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Treball de fi de màster

Títol: Prácticas de programación de PLC SIEMNES S7-300 usando el software de

emulación mlSim.

Cognoms: Alonso Déniz

Nom: Raúl

Titulació: Màster en Formació del Professorat d’Educació Secundària Obligatòria i Batxillerat,

Formació Professional i Ensenyament d’Idiomes

Especialitat: Formación profesional

Director/a: Beatriz Amante García

Data de lectura: 29 Junio de 2016

Prácticas de programación de PLC SIEMNES S7-300 usando el software de emulación mlSim

Índice Introducción ................................................................................................................................................ 1

Definición y contextualización del problema detectado ............................................................................. 2

Material disponible en el centro formativo .............................................................................................. 2

Recursos humanos y actualización técnica de los mismos ................................................................... 4

Motivación del alumnado ........................................................................................................................ 4

Descripción de la solución propuesta ........................................................................................................ 5

Laboratorios remotos ............................................................................................................................. 6

Entornos virtuales offline ...................................................................................................................... 10

Entornos virtuales dedicados ........................................................................................................... 10

Entornos virtuales comerciales ........................................................................................................ 12

Emulador mlSim ............................................................................................................................... 13

Implantación de la solución propuesta ..................................................................................................... 20

Distribución de horas por UF y asignación de HLD ............................................................................. 21

Cronograma de las UF ......................................................................................................................... 21

Distribución de la UF3 dentro de los trimestres ................................................................................... 22

Resultados de aprendizaje y criterios de evaluación ........................................................................... 22

Contenidos ........................................................................................................................................... 23

Relación núcleos formativos – contenidos – resultados de aprendizaje – criterios de evaluación ..... 24

Desarrollo de las actividades del NF 3.3 .............................................................................................. 26

Diseño de las actividades de enseñanza aprendizaje ..................................................................... 27

Evaluación de las actividades del NF 3.3 ............................................................................................ 37

Conclusiones ............................................................................................................................................ 38

Experiencia en el centro ....................................................................................................................... 38

Reflexión final y líneas de trabajo futuras ............................................................................................ 42

Referencias .............................................................................................................................................. 43


Índice de figuras FIGURA 1. S7-1200 Y S7-200 ....................................................................................................................... 2 FIGURA 2. ENTRENADOR CON UN PLC S7-200 .............................................................................................. 3 FIGURA 3. ESTRUCTURA DE UN LABORATORIO REMOTO. FUENTE [5]. ............................................................... 6 FIGURA 4.DISTRIBUCIÓN POR TECNOLOGÍAS USADAS PARA LOS SERVIDORES DE COMUNICACIÓN Y LA INTERFAZ

CON EL USUARIO. FUENTE [12] .............................................................................................................. 7 FIGURA 5. LABORATORIO REMOTO REAL. FUENTE [8] ...................................................................................... 9 FIGURA 6. DIFERENCIA ENTRE SIMULACIÓN Y EMULACIÓN ............................................................................. 10 FIGURA 7. REPRESENTACIÓN 2D Y 3D DE UNA LÍNEA DE TRANSPORTE Y CLASIFICACIÓN. FUENTE [13] ............ 11 FIGURA 8. SIEMENS SIMIT ....................................................................................................................... 12 FIGURA 9. INTERFAZ CON EL USUARIO MLSIM ............................................................................................... 14 FIGURA 10. BARRA MENÚ MLSIM ................................................................................................................. 14 FIGURA 11. PROPIEDADES GENERALES ELEMENTO ....................................................................................... 15 FIGURA 12. PROPIEDADES SENSORES ELEMENTO ......................................................................................... 15 FIGURA 13. PROPIEDADES ACTUADORES ELEMENTO..................................................................................... 15 FIGURA 14. PROPIEDADES POSICIÓN ELEMENTO .......................................................................................... 15 FIGURA 15. PROPIEDADES GENERALES MOTOR ............................................................................................ 16 FIGURA 16. PROPIEDADES SENSORES MOTOR .............................................................................................. 16 FIGURA 17. PROPIEDADES ACTUADORES MOTOR .......................................................................................... 16 FIGURA 18. PROPIEDADES ÁREA DE MEMORIA .............................................................................................. 16 FIGURA 19. HOJA DE EXCEL PARA CREAR UN SISTEMA .................................................................................. 17 FIGURA 20. INTERFAZ PLCSIM ADAPTER ...................................................................................................... 18

Índice de tablas TABLA 1. RESUMEN DE OBJETIVOS – LABORATORIOS REMOTOS VIRTUALES. .................................................... 8 TABLA 2. RESUMEN DE OBJETIVOS – LABORATORIOS REMOTOS REALES .......................................................... 9 TABLA 3. RESUMEN DE OBJETIVOS – EMULADORES OFFLINE DEDICADOS. ...................................................... 11 TABLA 4. RESUMEN DE OBJETIVOS – ENTORNOS VIRTUALES COMERCIALES. .................................................. 13 TABLA 5. RESUMEN DE OBJETIVOS – MLSIM ................................................................................................. 19 TABLA 6. DISTRIBUCIÓN DE LAS HORAS LECTIVAS DEL MÓDULO ..................................................................... 21 TABLA 7. DISTRIBUCIÓN DE LAS HORAS DE LAS UF ....................................................................................... 21 TABLA 8. NÚCLEOS FORMATIVOS Y CARGA HORARIA POR TRIMESTRE ............................................................ 22 TABLA 9. RELACIÓN NÚCLEOS FORMATIVOS – CONTENIDOS – RESULTADOS DE APRENDIZAJE – CRITERIOS DE

EVALUACIÓN ....................................................................................................................................... 25 TABLA 10. A11. PROCESOS AUTOMATIZADOS EN LOGÍSTICA ......................................................................... 27 TABLA 11. A12. SOFTWARE DE EMULACIÓN MLSIM ....................................................................................... 28 TABLA 12. A13. PROGRAMACIÓN DE UN TRANSPORTADOR SIMPLE ................................................................ 30 TABLA 13. A14. PROGRAMACIÓN DE UN TRANSPORTADOR DE ACÚMULO........................................................ 31 TABLA 14. A15. PROGRAMACIÓN DE UN ELEMENTO DE DESVÍO DINÁMICO ...................................................... 33 TABLA 15. A16. PROGRAMACIÓN DE UN ELEMENTO DE DESVÍO ESTÁTICO ...................................................... 34 TABLA 16. A17. PROYECTO ........................................................................................................................ 36 TABLA 17. RESUMEN ENCUESTA ALUMNOS ................................................................................................... 39 TABLA 18. RESUMEN ENCUESTA PROFESORES ............................................................................................. 41


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Introducción La sociedad en la que vivimos tiene una demanda de consumo cada vez mayor, tanto en cantidad como en variedad. Al mismo tiempo que aumenta esta demanda también decrece la vida útil de los productos, con lo que las empresas se enfrentan a un reto doble. Por un lado han de tener procesos de producción altamente automatizados y estandarizados, con el fin de producir grandes cantidades en poco tiempo, logrando de esta forma reducir costes sin perder calidad. Por otro lado han de ser capaces de adaptarse e innovar para implementar nuevas tecnologías o procesos productivos que les permitan reaccionar a cambios del mercado o responder a estrategias de los competidores.

Esta exigencia tiene un impacto directo en los responsables de conseguir estos niveles de estandarización e innovación, en los ingenieros y técnicos. Las empresas requieren cada vez más un personal mejor preparado y con más experiencia con el fin de reducir al mínimo los tiempos de adaptación, tanto al incorporarse a la empresa como a las novedades que se implementan. Para alcanzar este objetivo se ha impulsado desde la empresa privada, desde algo más de una década, el desarrollo de softwares capaces de emular los procesos productivos y los cambios que se les van realizando.

Estas herramientas han ido evolucionando desde interfaces 2D que mostraban poco más que pilotos que se encendían y apagaban a complejas representaciones en 3D de no solo una máquina sino del proceso entero. Hoy en día se dispone de programas capaces de emular la comunicación con elementos de campo, generar estadísticas de rendimiento, dar información sobre el direccionamiento de entradas, salidas y estado de las mismas.

El potencial de estos emuladores es tal que en la actualidad no solo se utilizan para formar a los recién incorporados o para familiarizarse con nuevos elementos, sino que son utilizados también tanto para realizar puestas en marcha virtuales como para desarrollar los estándares de programación de las compañías e incluso para desarrollar nuevas soluciones de producción.

En una puesta en marcha virtual (virtual commissioning en inglés) los técnicos pueden programar los PLC directamente contra la emulación, como si estuvieran en planta con todo el sistema funcionando. Tener la posibilidad de realizar esta puesta en marcha previa conlleva grandes ventajas:

La programación de los autómatas puede ser testeada en todo momento, comprobando si el funcionamiento es correcto y se cumplen las especificaciones demandadas por el cliente.

Ante un error de programación, no existirá un daño en el elemento físico que se está controlando, como podría pasar si se comprobase directamente el programa en campo.

Una vez programado el conjunto del proceso es mucho más fácil comprobar si todo funciona correctamente gracias a que podemos tener una vista de la planta entera y no hace falta irse moviendo por la misma.

La detección de errores es más rápida al poder tener una visión global o una visión amplia de una zona en concreto.

Reducción en costes y en tiempo en la puesta en marcha final. El sistema llegará a planta totalmente probado, por lo que se reducirán semanas de trabajo presencial.

En cuanto a la formación en la empresa, es de especial interés el hecho de que no es necesario trasladarse a planta o a un taller para realizarla, ya que con la emulación se dispone de las mismas herramientas.

Teniendo en cuenta lo anterior, es evidente que a nivel educativo estos emuladores pueden resultar de gran interés a la hora de planificar y programar prácticas relacionadas con el entorno industrial. La versatilidad y portabilidad que estos aportan pueden ayudar a resolver varios de los problemas con los que se enfrentan los centros a la hora de hacer frente a las exigencias que les llegan desde el mundo empresarial. Este tipo de herramientas, además de facilitar la formación en las competencias específicas, propicia también el desarrollo de competencias transversales, como por ejemplo el aprendizaje autónomo.


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Definición y contextualización del problema detectado Del mismo modo que las empresas, los centros se encuentran sometidos a los cambios de la sociedad. Centrándonos en el caso de los ciclos formativos, uno de los factores a los que estos han de responder son las necesidades que el mercado laboral tienen en cuanto a competencias profesionales de los recién graduados. Por lo tanto, es responsabilidad del ente educativo ofrecer una formación actualizada y capaz de adaptarse rápidamente a las nuevas exigencias de la industria, que les permita a los estudiantes adquirir los conocimientos requeridos por el mercado laboral. Todo esto sin perder de vista la necesidad de dar las herramientas a los estudiantes para que sean capaces de aprender y seguir formándose y actualizándose constantemente.

Estos retos se unen a otras dificultades que ya arrastran los centros en las enseñanzas relacionadas con el ámbito industrial, dificultades relacionadas con la rápida evolución de la tecnología y los costes asociados a la actualización del material de laboratorio. Por ello se presenta un análisis de la situación actual en el centro en el que se propondrá una innovación docente.

Material disponible en el centro formativo

En general los centros de formación, y sobre todo en el caso de los públicos, no disponen de recursos para actualizar constantemente los equipamientos, al ritmo de la evolución industrial. Más particularmente en los laboratorios de automatización y control que son los que utilizaremos en el presente análisis. En algunos casos, los PLCs a los que tienen acceso los estudiantes están desfasados y la vida útil de estos equipos dentro de las aulas se alarga durante años. En la figura 1 se ve un ejemplo de un PLC desfasado que puede encontrarse aun en aulas, el S7-200, y su sucesor, el S7-1200.

