales de acuerdo a la hora del da._____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 29HoraTiempo (seg)Retardo (seg) 8:00 202 9:00 232 10:00 202 11:00 303 12:00 503 13:00543 14:00523 15:00473 16:00503 17:00493 18:00302 19:00202 20:00202 Tabla 4.2. Tiempo de acceso al servidor de VNC. En la tabla 4.3. se resumen los tiempos de acceso y el retardo para recibir la imagen de lacmara de red de acuerdo a la hora del da.

HoraTiempo (seg) Retardo (seg)8:00 30.5 9:00 30.5 10:00 41 11:00 41 12:00 72 13:0062 14:0082 15:0083 16:0073 17:0082 _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 3018:0042 19:0041 20:0031 Tabla 4.3. Tiempo de acceso a la cmara de red. 4.1.4.Tiempos de acceso fuera del Campus. Enlatabla4.4.seresumenlostiemposdeaccesoalservidordeVNCyelretardodela pantallamostradaconrespectoaloscambiosrealesdeacuerdoallugardesdedondese accede. LugarTiempo (seg)Retardo (seg) Toluca20-303-6 Alemania50-903-10 Distrito Federal30-403-8 Tabla 4.4. Tiempo de acceso al servidor de VNC. Enlatabla4.5.seresumenlostiemposdeaccesoalacmaraderedyelretardopara recibir la imagen de acuerdo al lugar desde donde se accede. LugarTiempo (seg)Retardo (seg) Toluca5-103-10 Alemania10-205-20 Distrito Federal5-105-15 Tabla 4.5. Tiempo de acceso al servidor de VNC. 4.1.5.Pruebas del Laboratorio Virtual en equipos de trabajo. La metodologa ofrecida para que el estudiante desarrolle el experimento propuesto en esta tesis es la siguiente: 1.Organizar grupos de trabajo constituidos por estudiantes del ITESM Campus Toluca y estudiantes de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Esslingen. Se propone que los _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 31equiposdetrabajocuentencomomximoconcuatrointegrantesdeloscualesdos sern mexicanos y dos sern alemanes. 2.Unavezorganizadoslosgruposdetrabajoseasignarnlastareasadesarrollarpor cada uno de ellos, entre las posibles tareas estn: Modelaryvalidarelsistemademanufacturautilizandolaherramientaapropiada segn sea el objetivo de la prctica.Implementar el modelo obtenido en un PLC utilizando para ello el programa VNC. Desarrollar la interfase grfica correspondiente utilizando WinCC. 3.Yaquesehancumplidolastareasanteriormentepropuestasestiempoderealizar pruebas para lo cual la coordinacin entre ambos bandos es imprescindible. 4.Lacomunicacinentreambosbandosserealizaconherramientascomercialescomo Yahoo Messenger o correo electrnico. Seproblametodologaconungrupodeestudiantestantomexicanoscomoalemanes obteniendo resultados satisfactorios en cuanto a tiempos de acceso, organizacin de grupo, manejo de liderazgo y realizacin enel tiempo propuesto de las tareas asignadas para cada estudiante. ElsistemafueprobadodentroyfueradelCampus.Tantoestudiantescomopersonal acadmicodelITESMCampusTolucaylaUniversidaddeCienciasAplicadasde Esslingen pudieron firmarse en el servidor del proyecto, enviar los parmetros requeridos, correr, simular y controlar el experimento de manera satisfactoria. Lalimitacindelproyectoesqueactualmentesolosecuentaconunexperimentoylos equiposdetrabajotienenqueesperarsuturnoparalasesinasignada,queademsesta limitada en tiempo. Lo anterior no seria tan critico de no presentarse los retardos por carga en la red que ocasionan tiempos de acceso muy lentos. