Inmersión Virtual para prácticas del Laboratorio de Automatización Industrial

Abstract

El presente proyecto se presenta como una solución, si no innovadora en el ámbito de la inmersión virtual háptica, sí en el ámbito de aplicar estas herramientas tecnológicas en el apoyo para la enseñanza e interacción de los sistemas de automatización industrial. En febrero de 2015, en la 12th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation, se presento un artículo referente a los beneficios de las herramienta virtuales en la automatización. Aunque el Departamento de Ingeniería Mecatrónica proporciona a los alumnos experiencia práctica con pequeños modelos reales que simulan procesos, muchas veces no es posible por la capacidad y/o disponibilidad de los modelos en el Laboratorio, por eso es de suma importancia buscar nuevos mecanismos para el uso eficiente de los recursos y espacios, así como de generar nuevas alternativas para la enseñanza. El ambiente laboral y los alumnos requieren día con día enfrentarse a la programación de PLCs (Controladores Lógicos Programables) para la automatización de máquinas y procesos cada vez más complejos, pero en la academia y específicamente en la Facultad de Ingeniería es difícil contar con modelos didácticos que ayuden al alumno y al profesor a verificar de mejor manera los programas realizados en clase o como parte de algún proyecto final. Es por eso que el presente proyecto toma los beneficios del uso de la inmersión virtual para la realización de modelos de automatización industrial, para que los alumnos puedan verificar sus programas. El Laboratorio de Automatización Industrial de la Facultad de Ingeniería cuenta con algunos modelos comerciales y otros modelos creados por los alumnos al finalizar el curso, pero dichos modelos físicos son insuficientes. Además el costo de adquisición de los modelos comerciales es sumamente elevado y existe también un costo de mantenimiento inherente que, de no cubrirse, provocan que ya no funcionen de manera correcta. Por otra parte, dado que los modelos comerciales tienen una configuración y elementos predeterminados, resulta muy complicado modificarla para poder realizar prácticas más variadas. Existen simuladores para verificar los programas realizados, pero la atención de los alumnos y el interés de usarlos disminuye durante el semestre, ya que en muchos casos sólo se ve en pantalla cómo encienden y apagan las salidas y entradas que genera el programa. Una de las empresas líder en sistemas de automatización (SIEMENS) usa validación y asignación virtual de los sistemas de producción, lo que reduce la necesidad de la validación física, disminuye la cantidad de órdenes de cambios de manufactura e incrementa el valor del producto al eliminar las actividades innecesarias. El Tecnológico de Monterrey cuenta con algunos modelos virtuales para la enseñanza de la Automatización, pero no hay interacción entre el usuario y el modelo virtual, por lo que la incorporación de Tecnología háptica para poder tocar objetos en un ambiente virtual proporcionará mayor realismo a los modelos y llevará a los alumnos a un ambiente similar a aquél donde se encuentran las máquinas y el control de procesos industriales. La tecnología háptica se ha desarrollado en los últimos años, se pueden colocar sensores en los dedos, de manera que el sujeto pueda sentir el objeto virtual, se hace uso de lentes de inmersión virtual para proporcionar la sensación de que se encuentra en un ambiente industrial y además se podrá incorporar sonido para proporcionar mayor realidad al proceso o máquina. Las técnicas de programación para los PLCs se seguirán aplicando como hasta ahora, la diferencia radica en que, cuando se quiera verificar el funcionamiento del programa del PLC, éste no se realizará en simuladores ni en el modelo físico, se probará en el ambiente virtual de inmersión háptica, donde se podrá interactuar con un sistema virtual, para verificar diferentes condiciones de operación del proceso o máquina. Al tratarse de ambientes virtuales es posible realizar modelos más complejos, con mayor número de entradas y de salidas, mínimo mantenimiento, diferentes configuraciones, programación de eventos como alarmas o condiciones anormales de operación, , y será relativamente fácil modificarlos, reproducirlos y replicarlos, se podrá tener un conjunto de modelos de acuerdo al tema y/o al objetivo de cada práctica de la asignatura. El sistema estará formado por la computadora personal, el PLC, la interfaz humano máquina (HMI) como actualmente se tiene, pero se agregará el módulo de interconexión entre el sistema virtual y el PLC para intercambio de información de entradas y salidas, así como los sistemas de inmersión virtual (lentes, audífonos y sensores para las manos). El alumno podrá interactuar con el modelo virtual para verificar la funcionalidad de su programa, así como el programa podrá generar eventualidades de operación para verificar el funcionamiento del programa en el PLC.