Figura 1. S7-1200 y S7-200

Los alumnos que se han formados en tecnologías y softwares en desuso, al intentar incorporarse al mercado laboral, corren el peligro de no cumplir con los requisitos de las ofertas de trabajo que puedan encontrar. Por lo tanto, y teniendo en cuenta que no siempre es posible disponer de la última tecnología, es importante apostar por dar las herramientas para aprender a aprender a los alumnos. Gracias a esto podrán ser capaces de reciclarse e incorporar nuevos conocimientos por sí mismos, de forma que no vean limitado su abanico de posibilidades con respecto al mercado laboral.

Un ejemplo de equipo de laboratorio que podría considerarse desfasado y presente aún en algunos laboratorios de automatización industrial es el de los entrenadores como el de la figura 2. Estos instrumentos han sido de gran utilidad durante años y su aportación a la formación es innegable, pero teniendo en cuenta los avances tecnológicos actuales, que pueden aportar al alumno ejemplos de procesos más realistas, como puede ser el caso de las simulaciones o emulaciones, se debe revisar y plantearse su continuidad en los talleres o complementar su uso con algunas de las nuevas opciones disponibles.


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Figura 2. Entrenador con un PLC S7-200

Otro de los recursos que existen en los talleres y laboratorios de los centros son pequeños montajes

que van desde arranques y paros de motores en sus distintas configuraciones, hasta sistemas a escala

de algún tipo de planta, como podría ser una línea de un sistema de transportadores de un almacén

automático. En estos casos, sobre todo en el de los sistemas a escala, los alumnos pueden comprobar

la aplicación real de lo que están estudiando. Lamentablemente, en el caso de existir este tipo de

instalaciones, aparecen ciertos inconvenientes:

Uno de estos inconvenientes es la disponibilidad. Normalmente no existe uno de estos

montajes para cada alumno, por lo que tendrán que esperar su turno para poder probar. Este

hecho implica que el uso que pueden darle está limitado, no solo por las horas de clase, sino

por los turnos dentro de las mismas.

Otro de los inconvenientes es la diversidad. Partiendo de la base de que ya es complicado

que haya un montaje para cada alumno, más complicado resulta que haya variedad de

montajes.

Por tanto, y como resultado del análisis del material disponible, el factor económico condiciona la

capacidad de los centros para responder y estar al día de las novedades tecnológicas que va

introduciendo la industria. El coste que tendría cambiar todo este equipamiento cada vez que fuese

necesario lo hace inviable.


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Recursos humanos y actualización técnica de los mismos Si se quieren mantener al día los laboratorios en cuanto a software y hardware industrial se necesitarán docentes en los centros que, del mismo modo, estén al día en dichos software y hardware. Existen principalmente dos formas de conseguir esto:

Cada vez que se integre un nuevo equipo en el laboratorio los profesores que vayan a hacer uso de él tendrán que recibir una formación sobre cómo utilizarlos. Esto representa un nuevo hándicap, ya que es un coste añadido al que de por sí supone la comprar de nuevo equipamiento. Una posible estrategia para solventar este problema puede ser la negociación con el fabricante o el suministrador para incluir esta formación en el precio del equipo.

Que el docente, debido a una actividad profesional externa, esté familiarizado con el uso y funcionamiento de los nuevos elementos.

La segunda opción presenta ventajas interesantes, no solo por el ahorro en los costes de la formación sino porque un docente con experiencia en el mundo industrial es un valor añadido para el centro. Esta persona aportaría conocimiento de situaciones reales a los alumnos y podría plantear prácticas más realistas, aunque hay que contar con que no tiene por qué ser forzosamente mejor docente que otro sin experiencia en el sector.

En definitiva, tan imponte como la experiencia en la empresa privada es la motivación del docente a la hora de ponerse al día en las novedades, la iniciativa que este tenga para realizar formación permanente en las tecnologías que vayan apareciendo en su campo e investigar sobre metodologías para llevarlas de la mejor forma posible al aula.

Motivación del alumnado Los módulos profesionales relacionados con la automatización industrial contienen fundamentos matemáticos complejos, de electrónica digital y programación a bajo nivel, que requiere gran capacidad de abstracción, manejo de tipos de datos, conocimientos de listas de instrucciones y manejo de memoria. Este contenido teórico puede resultar tedioso para los estudiantes, por lo que puede llegarse a la situación de que se desanimen y pierdan la motivación.

Las sesiones prácticas pueden ayudar a mantener la motivación de los alumnos. Es tan importante que las prácticas reflejen ejemplos reales como tener un laboratorio bien equipado. Atendiendo a lo expuesto en los artículos [1] y [10], que los alumnos tengan a su disposición instrumentos o herramientas con presencia en la industria es una motivación extra para que aprendan. De esta manera sienten que sus esfuerzos están dirigidos a algo útil, algo que puede ser implementado tan pronto como se gradúen.

La disponibilidad que tengan los alumnos para realizar y comprobar las prácticas puede afectar también en el grado de satisfacción de estos. En función de la complicación y el número de sesiones de laboratorio planificadas, el alumno puede no tener el tiempo suficiente tanto para llevar a cabo la programación como para verificar si esta es correcta. Este problema se agrava aún más en el caso de que los puestos para verificación sean muy limitados y no haya uno por estudiante. Además, es conveniente tener en cuenta que no todos los alumnos necesitan el mismo tiempo para realizar una misma tarea.

Desde el punto de vista del alumnado, sería ideal encontrar una solución que al mismo tiempo que da a los alumnos una visión real de las prácticas les permitiera disponer de acceso al sistema que tengan que programar el tiempo que necesiten.


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Descripción de la solución propuesta Considerando el análisis de la situación, urge encontrar una fórmula con la cual se eliminen los elevados costes que supone actualizar los equipamientos. Al mismo tiempo dicha solución debería ser amigable o de fácil aprendizaje para el profesorado, de tal forma que les resulte fácil actualizarse y facilitar el aprendizaje a los estudiantes. Por lo tanto la propuesta final deberá ofrecer las siguientes ventajas:

Reducción de costes. El principal hándicap al que se enfrentan los centros es el gasto desorbitado que supondría mantener al día el equipamiento de los laboratorios. Se ha de buscar minimizar dicho gasto al mismo tiempo que maximiza las posibilidades de realizar prácticas realistas a los estudiantes.

Facilidad de integración. La solución propuesta no debe exigir grandes conocimientos de herramientas o lenguajes de programación para poder sacar el máximo provecho de ella. Es importante que su uso sea simple, no solo para que los profesores puedan desarrollar las prácticas sino para que los alumnos no encuentren problemas a la hora de usarla.

Trabajo autónomo. Sería ideal si la opción propuesta permitiese que los alumnos, haciendo uso de las herramientas para aprender a aprender, no solo llevaran a cabo la programación y testeo de las prácticas propuestas por el profesor sino que también tuvieran la posibilidad de elaborar casos prácticos por ellos mismos.

Diversidad. Es importante que la solución adoptada permita programar desde elementos discretos hasta sistemas complejos, integrados por distintos tipos de elementos programados con anterioridad. Esto daría a los alumnos una visión de conjunto desde el conocimiento de cada elemento de forma individual, permitiéndoles comprender el funcionamiento del sistema de una forma más completa. Mientras mayor sea la cantidad de elementos y de sistemas disponibles menor será la brecha de conocimiento cuando se incorporen al mercado laboral.

Visión realista. Lo que se intenta es proporcionar prácticas y ejemplos que sean reales. Los alumnos deberían ser capaces de poder identificar los elementos que están programando y moverse a través de ellos, pudiendo localizar partes más pequeñas como pueden ser sensores que, incluso en modelos reales, estén en zonas de difícil acceso.

Acceso rápido a los resultados. Es casi tan importante el hecho de que los sistemas sean realistas como que los alumnos puedan ver en el momento, a ser posible en tiempo real, el resultado de lo que han programado y están probando.

Eliminar el miedo al error. En un laboratorio tradicional, un error de programación puede conllevar daños en el equipamiento, daños que podrían significar incluso que el sistema quedara inservible hasta su reparación. Sin querer en ningún caso que los alumnos pierdan de vista el concepto de responsabilidad en el trabajo, sería ideal que los estudiantes pudieran integraran los errores en el proceso de aprendizaje, que pudieran alcanzar nuevas soluciones a un problema ya conocido o distintas formas de programar una misma funcionalidad.

Disponibilidad. En un caso idílico los alumnos deberían tener acceso siempre que quisieran al sistema objetivo de la práctica, disponiendo del tiempo que necesitasen para realizar las pruebas pertinentes, en función de su ritmo de aprendizaje o de su curiosidad. De esta forma se lograría no castigar indirectamente a los alumnos a los que pueda llevarles más tiempo alcanzar los objetivos al mismo tiempo que no se coartaría a los que quieran ampliar las prácticas por motivos de disponibilidad del laboratorio.

Con el fin de alcanzar este objetivo se han intentado impulsar diferentes soluciones desde el entorno educativo, principalmente a nivel universitario. A continuación se exponen las que mayor implantación y mejores resultados han obtenido.


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Laboratorios remotos Se entiende por laboratorio remoto aquel sistema al que el usuario accede de forma indirecta, es decir, el usuario no interactúa con los elementos del laboratorio de forma presencial. A este tipo de laboratorio se accede, por lo general, a través de un ordenador conectado a internet, el cual dispone de una interfaz programada a tal efecto. En las referencias [3], [4], [5] y [12] pueden verse ejemplos más detallados de la estructura de este tipo de experimentos. Según los datos mostrados en [3], [12], esta filosofía de aprendizaje empezó a despuntar a partir del año 2002, 2003, y tras una pequeña ralentización, volvió a recuperar una tendencia positiva a partir de 2006.

En la figura 3 se puede ver la estructura básica de un laboratorio remoto de automatización.

Figura 3. Estructura de un laboratorio remoto. Fuente [5].

En general, todos estarán integrados por los siguientes elementos:

El sistema objeto del laboratorio en sí.

El equipamiento e instrumental que permite controlar el experimento y recoger los datos resultantes del mismo.

Un servidor del laboratorio que asegure el control y la monitorización del sistema a través del equipamiento y el instrumental.

Un servidor de comunicación que sirva de nexo entre el servidor del laboratorio y los usuarios remotos, normalmente a través de internet.

Una webcam que permita al usuario remoto obtener feedback visual y sonoro del sistema.

Interfaz cliente que permita al usuario conectarse al sistema y sus recursos asociados. En función de las características del sistema y de las posibilidades que este ofrezca este cliente puede ser una simple interfaz web que permite variar ciertos parámetros y estudiar cómo afecta esto al resultado obtenido o, en el caso de sistemas más complejos donde por ejemplo se pueda cargar programación a un autómata, un pluguin o programa cliente.

En función del sistema remoto podemos diferenciar entre dos tipos, laboratorios remotos virtuales y laboratorios remotos reales.

Si bien en el caso de los laboratorios remotos reales los usuarios acceden a maquinaria e instrumentos, podemos ver un ejemplo en la referencia [9], en el caso de los laboratorios virtuales los estudiantes acceden a un modelo virtual de un proceso que está alojado en el servidor del laboratorio.

El grado de interacción que permita el experimento dependerá de la aproximación elegida al sistema real. Para llevar esto a cabo se utilizan multitud de softwares distintos. Según los datos de distintos estudios [3], [4], [5], dos de los más usados MATLAB y LabVIEW, ya que disponen de herramientas muy potentes para modelar procesos como puede ser el SIMULINK.


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En cuanto a la tecnología usada para los servidores de comunicación y la interfaz con el usuario las opciones son múltiples, como podemos ver en la figura 4.

Figura 4.Distribución por tecnologías usadas para los servidores de comunicación y la interfaz con el usuario. Fuente [12]

Se aprecia que, aparte de que Java es la opción que más se repite, la distribución de lenguajes de programación es muy heterogénea. Esta situación constituye un problema, ya que al no haber ni un consenso ni una serie de herramientas estándar para realizar estos nexos e interfaces se está continuamente reinventando la rueda para cada proyecto. Consecuentemente cada aplicación será dedicada y, como se expone en [3] y [12], su reusabilidad o compatibilidad con otros proyectos es limitada o nula, lo cual conlleva que la inversión que se tenga que realizar sea más difícil de amortizar.