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 32Otralimitanteencontradafueencuantoaqueloshorariosdetrabajoentreambas universidadesestndesfasadosentresi.Entonceselintervalodetiemporealentre universidades es de seis horas y se muestra en la tabla 4.6. Inicio comn de actividades (hora local) Fn comn de actividades (hora local) ITESM7:00 A.M.12:00 P.M. FHTE12:00 P.M18:00 P.M. Tabla 4.6. Horario de actividades. Lacomunicacinentreestudiantesdeambasuniversidadessedioexitosamenteutilizando herramientascomercialescomocorreoelectrnicooelmensajerodeYahoo.Noes necesariodesarrollarherramientaspropiasparaestetipodecomunicacinpueslasantes mencionadas funcionan adecuada yeficazmente para intercambio de mensajes, imgenes y archivos. 4.2.RESULTADOS 4.2.1.Experimento virtual, la forma tradicional El experimento virtual puede resolverse utilizando Grafcet si se considera como un sistema secuencialenelcualsoloocurreuneventoalavez.Enlassiguienteslneasseilustrael proceso de modelado con Grafcet. 4.2.1.1.Definicin del problema Undiscometlicoesmovidoaladerechasobreunabandatransportadora,alfinaldel recorrido cae por una rampa donde es empujado por un cilindro horizontal (posicionador), cuando el posicionador est completamente extendido un cilindro vertical toma la pieza con ayudadeunaventosaysemuevealaizquierda,endonderegresaeldiscoalabanda transportadora. Solo se utiliza un disco y la banda puede permanecer siempre prendida. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 334.2.1.2. Diagrama tcnico Figura 4.1. Diagrama tcnico del sistema 4.2.1.3. Grafcet El Grafcet del sistema se muestra en la figura 4.2. Se considera que la banda transportadora siempre est prendida y solamente se utiliza un disco. Figura 4.2. Grafcet. LaobtencinGrafcetconcluyeelprocesodemodeladoparaelsistematradicional,yse implementa utilizando mquinas de estado. La forma tradicional de solucin y modelado no implicamltiplesocurrencias,sisedibujaralareddePetriquedaramuysimilaral diagrama de estados (o al Grafcet), por est razn no se utiliza el enfoque de RdP. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 344.2.2.Modelado del experimento virtual utilizando RdP EnelapartadoanteriorseresolvielproblemadelLaboratorioVirtualutilizandoGrafcet de manera sencilla, porqu utilizar entonces redes de Petri? La respuesta es por eficiencia, el posicionador empuja la pieza hasta que el portador regres a la derecha y esto es lento. Realizar varios eventos al mismo tiempo reduce tiempo y optimiza los recursos, es por ello queseplanteaunmodeloconredesdePetri.Acontinuacinseresuelveelexperimento virtual utilizando la metodologa propuesta para redes de Petri. 4.2.2.1.Definicin del problema Unabandatransportadoramuevecilindrosmetlicos(piezas)deizquierdaaderecha,al llegar al final de dicha banda caen por una rampa. Desde all son empujados pieza por pieza por un cilindro neumtico (posicionador) a la posicin de home. El portador toma una pieza usandoparaellounaventosaylacolocaenlaposicinfinalcomoefectodel desplazamientoalaizquierdadelcilindrodeaccionamientolineal.Lapiezacae deslizndoseporelbordedelaestructuraenlabandatransportadora.Elcicloserepite mientras el sistema este encendido y en modo automtico. El sistema es capaz de manejar los siguientes procesos de manera simultanea: Portador movindose a la izquierda o a la derecha y extender posicionador. Portadormovindosealaizquierdaoaladerechayapagaroencenderlabanda transportadora. 4.2.2.2.Diagrama tcnico _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 35Figura 4.3. Vistas frontal y derecha del sistema neumtico. 