Con el fin de dar solución este problema existen iniciativas para impulsar el desarrollo y uso de herramientas que faciliten la creación de este tipo de laboratorios haciendo uso de Easy Java Simulations and LabVIEW [8]. Aunque es cierto que estas herramientas facilitarían el proceso, y su uso haría que aumentara la compatibilidad entre programa cliente y distintos laboratorios remotos, siguen requiriendo un desarrollo en el centro y por lo tanto un cierto nivel de dominio de lenguajes de programación y softwares propietarios.

Esta solución presenta otro hándicap en lo que respecta a la disponibilidad. Ya sean los laboratorios remotos que acceden a un experimento real, como los que acceden a un entorno virtual alojado en un servidor remoto, el experimento solo puede ser usado por una persona o grupo al mismo tiempo. Con tal de abordar esta problemática es necesario tener disponible un sistema de reservas de tiempo donde cada usuario pudiera reservar sesiones, al mismo tiempo que se establecen unos máximos para garantizar que todos puedan hacer uso del recurso. Una de las opciones que se proponen varios artículos [3], [5], [8] y [12], es realizar estas reservas mediante el Moodle.

En las tablas 1 y 2 se realiza un análisis que contrasta las características de cada una de las dos versiones de laboratorio remoto con los objetivos que se desea alcanzar.

Color Leyenda Color Leyenda Color Leyenda

No cumple el objetivo. Cumple el objetivo parcialmente.

Cumple totalmente el objetivo.

Cumple una pequeña parte del objetivo.

Cumple casi por completo el objetivo.


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Tabla resumen de objetivos – Laboratorios remotos virtuales

Objetivo Grado de consecución

Reducción de costes Se elimina el coste del experimento en sí, maquinaria, sensores, actuadores, etcétera. En el caso de que la interfaz permita cargar un código a un PLC real y que este sea el que controle la virtualización habría que contar con el coste del PLC. Por otro lado, al no existir una solución estándar para crear este tipo de laboratorios hay que contar con el coste que tendrá desarrollar el software de virtualización, la comunicación entre los servidores y la interfaz con el usuario. Como estas aplicaciones serán, en la mayoría de los casos, dedicadas para cada laboratorio no se podrán reutilizar con lo que amortizar el gasto llevará mayor tiempo [12].

Facilidad de integración El desarrollo del experimento, la interfaz con el usuario y la comunicación entre los servidores requiere que los encargados de realizar este trabajo en el centro tengan conocimientos de lenguajes de programación como Java y softwares propietarios como MATLAB y LabVIEW.

Trabajo autónomo Los alumnos no tienen opción a desarrollar por si mismos nuevos experimentos a los que acceder de forma remota.

Diversidad Dependerá de que un mismo laboratorio remoto tenga más de un modelo virtual a los que poder acceder en el servidor del laboratorio. Sea como fuere el hecho de no estar limitados por elementos físicos ayuda a poder desarrollar los modelos que se quieran. El hecho de que la interfaz y servidor de comunicaciones sean dedicados para cada uno de ellos impide que desde un mismo cliente se pueda conectar a distintos laboratorios remotos.

Visión realista Este aspecto va a depender del detalle que tenga la virtualización del experimento y de si es una simulación o una emulación. Características como un entorno 2D o 3D, si permite cargar programa de PLC o solo modificar unos pocos parámetros influirán en la experiencia del estudiante. En cualquier caso, al ser la representación de un proceso o sistema real debería dar una visión más realista de la práctica.

Acceso rápido a los resultados Los alumnos reciben en un corto periodo de tiempo, en el caso ideal en tiempo real, el resultado de las pruebas que realizan sobre el experimento.

Eliminar el miedo al error Al trabajar contra un entorno virtual el cometer un error disparará un aviso o una alarma, pero en ningún caso conllevará que un elemento físico se dañe. Es de especial importancia que se integren de forma eficaz estos avisos y alarmas, para que el alumno pueda saber cuándo ha cometido un error y no pierda de vista que estos tienen consecuencias en el mundo real.

Disponibilidad Los laboratorios remotos mejoran la disponibilidad en tanto y cuanto son accesibles desde cualquier lugar geográfico, liberando al alumno de la necesidad de estar en el centro para realizar pruebas. Por norma general están disponibles 24h al día 365 días al año, exceptuando periodos de mantenimiento de los servidores. Es por este motivo por lo que han ganado bastante fuerza en la teleformación, como en la UNED [8]. Por el contrario, el hecho de tener que reservar turno para poder usarlo dilapida en cierto modo el concepto de disponibilidad total que se busca de forma ideal, ya que el usuario tendrá que reservar sesiones y tendrá al mismo tiempo un número limitado de estas.

Tabla 1. Resumen de objetivos – Laboratorios remotos virtuales.


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Tabla resumen de objetivos – Laboratorios remotos reales


Reducción de costes Tiene los mismos inconvenientes que los virtuales. Si el montaje al que se accede está en otro centro o institución no hay que añadirle el coste del equipamiento del laboratorio. Si estuviera en el mismo centro habría que contar con él.

Facilidad de integración En este caso no es necesario desarrollar la virtualización del experimento, ya que es un montaje real, pero el resto de elementos se mantienen.

Trabajo autónomo Los alumnos no tienen opción a desarrollar por si mismos nuevos experimentos a los que acceder de forma remota.

Diversidad Salvo que un mismo laboratorio remoto tenga diversos montajes accesibles, ocurre lo mismo que para los laboratorios virtuales.

Visión realista El usuario está limitado a ver y oír lo que la webcam capte. En cuanto a las posibilidades del experimento en sí, dependerá de lo qué permita la interfaz entre el usuario y el montaje.


Eliminar el miedo al error El sistema final es un montaje real por lo que un error podría conllevar que se dañaran los equipos.

Disponibilidad Presenta las mismas ventajas e inconvenientes que los laboratorios remotos virtuales.

Tabla 2. Resumen de objetivos – Laboratorios remotos reales

Las principales desventajas que presentan ambas soluciones tienen que ver con la facilidad de integración, el trabajo autónomo y la diversidad.

Los laboratorios remotos reales son los que han tenido una mejor acogida, en la figura 5 puede verse un ejemplo. Una de las razones es que estos hacen un mayor aprovechamiento de inversiones ya realizadas en laboratorios tradicionales, ya que se puede compartir con distintos centros. En algunos casos, como se expone en la referencia [3], se implementa es un híbrido donde los alumnos primero prueban en un entorno virtual, y una vez comprobado acceden al sistema real, eliminando de esta forma posibles daños al equipamiento.

Figura 5. Laboratorio remoto real. Fuente [8]


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Entornos virtuales offline Los entornos virtuales offline, a grandes rasgos podría decirse que son herramientas similares a las que se usan en los laboratorios remotos virtuales, pero en este caso se utilizan en un entorno offline. Dentro de esta categoría nos encontramos tanto con simuladores como emuladores. En la figura 6 se muestra la diferencia entre ambos.

Figura 6. Diferencia entre simulación y emulación

Podemos diferenciar dos grupos dentro de estos entornos virtuales, los dedicados y los comerciales.

Entornos virtuales dedicados Este tipo de herramientas son desarrolladas normalmente en entornos académicos [2], [6], [7], [11] y [13], especialmente en universidades, donde se virtualiza el funcionamiento de sistemas, que pueden tener también montaje físico en laboratorio o no.

El usuario podrá utilizarlas en un ordenador de un laboratorio del centro o tenerla instalado en su ordenador personal. Este hecho conforma una de las ventajas de esta solución frente a su homónima remota, ya que, sobre todo en el caso de tenerla en el ordenador personal, el usuario tiene independencia y disponibilidad total a la hora de poder acceder de ella. Podría considerarse como punto negativo que, en caso de querer usarlo en el ordenador personal, se tendría que tener un equipo con las especificaciones necesarias para cumplir con los requisitos del software. En todo caso, teniendo en cuenta el acceso que tienen hoy por hoy las personas a esta tecnología esto no debería ser un problema.

Por otro lado, el hecho de no necesitar servidores de comunicación o de laboratorio, como en el caso de la versión remota, reduce el desarrollo necesario considerablemente, pudiéndose centrar todos los esfuerzos en modelar el sistema y en la interfaz con el usuario.

A continuación nos centraremos en las emulaciones. En comparación con las simulaciones, estas prestan un mayor potencial en cuanto al sistema virtualizado, sobre todo en el aspecto de la interacción con los diferentes elementos modelados y su funcionamiento [1].

En cuanto a la interfaz con el usuario, la diferencia entre una interfaz 2D y 3D es notoria en cuanto a la experiencia del estudiante. Un buen emulador en 3D permite al usuario navegar a través del sistema, haciendo posible llegar hasta elementos que puedan estar ubicados en lugares de difícil acceso incluso en el montaje real. En la figura 7 puede verse la diferencia entre un montaje real, una representación 2D y otra 3D.


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Figura 7. Representación 2D y 3D de una línea de transporte y clasificación. Fuente [13]

En lo referente a los softwares utilizados para estas emulaciones, la herramienta que más se repite en los distintos artículos [1], [2], [6], [7] y [15], sobre todo para las emulaciones en 3D, es el LabVIEW. Como podemos ver en [11], el MATLAB también se utiliza, gracias a su potencia a la hora de hacer modelos matemáticos de procesos, pero no es tan potente en cuanto a interfaces 3D. En la tabla 3 se realiza un análisis que contrasta las características de emuladores dedicados con los objetivos que se desea alcanzar.

Tabla resumen de objetivos – Emuladores offline dedicados


Reducción de costes En este caso el coste se reduce al desarrollo de la emulación del sistema y el de la interfaz con el usuario.

Facilidad de integración Modelar el sistema y realizar la interfaz con el usuario requiere conocimientos del softwares propietario o el lenguaje de programación que se vaya a utilizar. Dependiendo de la opción que se elija este proceso puede ser más sencillo si esta ya dispone de bloques que emulen ciertos elementos, como puede ser el caso del LabVIEW.

Trabajo autónomo Los alumnos no tienen la opción de realizar modelos por sí mismos, el entorno que se les facilita es cerrado, no permite que desarrollen nuevos ejemplos.

Diversidad La diversidad dependerá del número de modelos que estén disponibles para los alumnos. La flexibilidad de la interfaz con el usuario a la hora de admitir modelos emulados desarrollados por otras fuentes podría aumentar la diversidad.

Visión realista Va a depender del detalle que tenga la emulación del sistema. Características como un entorno 2D o 3D y si permite cargar programa de PLC influirán en la experiencia del estudiante.


Eliminar el miedo al error Al trabajar contra un entorno virtual el cometer un error disparará un aviso o una alarma, pero en ningún caso conllevará que un elemento físico se dañe.

Disponibilidad El alumno puede tener la emulación incluso en su ordenador personal por lo que la disponibilidad que tiene de ella para dedicarle el tiempo que necesite a la práctica es total.

Tabla 3. Resumen de objetivos – Emuladores offline dedicados.


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Entornos virtuales comerciales Pertenecen a esta categoría distintos softwares desarrollados para la industria, con el fin de poder realizar puestas en marcha virtuales, formar a sus ingenieros y técnicos o hacer planificaciones de producción. Algunos de estas opciones pueden ser DELMIA 3DEXPERIENCE [14] o SIEMENS SIMIT [15]. Como puede verse en la figura 8, estas compilaciones de software engloban distintas funcionalidades, entre las que se integran virtualizaciones de procesos.

Figura 8. SIEMENS SIMIT

Estos entornos virtuales proporcionan herramientas con los que diseñar el sistema y sus elementos, así como elementos ya predefinidos dentro de bibliotecas que pueden venir incluidas o son adquiridas a parte. Por lo tanto, el centro podría adquirir estos softwares, las bibliotecas necesarias y desarrollar con ellos prácticas de laboratorio. En los artículos [1], [6] y [15] se expone como principales desventajas de estos lo siguiente:

El precio de las licencias, en función de los paquetes necesarios puede llegar a ser muy elevado. Además no solo hacen falta licencias para desarrollar los entornos sino también para que los estudiantes puedan usarlos.