4.2.2.3.Diagrama de estados Aligualqueenelejemplodelapartado3.3.setienemltipleocurrenciadeeventosque justificanelusoderedesdePetri,sinembragosepresentaeldiagramadeestadosslo como parmetro de comparacin. Note que el diagrama no esta completo pues implica ms estadosytransicionesperobastaparailustrarquenoeslaherramientademodeladoms sencilla. Figura 4.4. Diagrama de estados del sistema 4.2.2.4.Reglas de ejecucin Unavezquehasidodefinidoelproblemasepuede rescribir en forma de sentencias. Para conseguirlosanteriorhayquedictarlasreglasdeejecucindelsistemaysonlassiguientes: 1.a.Si hay pieza en la rampa O el posicionador no esta retrado Entonces apagar la banda 1.b.Si no hay pieza en la rampaY el posicionador est retradoEntonces prender la banda 2. Si hay pieza en la rampaY no hay pieza en homeY el portador est arriba Entonces empujar la pieza _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 363.Si hay pieza en homeY el portador est en la derechaY el portador est arribaY el sensor de vaci est en bajo Entonces bajar por la pieza y encender el vaci 4.Si hay pieza en homeY el portador no est arriba Y el sensor de vaci est en alto Entonces subir con la pieza

5.Si el sensor de vaci est en altoY el portador esta en la derechaY el portador esta arriba Entonces mover a la izquierda 6.Si el portador esta en la derechaY el portador est arribaY el sensor de vaci esta en alto Entonces soltar la pieza 7.Si el portador est en la izquierdaY el portador est arribaY el sensor de vaci est en bajo Entonces mover a la derecha 4.2.2.5. Definicin de plazas y transiciones Existen nueve plazas en el modelo y son: P1: Banda transportadora P2: Rampa P3: Home_____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 37P4: Portador en la derecha P5: Portador movindose a la izquierda P6: Portador en la izquierda P7: Portador movindose a la derecha P8: Error debido a un retardo al subir o bajar el portador o retardoalmover el portador a lala izquierda P9: Error debido a un retardo en la presencia de pieza o retardoalmoverelportadorala derecha. Las once transiciones de ste modelo son las siguientes: T1: Encender o apagar la banda transportadora. T2: El posicionador empuja la pieza. T3: El portador baja y sujeta la pieza. T4: El portador sube la pieza. T5: El portador se mueve a la izquierda. T6: El portador suelta la pieza y se mueve a la derecha. T7: Esta transicin es temporizada,el sistema se detiene. T8: Esta transicin es temporizada, el sistema se detiene. T9: Reestablece al sistema despus de un error. T10: Esta transicin es temporizada, el sistema se detiene. T11: Reestablece al sistema despus de un error. 4.2.2.6.Asignacin de marcas Yaquehansidodefinidaslasplazashayqueasignarlasmarcasdedichasplazas.Los recursos con los que cuenta el sistema son las piezas y el portador. Existen seis piezas que originalmente estn en P1 (banda) y un portador que inicialmente se encuentra ubicado a la derecha (P7). Lo anterior indica que la marcacin inicial es) 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 6 (0= . _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 384.2.2.7.Grfica de la red de Petri La grfica de la red de Petri que considera todos los incisos anteriores se muestra en la figura 4.5. Figura 4.5. Grfica de la RdP del sistema. 4.2.2.8.Anlisis de estabilidad Primero se obtiene la matriz de incidencias utilizando la ecuacin (2.22),. + = A A A ((((((((((((((((

=1 0 1 0 0 0 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 00 2 1 0 0 0 0 0 10 2 0 0 2 0 0 0 00 2 0 0 0 2 0 0 00 0 1 2 0 0 0 0 10 0 0 2 2 0 0 0 00 0 0 0 2 2 0 0 00 0 1 0 0 2 1 0 00 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 1 1A Se propone un vectorpositivo del tamao del nmero de plazas: | | 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 =T Para que el sistema sea estable se debe de cumplir que la implicacin de la ecuacin (2.25) 0 Ase satisfaga. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 39((((((((((((((((

=(((((((((((((

((((((((((((((((

=000000000001111111111 0 1 0 0 0 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 00 2 1 0 0 0 0 0 10 2 0 0 2 0 0 0 00 2 0 0 0 2 0 0 00 0 1 2 0 0 0 0 10 0 0 2 2 0 0 0 00 0 0 0 2 2 0 0 00 0 1 0 0 2 1 0 00 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 1 1 A Como la ecuacin (2.25) se satisface, es decir0 = A , entonces el sistema es considerado como uniforme y prcticamente estable. 4.2.2.9. Control y regulacin Pararealizarelanlisisdecontrolyregulacinsedebesatisfacerlaecuacin(2.26) , donde u es un vector perteneciente al espacio nulo de la matriz A 0 u AT T. (((((((((((((

=1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 2 2 2 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 1 0 0 1 0 00 0 0 0 0 2 2 0 0 0 00 0 0 2 0 0 2 2 0 0 00 0 0 0 2 0 0 2 2 0 00 0 0 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1TA Entre los vectores de disparo de sucesin de transiciones vlidos estn: )`((((((((((((((((

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=11000111111,00110001111,00101000111,11000000000,00000111111u _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 40Dado que el producto, el sistema es controlable y ajustable. 0 = u AT La interpretacin fsica de los vectores u vlidos se ofrece a continuacin: El vectorucorresponde a un ciclo completo sin errores, es decir, labandaseenciendehastaquelleguelapiezaalarampa,esempujadaporel posicionador a home, el portador baja por ella y la transporta a la izquierda, all la pieza cae en la banda y el portador regresa a la derecha(| 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 11=T|} , , , , , {6 5 4 3 2 1t t t t t t = ). El vectorues un ciclo con error de temporizacin por ausencia dediscos:cuandoelportadorestenladerecha(suponiendocondicionesiniciales) transcurre un intervalo de tiempo de espera de disco, si ste ha transcurrido el sistema se detiene y se enciende la lmpara de error (| 1 , 1 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 02=T|} , {11 10t t = ). Elvectoresunciclodeerrordetemporizacinpor atascamiento de portador: cuando el portador esta tomando la pieza puede atascarse, un temporizadorrevisaeltiempoquetomaejecutardichaaccinysiessuperadose detiene el sistema y se enciende la lmpara de error (| 0 , 0 , 1 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 13=Tu |} , , , , {9 7 3 2 1t t t t t = ). Elvectoru esunciclodeerrordetemporizacinpor atascamiento del cilindro de accionamiento lineal a la izquierda: se produce cuando el portadorestatransportandolapiezaalaizquierdayeltemporizadorasociadoes rebasado,entoncessedetieneelsistemayseenciendelalmparadeerror (| 0 , 0 , 1 , 1 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 1 , 14=T} , , ,9 8 4 3t t t t|, , {2 1t t = ). Elvectoresunciclodeerrordetemporizacinpor atascamientodelcilindrodeaccionamientolinealaladerecha:seproducecuandoel portador esta movindose a la derechay el temporizador asociado se supera,entonces se detiene el sistema y se enciende la lmpara de error (| 1 , 1 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 15=Tu |} , , , , , , , {11 10 5 5 4 3 2 1t t t t t t t t = ). _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 414.2.2.10. Simulacin La red de Petri de la figura 4.5fue simulada satisfactoriamente en el programa HPSIM V1.1. El sistema no sufri bloqueo por lo que la red de Petri es viva.