El usuario debe tener mucha experiencia usando DELMIA o SIMIT, sólo para empezar desarrollar el entorno virtual deseado.

Algunas de estas soluciones integrales constan de funcionalidades, como planificación de la producción, que no son de utilidad para la finalidad que buscamos.


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En la tabla 4 se muestra el resumen de las características frente a los objetivos de los entornos virtuales comerciales.

Tabla resumen de objetivos – Entornos virtuales comerciales


Reducción de costes El coste de las licencias de estas compilaciones es alto, precio que puede aumentar si se han de comprar paquetes de bibliotecas de elementos extra.

Facilidad de integración El encargado de realizar el entorno virtual tendrá que tener mucha experiencia usando estos programas.

Trabajo autónomo Como en el caso anterior, los alumnos deberían tener experiencia usando estos softwares.

Diversidad La diversidad dependerá del número de modelos que se desarrollen y estén disponibles para los alumnos. Este número dependerá directamente de las bibliotecas de elementos predefinidos de las que se disponga o, en el caso de tener los conocimientos necesarios, el número de elementos que se modelen.

Visión realista Dependerá de si es un entorno 3D o 2D, el grado de interacción que permita con los elementos, y de los modelos que se desarrollen de estos. En cualquier caso, al tratarse de softwares comerciales desarrollados en un primer lugar para la industria y la realización de puestas en marcha virtuales los modelos integrados en las bibliotecas son bastante exactos.


Eliminar el miedo al error Al trabajar contra un entorno virtual el cometer un error disparará un aviso o una alarma, pero en ningún caso conllevará que un elemento físico se dañe.

Disponibilidad El alumno puede tener la emulación incluso en su ordenador personal por lo que la disponibilidad que tiene de ella para dedicarle el tiempo que necesite a la práctica es total.

Tabla 4. Resumen de objetivos – Entornos virtuales comerciales.

Ante estos inconvenientes, existen alternativas que proporcionan entornos virtuales y las herramientas necesarias para su comunicación con un PLC o un simulador de un PLC, sin el resto de funcionalidades que no son necesarias para alcanzar los objetivos propuestos.

Una de estas opciones es la que se propone como alternativa a los laboratorios tradicionales en el presente trabajo fin de máster, mlSim, de la empresa modelistics [16], una herramienta de emulación para el sector logístico.

Emulador mlSim Este software proporciona un entorno totalmente en 3D que permite representar la distribución de un almacén automático con todos los elementos que lo componen, desde sensores hasta transportadores, pasando por elementos de desvío y escáneres. Cada elemento está modelado individualmente, lo que permite interactuar con ellos por separado y acceder a todas sus características.

Si bien ha sido diseñado inicialmente para el entorno industrial y satisfacer sus necesidades, a partir de la interacción con los desarrolladores durante mi etapa en la empresa privada, y el interés de estos en entrar en el ámbito de la educación, se ha comenzado a desarrollar una versión educativa del mismo. Además, otro punto a favor es la cercanía de la empresa, situada en Cornellà.

A continuación se detallan las principales características de la herramienta en cuestión.


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Interfaz con el usuario La interfaz con el usuario es un entorno Windows estándar, como se puede apreciar en la figura 9.

Figura 9. Interfaz con el usuario mlSim

1. Área del modelo 3D. En esta ventana se representa el modelo 3D de los elementos del sistema. El alumno podrá navegar por ella e interactuar con todos y cada uno de los elementos. El usuario se desplazará con el teclado, mientras que la cámara se mueve con el ratón.

2. Menú. Como puede observarse en la figura 10, la barra del menú tiene cinco pestañas:

Figura 10. Barra menú mlSim

I. Una primera pestaña desplegable donde están las opciones de abrir un nuevo modelo, salvar el modelo actual o importar desde Excel.

II. La segunda pestaña, “Home”, agrupa las herramientas orientadas a generar escenarios de prueba.

III. En la tercera pestaña, “View”, se pueden activar y desactivar los distintos paneles que integran la interfaz con el usuario.

IV. La cuarta pestaña, “Insert”, recoge las herramientas para añadir elementos de campo adicionales al modelo que está abierto en ese momento.

V. Por último, en la quinta pestaña tendremos elementos extra, como botoneras, balizas o escáneres.


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3. Panel de propiedades del elemento. Este panel recoge las propiedades del modelo del elemento seleccionado. Se diferencian entre las siguientes propiedades:

I. General. Muestra características como el identificador del elemento, dimensiones, ángulo de desviación o coeficientes de rozamiento. Figura 11.

Figura 11. Propiedades generales elemento

II. Sensores. Si el elemento seleccionado tiene algún sensor incorporado, o es un sensor en sí mismo, muestra el nombre y el direccionamiento. Figura 12.

Figura 12. Propiedades sensores elemento

III. Actuadores. De forma análoga a los sensores, si el elemento en cuestión tiene algún tipo de actuador se mostrará su nombre y direccionamiento. Figura 13.

Figura 13. Propiedades actuadores elemento

IV. Posición. Facilita la posición en los ejes x, y, z del elemento. Figura 14.

Figura 14. Propiedades posición elemento


16

4. Panel de propiedades del motor. En el caso de que el elemento seleccionado tenga asociado un motor en este panel se mostrarán las características de este.

I. General. Muestra características como el identificador del motor, la velocidad o velocidades, el retardo al arranque y paro, así como el tipo de accionamiento del motor. Figura 15.

Figura 15. Propiedades generales motor

II. Sensores. Muestra el nombre y la dirección de los sensores que el motor pueda tener asociados, como por ejemplo el feedback del estado del inversor. Figura 16.

Figura 16. Propiedades sensores motor

III. Actuadores. Muestra el nombre de los distintos actuadores del motor y su direccionamiento. Ejemplos pueden ser, la marcha directa del motor, la inversa, distintas velocidades, etcétera. Figura 17.

Figura 17. Propiedades actuadores motor

Áreas de memoria. Existen elementos, como variadores de frecuencia o escáneres cuyo intercambio de datos con el PLC se realiza a través de un determinado área de memoria, en lugar de mediante un bit individual. En estos casos se muestra el área de memoria utilizada, a la cual se puede acceder

mediante el icono . Figura 18.

Figura 18. Propiedades área de memoria

Tanto en el panel de propiedades del elemento, como en del motor, los actuadores pueden ser

forzados mediante el icono . Del mismo modo, existen algunas propiedades que pueden ser

modificadas, como los coeficientes de rozamiento o ángulo de desviación mediante el icono .

5. Panel output. Este panel muestra los mensajes de registro de la aplicación. Los mensajes de error aparecerán en rojo.

En la ayuda del software adjunta en los anexos se explica de forma más detallada la interfaz con el usuario.


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Diseño de sistemas La versión educativa del software incluye 25 modelos diferentes que abarcan desde elementos individuales hasta sistemas complejos que integran varios de estos. Cada sistema dispone de los siguientes archivos:

Un archivo con extensión .ml que será el ejecutable del modelo.

Un conjunto de archivos con extensión .lsp o .lisp que conforman el modelo.

Un archivo Excel donde se encuentran listados todos los elementos incluidos en el sistema así como las características de estos, direccionamiento de los sensores y actuadores, tipo de accionamiento de los motores, etcétera. Si quisiéramos realizar cualquier modificación en el modelo que no pudiese realizarse mediante las herramientas disponibles en la interfaz de usuario, como por ejemplo añadir o eliminar algún transportador, se realizaría en este archivo Excel.

En el caso de que un usuario quiera desarrollar un nuevo modelo tendría que realizar los siguientes pasos. En primer lugar abrir el mlSim y en la pestaña desplegable de la barra de menú hacer click en

“New Excel Project”. Una vez realizado se abrirá un fichero Excel con las mismas características y pestañas que el que nos encontramos en la carpeta de los modelos predefinidos. Para generar un nuevo sistema basta con ir rellenando las filas de la pestaña “Mechanic” con los elementos que están disponibles y queremos que formen parte del sistema. En la figura 19 se muestra un ejemplo, basta con seguir los pasos de la ayuda para generar un nuevo sistema de forma sencilla y sin necesidad de tener conocimientos previos complejos, como ocurren en el caso de los entornos virtuales comerciales.

Figura 19. Hoja de Excel para crear un sistema


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Interfaz con el PLC El emulador permite dos modos de funcionamiento:

Contra el simulador de PLC de SIEMENS PLCSIM. La interconexión entre el PLCSIM y el emulador se realiza mediante un adaptador llamado PlcSim Adapter, desarrollado también por modelistics e incluido en la versión de educación. En la figura 20 se muestra la interfaz con el usuario.

Figura 20. Interfaz PlcSim Adapter

Para establecer la comunicación entre el PLCSIM y el mlSim simplemente se introduce la

dirección IP del ordenador donde esté corriendo la emulación y se hace click en el icono .

Contra un PLC real con PROFIBUS. Para esta opción es necesario un PLC con puerto de comunicación PROFIBUS y un ordenador que disponga de una tarjeta PROFIBUS. Esta solución permite trabajar con un PLC real, y que en la configuración del hardware de este pueda detectar los elementos que estén conectados a este bus en campo. Esta opción requiere el desarrollo de un archivo que contenga estos elementos y que coincida con lo que refleja la configuración del hardware del PLC. Además del mayor coste en cuanto a desarrollo hay que contar con el mayor coste económico en hardware, ya que será necesario un PLC real y una tarjeta PROFIBUS por ordenador, las cuales tienen un precio bastante elevado. Esto limitaría la disponibilidad del sistema para los alumnos al tiempo que tuvieran en un laboratorio con estas características.

Por estos motivos, y con el fin de alcanzar los objetivos de reducción de costes al mismo tiempo que se proporciona a los estudiantes un entorno realista, en el presente trabajo fin de máster se opta por la configuración con PLCSIM y PlcSim Adapter.

La programación del autómata se realizará con el STEP7 SIMATIC Manager, como si se estuviera programando un S7-300.


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Tabla resumen de objetivos mlSim Teniendo en cuenta lo expuesto en los puntos anteriores se muestra en la tabla 5 un análisis de las características de la solución propuesta frente a los objetivos que se busca alcanzar.

Tabla resumen de objetivos – mlSim


Reducción de costes El coste se reduce a las licencias del software utilizado para programar el PLC, en este caso el STEP7. La licencia educativa del mlSim es gratuita y permite realizar sistemas con hasta 20 elementos.

Facilidad de integración La interfaz con el usuario es un entorno Windows tradicional y los únicos conocimientos que requiere a la hora de realizar nuevos sistemas es saber rellenar un Excel siguiendo el archivo de ayuda.

Trabajo autónomo Los alumnos pueden realizar modificaciones en los modelos ya existentes, en los que le facilite el profesor o generar nuevos modelos ya sea por medio de las herramientas que integra la interfaz del usuario o a través del fichero Excel.

Diversidad Las posibilidades son prácticamente infinitas gracias a la facilidad para generar nuevos sistemas y modificar los ya existentes. El único hándicap que podría buscársele es el hecho de que el modelado de nuevos elementos lo realiza la empresa desarrolladora, pero las actualizaciones son frecuentes ya que tienen que estar al día con la industria.

Visión realista Como hemos visto se trata de un entorno 3D que permite interaccionar con todos los elementos, acceder a sus características físicas y de control e incluso modificar parámetros de estos. Permite cargar el programa contra el PLCSIM y comunicar este con la emulación como si estuvieras en planta. Podría ser aún más realista si nos hubiésemos decantado por la opción de trabajar contra un PLC real, pero los costes se elevarían bastante y la experiencia del alumno es prácticamente idéntica para lo que estamos buscando.

Acceso rápido a los resultados Los alumnos ven en tiempo real lo que está pasando y cómo se comporta el sistema según lo que han programado.