Se desarroll adems un simulador especfico para este experimento. El simulador grfico desarrolladopermitequeelusuariointroduzcatantoparmetroscomoaccionesy transiciones para cualesquiera de los dos modelos (Grafcet o RdP), pueda variar el tiempo delastransicionestemporizadasyelnmerodediscos.Unapantallapresentauna animacin grfica del proceso y otras dos pantallas ilustran elavance en ambos modelos. Ademssepuederealizarlaanimacinenmododemostracinparadarunaideaal estudiante de lo que se desea obtener. Lafigura4.6muestralasdiferentesopcionesdelsimuladorgrafico.Dichosimulador puede ser descargado desde la pgina web del proyecto: http://tecweb.tol.itesm.mx/al00960636/ Figura 4.6a. Pgina de simulacin. Figura 4.6b. Pgina de Grafcet. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 42 Figura 4.6c. Pgina de red de Petri. 4.2.3.Implementacin YasetieneelmodeloenRdPysuinterpretacinfsica.Contodaesainformacines posible escribir el programa para el PLC as como realizar la interfase grfica con WinCC. El primer paso para implementar consiste en elegir adecuadamente el hardware y software. Dicho proceso se describe a continuacin. 4.2.3.1. Eleccin de Hardware y Software 1.Eleccindel hardware.Existentrestiposdehardwareaconsiderar:(a)elsistemaelectro-neumticoo electromecnico con el que se va a trabajar , (b) el PLC para operar el sistema elegido y (c) el procesador de comunicaciones del PLC. a)Se escogi un sistema electro-neumtico que consiste de tres cilindros y una banda transportadora.Lafuncindeldispositivoesladetomarpiezasmetlicasdesde una posicin inicial y llevarlas a una posicin final. Dicho sistema se eligi porque essimpledesdeelpuntodevistaacadmicoylosuficientementecompletopara formar en el estudiante las bases que le permitan trabajar con equipo ms complejo durante el desempeo de su actividad profesional. b)SeutilizanPLCsdelaserie300deSIEMENSprincipalmenteporsurobustezy aplicabilidad en la industria._____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 43c)El procesador de comunicaciones originalmente elegido fue el CP 343-1 [24]. Con este procesador se puede programar al PLC desde una posicin remota por medio de TCP/IP, sin embargo su compra se pospuso debido al alto costo del mismo. 2.Eleccin del software. Aqu hay tres aspectos a considerar y cada uno de ellos requiere software especifico. a.ProgramacindelPLC:SeutilizSTEP7porserelsoftwarequeSIEMENS ofrece para programar sus PLCs de las series 300 y 400. b.VisualizacinyControl:Lavisualizacinycontrolsepuederealizarde diferentesmaneras,utilizandoAppletsdejava,ProTooloWinCC(todosellos de SIEMENS)o desarrollar una interfase propia. ConlosAppletsnicamenteseconsiguevisualizarindicadoresycontrolarpor botonessimples.ProTool[22]pudemanejarvisualizacinycontroldemanera sencillaperonosaleaInternet.WinCCesmuypoderosoenelaspectodeque permitemanejargrficos,controldeprocesos,generacindereportes, manipulacindebasesdedatosyaccesoaInternetatravsdeWebNavigator [23].Finalmente,laraznporlacualesmuydifcildesarrollarunainterfase propiaesqueelprotocolodecomunicacinqueSIEMENSutilizaconsus PLCs no esta disponible al consumidor. SeeligiWinCCporserelsoftwarequemayoresventajasofrecesinembargo noseutilizlaopcindesaliraInternetmedianteWebNavigatorporsualto precio.

c.Acceso remoto: Como se vio en la eleccin de hardware y software es necesario teneraccesoremototantoalPLCcomoalprogramadevisualizacin.Este problema se resolvi utilizando el software llamado VNCcon el cualse puede _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 44accederalacomputadora(servidor)endondeestninstaladoslosprogramas STEP 7 y WinCC. Para conectarse al servidor es necesario ingresar un password, pueden firmarse hastatresusuariossimultneamente(configurableporeladministrador).Al conectarseelclientepuedeutilizarlosprogramasdelservidorcomosi estuviesen en su propia computadora. 4.2.3.2. Modos de operacin El panel de operacin que se muestra en la figura 4.7 se usa para manejar el sistema entre losmodos de operacin que a continuacin se muestran: Manual Inicio Automtico Figura 4.7. Panel de operacin. a) Modo de Inicio Antes de iniciar cualquier ciclo automtico, el sistema debe comenzar en la posicin inicial. Dichaposicinimplicaqueelportadorseencuentrealaderechayarriba,labanda transportadora apagada, el posicionador retraido y las plazas rampa y home vacas. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 45ElciclodeinicioseconsiguecolocandolallavedemodosenInicioypresionandoel botnComenzar.Estecicloterminacuandosecumplentodaslascondiciones mencionadas en el prrafo anterior. El ciclo de inicio se detiene si: ElbotnPararsepresiona;elciclodeinicicontinuasisepresionanuevamenteel botnComenzar.Si se detecta un error. b)Modo manual Solamente disponible a travs de panel virtual de WinCC. Para iniciarlo la llave de modos debeestarenManual.Cuandolallavedemodoscambiadeposicintodaslasoperaciones del modo se reinician. Enestemodocadaactuadorpuedeseractivadoalpresionarelbotnapropiado.Cada actuadorestadeshabilitadoencasodequesedeseeoperardemaneraincorrecta(e.g.el portador no puede moverse de derecha a izquierda cuando esta abajo). c)Modo automtico SeiniciacuandolallavedemodosestenAutomticoysepresionaelbotn Comenzar. Es condicin que se haya ejecutado anteriormente un ciclo de inicio. Cuando la llave de modos cambia de posicin todas lasoperaciones del modo se reinician. El modo automtico se detiene si: El botnParar se presiona; el ciclo automtico continua si se presiona nuevamente el botnComenzar.Si se genera un error. 4.2.3.3. Manipulacin de los modos de operacin Comosemencionanteriormentenosepuedepasardeunmodoaotroconcompleta libertad.Existenrestriccionesybsicamenteconsistenenarrancarelsistemaenmodo _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 46inicio para poder pasar a automtico. El modo manual no tiene restricciones pero el paso de manualaautomticos.Parafacilitarlacomprensinenlaformademanipularlos diferentes modos de operacin se expone el diagrama de estados de la figura 4.8: Figura 4.8. Diagrama de estados de los modos. 4.2.3.4. Organizacin del programa El programa se organiza como se muestra en el esquema de la figura 4.9 Figura 4.9. Esquema del programa. Se observa que la tarea de control y supervisin se divide en sub-funciones [21]. FC1: Control de los modos de operacin FC2: Control de modo manualFC3: Control de modo automtico FC4: Control de modo de inicio _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 47FC5: Control de los actuadores FC6: Despliegue de lmparas de estado FC7: Supervisin y correccin de errores 4.2.3.5. Descripcin de las funciones 1.FC1: Control de los modos de operacin Se encarga de controlar los tres diferentes modos de operacin -Lee la llave de modos -Pone las variables de memoria apropiadas -Llama a las funciones correspondientes 2.FC2: Control de modo manual Se encarga de controlar el modo manual -Lee las variables de memoria del panel virtual -Controla las variables de memoria de los actuadores 3.FC3: Control de modo automtico Controla el modo automtico -Lee los interruptorescomenzar y parar -Lee las diferentes entradas de los sensores -controla las variables