Eliminar el miedo al error Al trabajar contra un entorno virtual el cometer un error no conllevará un daño en un elemento físico. El hecho de tener disponibles elementos como balizas permite que puedan programarse errores y muestren un aviso lumínico si estos se producen y el alumno los detecte rápidamente.

Disponibilidad El alumno puede tener la emulación incluso en su ordenador personal por lo que la disponibilidad que tiene de ella para dedicarle el tiempo que necesite es total. Tabla 5. Resumen de objetivos – mlSim


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Implantación de la solución propuesta El conjunto de prácticas que se proponen, basadas en el software de emulación mlSim, se han desarrollado para cubrir los contenidos del CFGS Automatización y robótica industrial.

Después de analizar los distintos módulos profesionales que integran este ciclo formativo se han identificado tres módulos candidatos para la integración de dicho software en sus prácticas:

MP02 Sistemas secuenciales programables. La escalabilidad que ofrece el entorno lo hace ideal para utilizarlo desde el inicio de la formación en programación de PLCs. Permite comenzar programando elementos discretos y sencillos hasta llegar a programar sistemas más complejos integrados por los anteriores.

MP06 Sistemas programables avanzados. Siguiendo con el concepto de escalabilidad, se pueden desarrollar modelos más complejos, con sensores avanzados, como pueden ser básculas y escáneres, o actuadores configurables, como variadores de frecuencia.

MP09 Integración de sistemas de automatización industrial. Este software fue ideado en un principio para realizar puestas en marcha virtuales en la industria. Por lo tanto podría realizarse un proyecto que consistiera en la puesta en marcha virtual de un determinado modelo. Para este caso sería interesante la opción de usar el emulador contra un PLC real conectado por PROFIBUS, pudiéndose así configurar la red de comunicación con los esclavos de campo. Incluso, para cubrir una mayor parte de los contenidos de este módulo, podría realizarse la comunicación entre un pequeño sistema SCADA desarrollado por el alumno con la emulación y comprobar su funcionamiento.

Para la elección del módulo donde se usará el emulador se parte del siguiente escenario, fruto de la experiencia a la hora de proponer su uso en el centro donde realicé el practicum:

Primer acercamiento del centro y los docentes a esta tecnología. Aunque ni el uso ni la generación de modelos supone un reto, incluso en su configuración contra PLC real, al ser la primera vez que se implanta, es conveniente empezar por la solución con un grado de complejidad a la hora de integrarla más bajo. Una vez asentado resultará más fácil incorporándolo a otros módulos que tengan una exigencia un poco mayor.

La reducción en costes es un factor determinante en un primer instante. Los centros estarán más abiertos a implementar una solución que no les genere un coste añadido. Esto no quiere decir que no se les muestren todas las posibilidades y requisitos, sino que estarán más receptivos a realizar un desembolso cuando hayan experimentado que la solución funciona.

Atendiendo a los resultados de la encuesta realizada a los alumnos que se muestra en la tabla 17 y a lo expuesto en los artículos [1] y [10], que los estos tengan a su disposición instrumentos o herramientas con presencia en la industria es una motivación extra para que aprendan. Por lo tanto, si las ponemos a su disposición desde las etapas iniciales de su formación lograremos engancharles desde un primer momento.

Teniendo en cuenta lo anterior se ha decidido implantar el emulador en la UF3 del MP02 “Sistemas secuenciales programables”:

Duración del módulo: 165h (132+33)

Horas de libre disposición 33h

Equivalencia en créditos ECTS: 10

Unidades formativas que lo componen: o UF1: Instalación y montaje de PLC. 22h. o UF2: Programación de PLC. 55h. o UF3: Diseño de sistemas combinacionales y secuenciales. 88h (55+33).

Este módulo se imparte el primer año del CF y es el primer contacto de los alumnos con la programación de PLC.


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Distribución de horas por UF y asignación de HLD

Tabla 6. Distribución de las horas lectivas del módulo

Cronograma de las UF

Distribución de las horas de las UF Totales

UF3 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 88 UF2 3 5 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 55 UF1 5 5 5 5 2 22

Semanas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 165 Tabla 7. Distribución de las horas de las UF

La UF1, debido a su carácter introductorio dentro del M02, se imparte al principio del curso, durante la primera mitad del primer trimestre. A partir de este momento comienza la UF2 que se solapará con la UF3 a partir de la séptima semana, una vez se hayan impartido los conocimientos básicos necesarios para empezar con esta última. La UF3 se alargará hasta el final del curso.

Distribución de las horas lectivas del módulo (132+33)

Horas mínimas HLD Horas totales UF1 22 0 22 UF2 55 0 55 UF3 55 33 88 Total 132 33 165


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Distribución de la UF3 dentro de los trimestres A continuación se detallan las horas que se imparten en cada trimestre de la UF3, desglosadas en los distintos núcleos formativos.

Primer trimestre Horas

UF3 Diseño de sistemas combinacionales y secuenciales 11

NF 3.1 Sistemas combinacionales y secuenciales. 11

Segundo trimestre Horas


NF 3.2 Programación estructurada. 22

Tercer trimestre Horas


NF 3.3 Aplicación de la automatización con PLCs en logística. 55 Tabla 8. Núcleos formativos y carga horaria por trimestre

El programa de prácticas que se propone se realizará en el tercer trimestre, dentro del NF 3.3

“Aplicación de la automatización con PLCs en logística”, una vez los alumnos tengan los conocimientos

necesarios tanto de la UF2 como de la UF3.

Resultados de aprendizaje y criterios de evaluación

1. Reconoce las secuencias de control de sistemas programados, interpretando los requerimientos y estableciendo los procedimientos de programación necesarios.

Criterios de evaluación

1.1. Determina los requerimientos técnicos y funcionales. 1.2. Establece la secuencia de control 1.3. Determina los diferentes tipos de funcionamiento 1.4. Identifica las fases de programación. 1.5. Reconoce los diferentes entornos de programación. 1.6. Evalúa los puntos críticos de la programación. 1.7. Elabora un plan detallado para la programación.

2. Programa sistemas combinacionales y secuenciales, partiendo de las condiciones de control y utilizando técnicas estructuradas.


2.1. Diseña y analiza el programa de sistemas combinacionales y secuenciales. 2.2. Diseña y programa secuencias de control utilizando técnicas estructuradas Aplica diferentes

lenguajes de programación. 2.3. Identifica los diferentes bloques o unidades de organización de programa. 2.4. Realiza el programa, facilitando futuras modificaciones. 2.5. Comprueba que el funcionamiento del programa coincide con la secuencia de control

establecida. 2.6. Tiene en cuenta los tiempos previstos para los procesos. 2.7. Resuelve satisfactoriamente los problemas que se presentan.


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3. Verifica el funcionamiento del sistema de control programado, ajustando los dispositivos y aplicando normas de seguridad.


3.1. Comprueba las conexiones entre dispositivos. 3.2. Verifica la secuencia de control. 3.3. Monitoriza el programa y el estado de las variables desde la unidad de programación. 3.4. Comprueba la respuesta del sistema ante cualquier posible anomalía. 3.5. Mide los parámetros característicos de la instalación. 3.6. Respeta las normas de seguridad.

4. Repara averías en sistemas de control programados, diagnosticando disfunciones y desarrollando la documentación requerida.


4.1. Reconoce puntos susceptibles de avería. 4.2. Identifica la causa de la avería a través de las medidas realizadas y de la observación del

comportamiento de la automatización. 4.3. Selecciona los elementos a sustituir, atendiendo a su compatibilidad y funcionalidad dentro del

sistema. 4.4. Restablece el funcionamiento. 4.5. Elabora registros de avería. 4.6. Redacta el manual de uso 4.7. Identifica posibles contingencias y plantea soluciones. 4.8. Participa activamente en el equipo de trabajo y contribuye a unas buenas relaciones

interpersonales. 4.9. Actúa con responsabilidad en la realización de las tareas encomendadas.

Contenidos

1. Reconoce las secuencias de control de los sistemas programados, interpretando los requerimientos y estableciendo los procedimientos de programación necesarios:

1.1. Interpretación de requerimientos. Características técnicas y funcionales. 1.2. Métodos sistemáticos para la programación de secuencias de control. 1.3. Sistema de puesta en marcha y parada: Manual, automático, paso a paso, parada final de

ciclo, puesta del sistema al estado inicial, parada de emergencia, entre otros 1.4. Fases de programación. Identificación de entradas y salidas, secciones del programa y

secuencia del programa, entre otros. 1.5. Entornos de programación. 1.6. Técnicas de localización de puntos críticos. 1.7. Planificación para la programación. Datos generales, necesidades, calendario de pedidos,

recepción de material y calendario de actuación, entre otros.

2. Programa sistemas combinacionales y secuenciales, partiendo de las condiciones de control y utilizando técnicas estructuradas:

2.1. Aplicaciones automatizadas de sistemas combinacionales y secuenciales. 2.2. Aplicaciones automatizadas de secuencias de control con lógica programada. 2.3. Técnicas de implementación de métodos sistemáticos de programación de sistemas

secuenciales utilizando diferentes lenguajes de programación. 2.4. Bloques o unidades de organización del programa. 2.5. Comprobación del funcionamiento de las condiciones de control establecida.


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3. Verificación del funcionamiento de control: 3.1. Técnicas de verificación. 3.2. Monitoreo de programas. 3.3. Diagnóstico y localización de averías 3.4. Instrumentos de medida. 3.5. reglamentación vigente

4. Reparación de averías: 4.1. Diagnóstico y localización de averías. 4.2. Técnicas y protocolos de actuación. 4.3. Compatibilidad de equipos sustituidos 4.4. Configuración de registros de averías automatizado y documental. 4.5. Memoria técnica. 4.6. Valoración económica. 4.7. Manual de uso. 4.8. Reglamentación vigente.

Relación núcleos formativos – contenidos – resultados de aprendizaje – criterios de

evaluación

Núcleo formativo

C RA Criterios de evaluación

Contenidos subapartados

Actividades E/A Horas

NF3.1 - Sistemas combinacionales y secuenciales. (11h)

2 2 2.1 2.1 A1. Algebra de Boole, funciones y puertas lógicas.

5h

2 2 2.1, 2.2 2.1, 2.2, 2.3 A2. Introducción a los circuitos secuenciales.

6h

Núcleo formativo




NF3.2 – Programación estructurada. (22h)

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4

A3. Introducción a la estructura básica de un programa en STEP 7.

3

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4 A4. Bloques de organización (OB).

3

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4 A5. Funciones (FC).

3

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4 A6. Funciones de sistema (SFC).

3


25

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4 A7. Bloques de datos (DB).

2

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4 A8. Bloques de funciones (FB)

3

2 2 2.3, 2.4 2.3, 2.4 A9. Tipos de datos definidos por el usuario (UDT).

3

2, 3 2, 3 2.5, 3.2, 3.3,

3.4 2.5, 3.1, 3.2,

3.3

A10. Diagnóstico, tablas de variables, referencias cruzadas, listado de ocupación.

2

Núcleo formativo




NF3.3 – Automatización con PLCs en logística. (55h)

4 4 4.1 – 4.9 4.1 – 4.8 A11. Procesos automatizados en logística.

7

- - - - A12. Software de emulación mlSim.

3

1, 2, 3

1, 2, 3

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 –

3.6

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.5

A13. Programación de un transportador simple.

5

1, 2, 3

1, 2, 3

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 –

3.6

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.5

A14. Programación de un transportador de acúmulo.

8

1, 2, 3

1, 2, 3

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 –

3.6

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.5

A15. Programación de un elemento de desvío dinámico.

5

1, 2, 3

1, 2, 3

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 –

3.6

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.5

A16. Programación de un elemento de desvío estático.

7

1, 2, 3

1, 2, 3

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 –

3.6

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.5

A17. Proyecto. 20

Tabla 9. Relación núcleos formativos – contenidos – resultados de aprendizaje – criterios de evaluación


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Desarrollo de las actividades del NF 3.3 El conjunto de prácticas que se proponen buscan explotar sobre todo las siguientes virtudes del emulador.