de memoria de los actuadores 4.FC4: Control de modo de inicio Controla el modo de inicio -Lee los interruptorescomenzar y parar -Lee las diferentes entradas de los sensores -controla las variables de memoria de los actuadores 5.FC5: Control de los actuadores Controla los actuadores-Lee las variables de memoria de los actuadores _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 48-Lee las diferentes entradas de los sensores -controla la salida de los actuadores 6.FC6: Despliegue de lmparas de estado Controla las lmparas de estado (es responsable de colectar informacin del proceso) -Lee las variables de memoria de los actuadores -Lee las variables de memoria de los modos -Lee las diferentes entradas de los sensores -controla la salida de las lmparas 7.FC7: Supervisin y correccin de errores Controla el proceso en caso de error -Se usa para ejecutar alguna accin correctiva en caso de error. 4.2.3.6. Asignacin de entradas y salidas Sensores del sistema SmboloFuncinEntradaSalida B1.0Portador en la derechaI0.0 B1.1Portador en la izquierdaI0.1 B2 Pieza en rampaI0.2 B3Pieza en homeI0.3 B4Parte en la ventosaI0.4 B5Portador arribaI0.5 B6Posicionador retradoI0.6 Actuadores del sistema SmboloFuncinEntradaSalida Y1.0Mover portador a la derechaQ4.0 _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 49Y1.1Mover portador a la izquierdaQ4.1 Y2 Extender posicionador Q4.2 Y3Encender vacoQ4.3 Y4Bajar portadorQ4.4 Y5Encender bandaQ4.5 Panel de operacin SmboloFuncinEntradaSalida Lmparas H1Lmpara de errorQ4.6 H2Lmpara de modo manualQ4.7 H3Lmpara de modo inicioQ5.0 H4Lmpara de modo automtico Q5.1 H5Lmparas de portador arribaQ5.2 H6Lmpara de pieza en rampaQ5.3 H7Lmpara de pieza en homeQ5.4 H8Lmpara de posicionador retraidoQ5.5 H9Lmpara de vaco encendidoQ5.6 H10Lmpara de corriendoQ5.7 S0Paro de emergenciaI0.7 Llave de modos S1.1Modo manualI1.0 S1.2Modo de inicioI1.1 S1.3Modo automticoI1.2 Pulsadores S2Restablecer errorI1.3 S3PararI1.4 _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 50S4ComenzarI1.5 Nota: Las seales de entrada y salida son activas en alto. 4.2.4.Interfase Grfica con WinCC ElprogramaWinCCpermitequesecontroleyvisualicedeformaremotaelexperimento dellaboratoriovirtual.WinCCofreceventajacomoproteccinporpasswordytiempode prctica limitado por lo que los usuarios deben firmarse en el servidor primero. AlainterfasedecontrolyvisualizacindeWinCCpuedeaccedersedesdelapginaweb del proyecto y se muestra en la figura 4.10. Figura 4.10. Interfase grfica de WinCC. 4.2.4.1. Descripcin de la pantalla Enlaesquinasuperiorizquierdasemuestranlaslmparasindicadorasdemodo,estasse encienden hasta que se hayan cumplido todas las condiciones del mismo (i.e. para modo de inicioserequierequenoexistapiezanienhomenienrampa,queelportadoresteala derecha,arribaysinpieza,etc.).Debajodelaslmparasdemodoestnlaslmparasde error y de estado del sistema que se encienden conforme a las condiciones del proceso. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 51Enlapartecentralsemuestraeldiagramaanimadodelprocesoquecambiaconlas condicionesdel proceso (la visualizacin con esta pantalla se demora aproximadamente un segundoconrespectoaloscambiosrealescuandoseestaaccediendodirectamentepor adaptador MPI). En la parte superior del recuadro de visualizacin esta la llave de modos y el paro de emergencia. Enlaesquinasuperiorderechaestnlosbotonesdecomienzo,paroypasos.Debajode ellos estn los botones para operar al sistema en modo manual. 4.2.5.Visualizacin mediante cmara de red Se aadi al proyecto una cmara de red con servidor integrado para visualizar el proceso mientrasWinCCestacorriendoparaobtenerunaideafsicadeloquerealmenteest ocurriendo.Unafotografadelexperimentodel laboratorio virtual se presenta en la figura 4.11. Figura 4.11. Experimento de laboratorio virtual. _____________________________________________________________________ Captulo 4. Pruebas y resultados 52CAPTULO 5 CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO 5.1. CONCLUSIONES ElproyectodelLaboratorioVirtualenelITESMCampusTolucahaprovistoacceso remotoalprimerexperimentoenlneademaneraexitosa.Losparmetrospueden enviarsealservidordeVNCusandocualquiernavegadordeInternet.Elcontroly monitoreo del proceso se realizancon la interfase grfica de WinCC. La visualizacin se realiz adecuadamente con la cmara de red. La programacin remota del PLC se efectu satisfactoriamente. LasredesdePetridemostraronserunaherramientademodeladoefectivaparasistemas en donde suceden mltiples ocurrencias. Se consigui optimizar recursos y tiempo puesto que se pueden agregar hasta nueve discos al sistema y el tiempo que le toma al portador llevar la pieza de la posicin inicial a la final ya no depende de la velocidad de la banda. El simulador de proceso diseado comprob ser de gran ayuda en el proceso de pruebas preliminaresalaimplementacin,losestudiantespudierondetectaralgunosdesus erroresycorregirlosenunintervalodetiempomuchomenor.Pudierontambin visualizar grficamente el resultado fsico de las acciones obtenidas del modelo de redes de Petri o Grafcetque con anterioridad haban obtenido. La metodologa propuesta para modelar con RdP fue rpidamente comprendida y seguida porlosalumnos.LaimplementacinenelPLCdependedelahabilidaddelestudiante que realiza el programa, pero el contar con un modelo claro y sencillo minimiz mucho el tiempo de dicha implementacin. Lametodologaproporcionadaparatrabajarenequiposinternacionalessesigui adecuadamente logrando buenos resultados en cuanto a organizacin y desarrollo de las tareasasignadas.Elobjetivopropuestoparacadaestudiantefuesatisfactoriamente _____________________________________________________________________ Captulo 5. Conclusiones y trabajo futuro 53_____________________________________________________________________ Captulo 5. Conclusiones y trabajo futuro 54concluido y el ensamble del proyecto por sus cuatro integrantes fue exitoso, consiguiendo conellonosoloelbuenfuncionamientodelsistemasinounaclaraintegracindelos elementos del equipo. El Laboratorio Virtual es una aportacin que conjuga la aplicacin de tecnologa de punta ylacolaboracininterdisciplinariaentreuniversidadesconmirashacialasolucinde problemas en un mundo globalizado. Las contribuciones de lametodologa de modelado con RdP y el simulador grficoen el mbitoacadmicoytcnicoson:laoptimizacinderecursos,mejoraseneltiempode ejecucin del proceso, obtencin de un modelo confiable y libre de errores, menor tiempo de implementacin y la obtencin de un sistema de manufactura que funciona conforme a las especificaciones de diseo. Finalmente, la aportacin ms importante sobre las indiscutibles habilidades tcnicas que losestudiantesadquiereneslacapacidadformadaenelalumnopararelacionarsey resolverproblemasenuncontextointernacionallibrandolasbarrerasdellenguajeyla distancia. 5.2. TRABAJO FUTURO 1)Construir una serie de experimentos tanto electro-neumticos como electromecnicos quepuedancontrolarseenlneayaseaconPLCsocontarjetasdeadquisicinde datos. 2)Construir una red de PLCs conectados en lnea por TCP/IP, para lo cual es necesario adquirir y configurar apropiadamente el procesador de comunicaciones CP 343-1. 3)Configurar el programa WinCCmediante WebNavigator para controlar remotamente la red de PLCs. 4)Conectaralgunascmarasdevideopropiamenteseleccionadasparallevarun seguimiento visual del proceso. 5)Crearcuartosvirtualesdedialogoyparticipacinentrelasdiferentesuniversidades involucradas. REFERENCIAS [1]Gaona, A. (2002). Remote control system, Thesis, ITESM Toluca, Mexico. [2]Siemens.(1999).SIMATICS7-300Programmablecontrollerhardwareand installation,http://www4.ad siemens.de/ [3]Siemens. (2001). Getting Started STEP 7 , USA: Autor. [4]Siemens. (1997). WinCC control center, manual. 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