Diversidad. Las prácticas llevarán a los alumnos por distintos escenarios, en los que programarán desde elementos individuales de un almacén automático hasta un pequeño proyecto en su totalidad y con sus distintas funcionalidades.

Visión realista. Los alumnos tendrán la oportunidad de poner en práctica los conocimientos adquiridos en las sesiones teóricas trabajando contra un sistema que se utiliza en la industria. Además, se potenciará el concepto de estándar de programación. Se considera que es de especial interés que los alumnos estén familiarizados con este concepto desde un momento inicial, ya que es como se trabaja en el mundo profesional. En las primeras prácticas se les pedirá que realicen un bloque funcional que controle un elemento de la instalación en concreto. Una vez hayan desarrollado los bloques de control de cada elemento se les propondrá un sistema que contendrá todos los anteriores, y que deberá cumplir una serie de funcionalidades como conjunto. Como no puede ser de otra forma, los ejercicios propuestos estarán adaptados al nivel educativo en el que nos encontramos.

Eliminar el miedo al error. Integrar los errores y que el alumno pueda aprender de ellos es de gran importancia en el proceso de construcción de conocimientos por parte de este. El hecho de que ante un error de programación no conlleve daños en el equipamiento ayuda en este sentido. Teniendo esto en cuenta, también es importante que el alumno no pierda de vista que un error fuera del entorno virtual puede causar daños, tanto materiales como humanos, y que por lo tanto tiene una serie de responsabilidades. Para asegurarnos de que el alumno no pierde esto de vista, aparte de penalizar los fallos de programación en la corrección de las prácticas, tendrán que defender las prácticas ante el profesor.

Disponibilidad. Que los alumnos puedan utilizar la emulación en sus ordenadores personales aporta distintas ventajas. La temporización de las prácticas se ha pensado para que los alumnos puedan realizar la mayor parte del trabajo en las horas presenciales, de ahí que se le hayan asignado a la UF3 las 33h de libre disposición. Dicho esto, que los alumnos puedan trabajar con el software fuera de este horario, haciendo uso de las horas de dedicación fuera del aula contempladas en los créditos ECTS, permite una mayor flexibilidad y centrar las sesiones de laboratorio en explicar, resolver dudas y defender prácticas anteriores. Por otro lado, esta portabilidad evita la penalización que la disponibilidad limitada de los laboratorios causa tanto a los alumnos con más dificultades como a los que van más adelantados. Por un lado los alumnos que tengan mayor dificultad tendrán el tiempo que necesiten para realizar las tareas, mientras que los más adelantados, podrán probar diferentes soluciones para una misma funcionalidad.

Las prácticas abarcan desde la actividad 12 hasta la 17. En la actividad 11 se realiza una introducción a los almacenes automáticos, así como a las averías y problemas más frecuentes y como solucionarlas. En la actividad 12 se hace una introducción al software de emulación con la intención de que los alumnos se familiaricen con un el entorno que van a usar en el resto de prácticas. De la 13 a la 17 se programan los distintos elementos individuales, hasta llegar a la práctica 17 donde se realizará la programación del proyecto.


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Diseño de las actividades de enseñanza aprendizaje

NF3.3 – Aplicación de la automatización con PLCs en logística. (55h)

Actividad E/A Contenidos RA CA Instrumentos de evaluación

A11. Procesos automatizados en logística (7h).

4.1 – 4.8 4 4.1 – 4.9 Rúbricas de la actividad grupal sobre resolución de averías (RAG). (100%)

- Explicación mediante clase magistral del concepto de almacén automatizado. Se explica en que consiste la filosofía de este tipo de almacén y que ventajas e inconvenientes puede tener frente a los almacenes tradicionales (1h).

- Introducción a los elementos principales dentro de un almacén automatizado. Sistema de transportadores y almacén vertical. Se explica el funcionamiento mecánico y las posibilidades de control lógico que se le puede realizar a cada elemento así como el intercambio de datos entre ellos (2h).

- Explicación mediante clase magistral de las averías más frecuentes a nivel de mecánica y sensores que se pueden encontrar en una instalación de este tipo. Posibles causas de la avería y como solucionarlas (2h).

- Actividad evaluable por grupos. Se planteará una actividad de casos en la que a cada grupo se le asignará una ficha de avería. En un primer lugar tendrán que identificar qué tipo de avería se muestra. Una vez identificada la avería tendrán que dar la solución más adecuada en función de lo explicado en las clases teóricas. Cada grupo tendrá que exponer la solución adoptada al resto de compañeros, que serán los encargados de valorar el resultado conforme a una rúbrica (2h).

Tabla 10. A11. Procesos automatizados en logística


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A12. Software de emulación mlSim (3h).

- - - Esta actividad es formativa, no tiene peso en la evaluación.

Primer acercamiento de los alumnos al software de emulación mlSim. Esta herramienta les acompañará durante todo el periodo de práctica, por lo que se diseña una sesión inicial para que se familiaricen con el entorno.

- Explicación mediante práctica guiada del entorno de emulación. Se analiza la interfaz de usuario y los distintos paneles y pestañas que integran esta. Se hace especial énfasis en los paneles de propiedades de los elementos, donde pueden encontrar información importante como el direccionamiento de entradas y salidas. Se explican las distintas herramientas que proporciona la interfaz para realizar las pruebas necesarias con el fin de comprobar las funcionalidades de cada práctica. Por último se muestra cómo comunicar el PLCSIM con el mlSim (2h).

- Los alumnos, de forma individual, realizan un informe sobre un modelo que se les facilita. En este informe han de identificar los tipos de elementos que tiene el sistema, características propias de cada tipo de elemento, como puede ser el tipo de accionamiento o velocidad en un motor, y el direccionamiento de entradas y salidas. Por último tendrán que preparar un escenario de prueba hipotético con un generador y un destructor de cajas (1h).

Tabla 11. A12. Software de emulación mlSim


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A13. Programación de un transportador simple (5h).

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.6

1, 2, 3 1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 – 3.5

Rúbricas para corrección de las prácticas (RPRA). (100%)

Primera práctica de programación de un elemento. Se trata de un transportador simple con una sola posición de parada delantera. Se pide a los alumnos que programen un bloque de función para controlar este tipo de transportadores. Se les proporciona un listado de entradas y salidas que coincide con las señales presentes en el modelo del emulador. El modelo consta de dos transportadores de este tipo, una baliza, un selector y una botonera. La programación tendrá que ser tal que las cajas pasen de un transportador a otro cuando el transportador que entrega esté listo para entregar como el que recoge para recibir. El alumno tendrá que tener en cuenta este intercambio de información a la hora de programar el módulo. En caso de no poder realizarse la transferencia cuando la caja llega al final del transportador este tendrá que parar y esperar a que se den las condiciones para volver a arrancar. Se han de programar al menos dos errores, de bloqueo de fotocélula delantera y trasera. En caso de error el transportador ha de parar inmediatamente. La baliza activará la luz verde cuando el transportador esté en marcha y la roja cuando haya un error. La botonera hace la función de reset de errores, mientras que el selector simula la señal de carga esperando para ser entregada a la entrada del primer transportador. Por último se pide un modo de ahorro de energía, si no recibe cargas el transportador durante más del tiempo parametrizado este ha de parar y despertar con el reset o al recibir la señal de carga esperando del transportador anterior.

- Repaso del funcionamiento de este tipo de elemento y explicación de las funcionalidades que se requieren en la práctica (1h).

- Una vez realizado el repaso y la explicación los


30

alumnos trabajan en la práctica. Durante este tiempo pueden preguntar las dudas que les vayan surgiendo mientras trabajan en el laboratorio o las que les hayan podido surgir trabajando fuera de este. Al inicio de la siguiente sesión tendrán que entregar el fichero de la práctica y el informe con las tareas que muestra el guión de la misma. La evaluación la realizará el profesor conforme a la rúbrica desarrollada para la corrección de las prácticas RPRA. En caso de tocarle a un alumno el turno de defensa de práctica tendrá que realizarla en la misma sesión que entrega el informe (4h).

Tabla 12. A13. Programación de un transportador simple



A14. Programación de un transportador de acúmulo (8h).

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.6

1, 2, 3 1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 – 3.5


En este caso se trata de un transportador de acúmulo, con una posición de parada delantera y otra de acúmulo. Los alumnos han de programar un bloque de función que controle este tipo de transportadores. Se les proporciona un listado de entradas y salidas que coincide con las señales presentes en el modelo del emulador. El modelo consta de dos transportadores de este tipo, una baliza, un selector y una botonera. La programación tendrá que ser tal que las cajas pasen de un transportador a otro cuando el transportador que entrega esté listo para entregar como el que recoge para recibir. El alumno tendrá que tener en cuenta este intercambio de información a la hora de programar el módulo. En caso de no poder realizarse la transferencia cuando la caja llega al final del transportador se pueden dar dos posibilidades:

Si la posición de acúmulo está libre, se desembragan los rodillos de la posición de parada delantera y el motor sigue en marcha


31

permitiendo acumular una caja en la posición de acúmulo.

Si tanto la posición de acúmulo como la de parada delantera están ocupadas el motor ha de parar y esperar a que se den las condiciones necesarias para volver a arrancar.

Se han de programar al menos dos errores, de bloqueo de fotocélula delantera y de acúmulo. En caso de error el transportador ha de parar inmediatamente. La baliza activará la luz verde cuando el transportador esté en marcha y la roja cuando haya un error. La botonera hace la función de reset de errores, mientras que el selector simula la señal de carga esperando para ser entregada a la entrada del primer transportador. Por último se pide un modo de ahorro de energía, si no recibe cargas el transportador durante más del tiempo parametrizado este ha de parar y despertar con el reset o al recibir la señal de carga esperando del transportador anterior. - Repaso del funcionamiento de este tipo de

elemento y explicación de las funcionalidades que se requieren en la práctica (1h).

- Una vez realizado el repaso y la explicación los alumnos disponen del resto del tiempo para trabajar. Los alumnos a los que les toca realizar la defensa de la práctica anterior lo hacen por turnos. Durante este tiempo pueden preguntar las dudas que les vayan surgiendo mientras trabajan en el laboratorio o las que les hayan podido surgir trabajando fuera de este. Al inicio de la siguiente sesión tendrán que entregar el fichero de la práctica y el informe con las tareas que muestra el guión de la misma. La evaluación la realizará el profesor conforme a la rúbrica desarrollada para la corrección de las prácticas RPRA (7h).

Tabla 13. A14. Programación de un transportador de acúmulo


32



A15. Programación de un elemento de desvío dinámico (5h).

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.6

1, 2, 3 1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 – 3.5


En esta práctica se programa el primer elemento de desvío. Se trata de un elemento de desvío dinámico de 45º, activado de forma neumática. La caja se desvía mientras sigue en movimiento y puede ser desviada tanto a izquierda como a derecha. Los alumnos han de programar un bloque de función que controle este tipo de transportadores. Se les proporciona un listado de entradas y salidas que coincide con las señales presentes en el modelo del emulador. El modelo consta de dos transportadores simples y el elemento de desvío, una baliza, un selector y una botonera. En este caso el alumno tendrá que tener en cuenta las condiciones necesarias para activar la electroválvula que controla la activación del desvío. Del mismo modo tendrá que contemplar la comunicación necesaria para hacer saber al transportador al que se desvía que va a recibir una caja. Se han de programar al menos dos errores, de bloqueo de fotocélula de desvío y de electroválvula activa durante demasiado tiempo. En caso de error, ya sea del elemento de desvío o del transportador que recibe la caja, no se desviará y la caja debe seguir recto. La baliza activará la luz verde cuando el elemento esté desviando y la roja cuando haya un error. La botonera hace la función de reset de errores, mientras que el selector simula la señal de carga esperando para ser entregada a la entrada del primer transportador y poder iniciar el movimiento.


- Una vez realizado el repaso y la explicación los alumnos disponen del resto del tiempo para trabajar. Los alumnos a los que les toca realizar la


33

defensa de la práctica anterior lo hacen por turnos. Durante este tiempo pueden preguntar las dudas que les vayan surgiendo mientras trabajan en el laboratorio o las que les hayan podido surgir trabajando fuera de este. Al inicio de la siguiente sesión tendrán que entregar el fichero de la práctica y el informe con las tareas que muestra el guión de la misma. La evaluación la realizará el profesor conforme a la rúbrica desarrollada para la corrección de las prácticas RPRA (4h).

Tabla 14. A15. Programación de un elemento de desvío dinámico



A16. Programación de un elemento de desvío estático (7h).

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.6

1, 2, 3 1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 – 3.5


En caso el elemento de desvío es en estático, desde el punto de vista de la caja, esta es desviada de forma pasiva. Se trata de un elemento de desvío de 90º. En este caso la elevación sigue realizándose de forma neumática pero el movimiento de la caja desde su posición inicial al final se realiza mediante un motor. Los alumnos han de programar un bloque de función que controle este tipo de transportadores. Se les proporciona un listado de entradas y salidas que coincide con las señales presentes en el modelo del emulador. El modelo consta de dos transportadores simples y el elemento de desvío, una baliza, un selector y una botonera. En este caso el alumno tendrá que tener en cuenta las condiciones necesarias para activar la electroválvula que controla la elevación y el motor que realiza el desvío. Del mismo modo tendrá que contemplar la comunicación necesaria para hacer saber al transportador al que se desvía que va a recibir una caja. Se han de programar al menos dos errores, de bloqueo de fotocélula de inicio de desvío y de electroválvula activa durante demasiado tiempo. En


34

caso de error, ya sea del elemento de desvío o del transportador que recibe la caja, no se desviará y la caja debe seguir recto. La baliza activará la luz verde cuando el elemento esté desviando y la roja cuando haya un error. La botonera hace la función de reset de errores, mientras que el selector simula la señal de carga esperando para ser entregada a la entrada del primer transportador y poder iniciar el movimiento.


- Una vez realizado el repaso y la explicación los alumnos disponen del resto del tiempo para trabajar. Los alumnos a los que les toca realizar la defensa de la práctica anterior lo hacen por turnos. Durante este tiempo pueden preguntar las dudas que les vayan surgiendo mientras trabajan en el laboratorio o las que les hayan podido surgir trabajando fuera de este. Al inicio de la siguiente sesión tendrán que entregar el fichero de la práctica y el informe con las tareas que muestra el guión de la misma. La evaluación la realizará el profesor conforme a la rúbrica desarrollada para la corrección de las prácticas RPRA (6h).

Tabla 15. A16. Programación de un elemento de desvío estático


35



A17. Proyecto (20h).

1.1 – 1.7, 2.1 – 2.5, 3.1 – 3.6

1, 2, 3 1.1 – 1.7, 2.1 – 2.7, 3.1 – 3.5

- Rúbricas para corrección de las prácticas (RPRA). (75%)

- Rúbrica presentación oral (RPO). (25%)

Partiendo de los conocimientos adquiridos en las UF1, 2, en los NF 3.1, 3.2 y de lo desarrollado desde la práctica 13 a la 16, se plantea un pequeño proyecto de automatización de un sistema de transportadores de un almacén automatizado. El proyecto tendrá al menos un elemento de cada tipo programado en las prácticas 13 a 16. Aparte de realizar las llamadas necesarias a los módulos de los elementos tendrán que programar la siguiente funcionalidad:

Existe una estación de trabajo a la que se accede a través de un elemento de desvío estático. A esta estación solo se desvía cuando el selector asociado esté en la posición activa.

Una vez las cajas salen de la estación de trabajo, por medio de otro elemento de desvío estático, llegan a una zona de expediciones donde existe un elemento de desvío dinámico. Este puede desviar tanto a izquierda como a derecha. Habrá un selector a cada lado para activar o desactivar la maniobra. En caso de estar activo los dos, se desviará una a cada lado de forma alternada dejando pasar recto 1 de cada 3. Si por cualquier motivo, error o no estar activo el selector, no se puede desviar, las cajas irán a una zona de rechazo al final de la línea.

- En un primer momento se explica con detalle el modelo, los elementos que lo integran y las funcionalidades que se han de cumplir (1h).

- Una vez realizado esto los alumnos empiezan a trabajar en el proyecto. Los alumnos a los que les toca realizar la defensa de la práctica anterior lo


36

hacen por turnos. Durante este tiempo pueden preguntar las dudas que les vayan surgiendo mientras trabajan en el laboratorio o las que les hayan podido surgir trabajando fuera de este (16h30m).

- Por último cada alumno dispondrá de 5m para exponer la solución que ha adoptado para el sistema y defender su funcionamiento. La evaluación la realizará el profesor conforme a dos rúbricas. Para evaluar la programación se usará la rúbrica desarrollada para la corrección de las prácticas RPRA mientras que para evaluar la presentación oral se usará la rúbrica de presentación oral RPO (2h30m).

Tabla 16. A17. Proyecto

Las rúbricas para la evaluación se encuentran en el Anexo I “Rúbricas de evaluación”.

Los guiones de las prácticas para los estudiantes se encuentran en el Anexo II “Guiones de prácticas”.


37

Evaluación de las actividades del NF 3.3 Como se describió en el punto anterior se utilizan tres rúbricas como instrumentos de evaluación de las

actividades que integran el NF3.3:

Rúbrica para la actividad grupal de resolución de averías (RAG). Actividad 11.

Rúbrica para corrección de las prácticas (RPRA). Actividad 13-17.

Rúbrica presentación oral (RPO). Actividad 17.

La actividad 17, el proyecto, es la única donde se utilizan dos rúbricas distintas:

La RPRA se utiliza para la corrección del informe que ha de entregar el alumno y para evaluar

la parte técnica de la defensa del proyecto. Supondrá un 75% del peso de la nota.

La RPO se utiliza para la evaluación de las habilidades a la hora de realizar una presentación

oral en la defensa del proyecto. Tendrá un peso del 25%. Se ha decidido dar una parte

importante de la nota del proyecto a la presentación oral ya que se considera que la

comunicación oral es una competencia transversal importante para todas las personas y que es

necesario que trabajar y valorar.

Los alumnos no tendrán que defender todas las prácticas de la 13 a la 16. Cada alumno defenderá una

práctica en la que se programe un transportador y otra en la que se programe un elemento de desvío.

Esto se ha decidido así ya que en el proyecto estarán presentes todos los elementos programados en

las prácticas anteriores, por lo que tendrán que explicar su funcionamiento. De esta forma se mantiene

un control y se verifica que los alumnos entienden lo que realizan al mismo tiempo que tienen el mayor

tiempo posible para trabajar en las sesiones de laboratorio.

La nota final de la unidad formativa se obtendrá de forma ponderada según el peso de horas que forma

cada resultado de aprendizaje, para lo que podremos aplicar la siguiente fórmula:

La actividad 12 no aparece en la formula ya que tiene un carácter únicamente formativo. QEXT hace

referencia al porcentaje de nota, un punto y medio como máximo, que se reserva para valorar el trabajo

extra que realicen los alumnos. Dentro de esta parte de la nota se tendrán en cuenta funcionalidades

que se hayan programado y que no formaran parte de lo descrito en el guión, presentar distintas

opciones de control para una misma funcionalidad, programación de más de los dos errores que se

piden como mínimo, etcétera. De esta forma se intenta promover la iniciativa, creatividad y el trabajo

autónomo por parte del alumno.

QNF3.3 = 0,11 * QA11 + 0,09 * QA13 + 0,14 * QA14 + 0,09 * QA15 + 0,11 * QA16 + 0,31 * QA17 + 0,15 * QEXT


38

Conclusiones

En este apartado se presentan los resultados de la experiencia en el centro del practicum así como una

reflexión final y líneas futuras de trabajo.

Experiencia en el centro Debido a incompatibilidades con los módulos que impartía mí tutora en el centro, en ninguno de ellos

tenían cabida, no se pudieron poner en práctica las actividades propuestas. Con el fin de suplir este

hándicap, y obtener la opinión de los alumnos y profesores, se realizaron dos sesiones en las que se

presentó el contenido y objetivo del presente trabajo fin de máster. Dichas sesiones se organizaron de

la siguiente manera:

En primer lugar se realizó una introducción al concepto de almacén automático, los elementos

que lo componen y sus ventajas e inconvenientes. Si bien no forma parte directamente del

contenido del TFM es cierto que, al tratarse el emulador de una herramienta que virtualiza

sistemas logísticos, era prudente facilitarle a los alumnos y a los profesores el contexto sobre el

que se basarían los ejemplos que se verían al final de la sesión. Además, desde la jefatura del

departamento de electricidad veían como un valor añadido el hecho de que los alumnos

pudieran tener un primer contacto con una de las posibles salidas profesionales a las que

pueden optar a la hora de terminar sus estudios.

A continuación se explicó el software propuesto para utilizar en las prácticas, el emulador

mlSim. Se examinó la interfaz con el usuario, las opciones que esta permite, la interacción con

los elementos del modelo y la comunicación entre este y el PLCSIM. Para finalizar este

apartado se explicó cómo realizar un modelo propio mediante un archivo Excel, con el fin de

mostrar a los profesores y alumnos las posibilidades de crear nuevos modelos y realizar trabajo

de forma autónoma.

Para terminar la sesión se mostró a los alumnos dos ejemplos de actividades propuestas. Se

realizó delante de ellos todo el proceso:

o Carga del modelo en el emulador.

o Describir el sistema y las funcionalidades que se esperan de este.

o Abrir el SIMATIC Manager y cargar el proyecto con la programación realizada al

PLCSIM.

o Comunicar el PLCSIM y el mlSim por medio del PlcSim Adapter.

o Preparar un escenario de prueba en el emulador y comprobar todas las

funcionalidades.

En el Anexo III “Sesión informativa TFM” se puede encontrar la presentación en PowerPoint que se

utilizó en estas sesiones.

Al finalizar ambas sesiones se realizó un cuestionario a los profesores y a los alumnos. Los datos

extraídos de este cuestionario se consideran de especial interés, ya que permiten hacer una primera

valoración sobre la viabilidad y el grado de aceptación de la solución propuesta.

A continuación se reflejan los resultados de la encuesta. La muestra está formada por 37 alumnos y 7

profesores. La encuesta es la misma para ambos grupos, salvo dos preguntas que no están presentes

en la de los profesores. Se han separado los resultados de las encuestas de los alumnos, tabla 17, y

los profesores, tabla 18, ya que se entiende que es más interesante analizarlas de forma

independiente. Los resultados se muestran en una tabla, separados en categorías según los objetivos

que se busca alcanzar y manteniendo el código de colores utilizado en las tablas de análisis de las

distintas propuestas.


39

Tabla resumen encuesta alumnos

Objetivo Pregunta Muy de acuerdo / positivo

De acuerdo / positivo

Indiferente En desacuerdo /

Negativo

Muy en desacuerdo /

negativo

Facilidad de integración

¿Consideras sencilla la interfaz del programa? 0% (0) 51,4% (19) 24,3% (9) 24,3% (9) 0% (0)

¿Te parece intuitiva la interacción con los elementos de la emulación?

13,5% (5) 75,7% (28) 10,8% (4) 0% (0) 0% (0)

Trabajo autónomo

¿Consideras sencillo el proceso de creación de un nuevo sistema?

0% (0) 21,6% (8) 54,1% (20) 21,6% (8) 2,7% (1)

¿Utilizarías la emulación para practicar ejemplos creados por ti mismo aparte de las prácticas de clase?

56,8% (21) 37,8% (14) 0% (0) 0% (0) 5,4% (2)

Diversidad ¿Cómo valoras la posibilidad que ofrece la emulación de programar desde elementos discretos hasta proyectos que integren varios de estos?

54,1% (20) 43,2% (16) 2,7% (1) 0% (0) 0% (0)

¿Cómo valoras el hecho de que cada alumno pueda tener un sistema distinto a la hora de realizar un proyecto o práctica?

51,4% (19) 43,2% (16) 5,4% (2) 0% (0) 0% (0)

Visión realista ¿Crees que la emulación ayudaría a asimilar y comprender los conceptos teóricos que ven en clase?

67,6% (25) 27% (10) 5,4% (2) 0% (0) 0% (0)

¿Crees que la emulación ayudaría a ver la aplicación real de lo que estudias en teoría?

62,2% (23) 32,4% (12) 2,7% (1) 2,7% (1) 0% (0)

Acceso rápido a los resultados

¿Cómo valoras el hecho de ver en tiempo real el resultado de lo que has programado y poder hacerlos cambios necesarios en función a estos resultados?

62,2% (23) 35,1% (13) 2,7% (1) 0% (0) 0% (0)

Eliminar el miedo al error

¿Te motivaría a probar nuevas soluciones a la hora de programar una funcionalidad el hecho de que ante un error de programación el elemento físico no pueda ser dañado?

51,4% (19) 45,9% (17) 2,7% (1) 0% (0) 0% (0)

Disponibilidad ¿Cómo valoras el hecho de poder realizar las prácticas fuera del horario de laboratorio gracias a la emulación?

54,1% (20) 37,8% (14) 2,7% (1) 5,4% (2) 0% (0)

Otros ¿Crees que la emulación por si sola sería suficiente para las sesiones de prácticas?

0% (0) 35,1% (13) 16,2% (6) 40,5% (15) 8,1% (3)

¿Crees que aumentaría tu motivación a la hora de enfrentar las prácticas al hacer uso de la emulación teniendo en cuenta las ventajas que esta ofrece?

37,8% (14) 48,6% (18) 10,8% (4) 2,7% (1) 0% (0)

Tabla 17. Resumen encuesta alumnos


40

En cuanto a los resultados de las encuestas de los alumnos, tabla 17, podemos concluir lo siguiente:

Facilidad de integración. Si tenemos en cuenta el global de las respuestas a las dos preguntas

en este apartado, se puede considerar que el objetivo se cumple casi por completo. La causa

de tener un 24,3% de respuestas en “indiferente” y “en desacuerdo” en la pregunta referente a

la sencillez de la interfaz puede responder a una falta de familiarización con el entorno, ya que

no lo han podido usar, solo ver.

Trabajo autónomo. En el caso de la pregunta sobre la sencillez de la creación de sistemas,

vemos como un 54,1% de las respuestas son “indiferente” mientras que “de acuerdo” y “en

desacuerdo” tienen cada uno un 21,6%. Igual que en el caso de la primera pregunta del

apartado de facilidad de integración, el motivo de este reparto puede ser que los alumnos no se

hayan enfrentado por si mismos aún a crear un sistema. Una vez esté integrada en el software

la posibilidad de crear modelos mediante “drag and drop” de elementos desde un listado dentro

de la propia interfaz de usuario se podría esperar que los resultados fueran más positivos. En

cuanto a la segunda pregunta, se confirma que los alumnos valoran muy positivamente la

posibilidad que les da la herramienta de practicar con ejemplos realizados por ellos mismos.

Teniendo todo esto en cuenta, se concluye que el objetivo se cumple casi por completo.

Diversidad. Los alumnos coinciden, en ambas preguntas, en valorar muy positivamente la gran

variedad de sistemas de los que podrían disponer gracias al emulador. Se puede considerar

que el objetivo se cumple totalmente.

Visión realista. Como en el caso de la diversidad, los alumnos consideran de gran valía el nexo

que el emulador les da con la realidad a la hora de entender y poner en práctica lo que

aprenden en teoría. Por este motivo se considera que el objetivo se cumple totalmente.

Acceso rápido a los resultados. De nuevo los alumnos ven muy positivo el poder ver en tiempo

real el resultado de lo que programan. Objetivo cumplido totalmente.

Eliminar el miedo al error. Los alumnos consideran que al no correr el riesgo de dañar

elementos al cometer un error de programación esto les motiva a probar distintas soluciones

para una misma funcionalidad. Otra vez el objetivo se cumple totalmente.

Disponibilidad. El hecho de poder realizar las prácticas fuera del laboratorio es algo que los

alumnos vuelven a valorar muy positivamente. Se cumple el objetivo totalmente.

Otros. En este apartado se han incluido dos preguntas que no están totalmente relacionadas

con los objetivos que se buscan cumplir, pero que se cree que son de gran interés. En primer

lugar se pregunta si la emulación por si sola es suficiente para las prácticas. Las respuestas de

los alumnos se decantan ligeramente por el no, con un 48,6%, si sumamos “en desacuerdo” y

“muy en desacuerdo”. Los que creen que sí suman un 35,1%, mientras que un 16,2% se

declara indiferente. Es importante recalcar que la solución propuesta no se presenta como un

reemplazo de los elementos reales, sino un complemento. Lo que se busca es dar una solución

al problema de los recursos a la hora de tener disponibles ejemplos reales para las prácticas.

Como se explicó en el apartado referente a los modos de funcionamiento del mlSim, el

emulador permite trabajar contra un PLC real si se disponen de los recursos necesarios. La

segunda pregunta trata de como influiría en la motivación del estudiante el uso de la emulación

en las prácticas. La respuesta de los alumnos fue bastante unánime, un 84,4% considera que

aumentaría su motivación. Estos datos confirman lo expuesto en las referencias [1] y [10], que

los alumnos tengan a su disposición instrumentos o herramientas con presencia en la industria

es una motivación extra para que aprendan


41

Tabla resumen encuesta profesores

Objetivo Pregunta Muy de acuerdo / positivo

De acuerdo / positivo

Indiferente En desacuerdo /

Negativo

Muy en desacuerdo /

negativo

Facilidad de integración

¿Consideras sencilla la interfaz del programa? 14,3% (1) 42,9% (3) 42,9% (3) 0% (0) 0% (0)

¿Te parece intuitiva la interacción con los elementos de la emulación?

71,4% (5) 28,6% (2) 0% (0) 0% (0) 0% (0)

¿Consideras sencillo el proceso de creación de un nuevo sistema?

0% (0) 71,4% (5) 28,6% (2) 0% (0) 0% (0)

Diversidad ¿Cómo valoras la posibilidad que ofrece la emulación de programar desde elementos discretos hasta proyectos que integren varios de estos?

57,1% (4) 42,9% (3) 0% (0) 0% (0) 0% (0)

¿Cómo valoras el hecho de que cada alumno pueda tener un sistema distinto a la hora de realizar un proyecto o práctica?

14,3% (1) 85,7% (6) 0% (0) 0% (0) 0% (0)

Visión realista ¿Crees que la emulación ayudaría a asimilar y comprender los conceptos teóricos que ven en clase?

42,9% (3) 57,1% (4) 0% (0) 0% (0) 0% (0)

¿Crees que la emulación ayudaría a ver la aplicación real de lo que estudias en teoría?

42,9% (3) 57,1% (4) 0% (0) 0% (0) 0% (0)

Acceso rápido a los resultados

¿Cómo valoras el hecho de ver en tiempo real el resultado de lo que has programado y poder hacerlos cambios necesarios en función a estos resultados?

57,1% (4) 42,9% (3) 2,7% (1) 0% (0) 0% (0)

Eliminar el miedo al error

¿Te motivaría a probar nuevas soluciones a la hora de programar una funcionalidad el hecho de que ante un error de programación el elemento físico no pueda ser dañado?

28,6% (2) 57,1% (4) 0% (0) 14,3% (1) 0% (0)

Disponibilidad ¿Cómo valoras el hecho de poder realizar las prácticas fuera del horario de laboratorio gracias a la emulación?

28,6% (2) 71,4% (5) 0% (0) 0% (0) 0% (0)

Otros ¿Crees que la emulación por si sola sería suficiente para las sesiones de prácticas?

0% (0) 28,6% (2) 14,3% (1) 42,9% (3) 14,3% (1)

Tabla 18. Resumen encuesta profesores


42

En cuanto a los resultados de las encuestas a los profesores, tabla 18, se han analizado las diferencias

con respecto a las que dieron los alumnos:

Facilidad de integración. En este apartado los profesores consideran que la interfaz del

programa es sencilla en un 42,9% y muy sencilla en un 14,3%. El resto considera que no es ni

sencilla ni compleja. Otro punto en el que difieren con los alumnos es en cuanto a la dificultad

de la creación de sistemas. Los profesores en este caso consideran mayoritariamente, con un

71,4% que el proceso es sencillo. Por todo esto puede considerarse que el objetivo está

totalmente cumplido.

Eliminar el miedo al error. Aunque en general las respuestas son similares a la de los alumnos,

siendo en general positivas, un 85,7% si consideramos ambas respuestas positivas, resulta

interesante que un profesor considera que esto es negativo. Esto puede ser debido a lo que ya

se ha comentado anteriormente, la preocupación por que los alumnos puedan perder de vista

la responsabilidad en el trabajo ante un error. De todas formas, el objetivo se considera

cumplido casi por completo.

Otros. En el caso de los profesores solo se les ha consultado por la posibilidad de utilizar

únicamente la emulación en las prácticas. En este caso han ido un paso más allá y son

mayoría los que han respondido que no, con un 57,2% frente a un 28.6% que consideran que

sí y un 14.3% que se muestra indiferente.

En cuanto al resto de apartados los resultados son bastante similares a los obtenidos de las encuestas

de los alumnos.

Reflexión final y líneas de trabajo futuras En general, los resultados obtenidos reafirman el análisis que se realizó comparando las características

de la solución propuesta con los objetivos que se buscan alcanzar con su aplicación. Visto esto, los

datos y experiencias arrojados por las distintas referencias citadas y el análisis realizado en el presente

trabajo fin de master, puede concluirse que los avances realizados en el mundo industrial en cuanto a

virtualización de procesos pueden aportar grandes beneficios a la educación.

Gracias a la reducción de costes, diversidad y visión realista de los modelos y a la libertad de uso

dentro y fuera de las aulas, la solución propuesta proporciona a los alumnos de una serie de prácticas

que les acercan a una de las realidades que se pueden encontrar al acabar sus estudios.

Reflejo del valor añadido que supone este tipo de innovación en educación, y fruto de las sesiones

informativas del TFM, es el acuerdo al que se ha llegado entre la empresa desarrolladora del software,

la dirección del centro donde realicé las prácticas y el departamento de electricidad. A partir del curso

próximo se implantará el uso del emulador mlSim dentro del CFGS de Automatización y robótica

industrial, en el que varios profesores han mostrado ya interés en aplicarlo en alguna unidad formativa

de los módulos profesionales que imparten.

Este hecho abre un abanico de posibilidades de trabajo futuro, ya que no solo puede exportarse a otros

centros el uso del emulador, sino que se puede ir un paso más allá y empezar a desarrollar material

didáctico basado en la herramienta. Este material podría ser usado por distintos centros, facilitando a

los profesores su integración en los distintos módulos. Al mismo tiempo, al tener un mayor número de

usuarios habría un mayor feedback, lo que ayudaría a mejorar las prestaciones del emulador en lo

referente al ámbito educativo, como podría ser el modelado de elementos de otros tipos de procesos

industriales.


43

Referencias 1. M. E. Macías and E. D. Guridi, ‘Emulation of real processes to improve training in

automation’, Int. J. Eng. Educ., 25(2), 2009, 358–364.

2. V. Fernández, ‘Virtual Laboratories for Control Education: a Combined Methodology’, Int.

J. Eng. Educ., 21(6), 2005, 1059-1067.

3. L. Gomes and S. Bogosyan, ‘Current trends in remote laboratories’, IEEE Trans. Ind.

Electron., vol. 56, no. 12, Dec. 2009, 4744–4756.

4. K. K. TAN, K. N. WANG and K. C. TAN, ‘Internet-Based Resources Sharing and Leasing

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