Prácticas remotas utilizando LabVIEW

Texto completo

(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. Trabajo de Diploma Prácticas remotas utilizando LabVIEW. Autor: Magdiel Jiménez Jiménez Tutor: Dr.C Iván Santana Ching. Santa Clara 2013 "Año 55 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. Trabajo de Diploma Prácticas remotas utilizando LabVIEW Autor: Magdiel Jiménez Jiménez [email protected] Tutor: Dr.C Iván Santana Ching [email protected] Santa Clara 2013 "Año 55 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicado sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los firmantes certifican que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Agradece al tiempo que, mucho más sabio que tú, no apresure tus horas de dolor ni se demore en tus momentos de dicha, sino que te los mida con la misma igualdad, con la misma ecuanimidad generosa. Vicente Gaos..

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres, a mi hermana Maibelys por estar siempre a mi lado hasta este momento. A Geikel por ayudarme también en todos estos años. A mis sobrinas, que aunque no sepan nada todavía, les dedico todo este trabajo. A mi familia, tías, tíos, primos, a todos ellos por brindarme su mano siempre. A todos mis amigos de Vueltas por apoyarme e impulsarme todos los días con sus consejos y ejemplos. A mis amigos y amigas de la carrera y de la universidad, por darme siempre su apoyo y ayuda durante estos cinco años. A todos aquellos que hicieron posible, de una forma u otra, que llegara hasta aquí...... Muchas Gracias..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi papá y mamá por su entrega total a mi realización como profesional y como persona en la vida, por ser mis guías en el caminar de la vida y por luchar tanto por darme siempre lo mejor de ellos. A mi hermana y cuñado, por darme siempre su amor y apoyo en todo, por todo lo que han dado por mí, mi cuñado por ser un ejemplo de querer siempre aprender cada vez más y de luchar por lo que desea. A mis dos sobrinitas por ser lo más tierno que tengo y por darme ese cariño todos estos fines de semana cuando llego a la casa. A mi tía Aida y mi prima Yoslaine por apoyarme siempre. A mis tíosMagalis y Altagracio por su apoyo incondicional. A mis primos Yuniesky, Yojani y Zaira por ser un ejemplo a seguir y por ponerme la meta de llegar a ser profesional como ellos. A todos mis amigos de Vueltas, a Harold, Liduan, Alejandro León, Alejandro Linayo por apoyarme e impulsarme todos los días con sus consejos y ejemplos. A mis amigos de la carrera y de la universidad, Rolando, Duvier, Julio, Yaidel, Dasiel, Yasiel, Yoanny, Jose Luis, Alejandro Vázquez, Norge por darme siempre su apoyo y ayuda durante estos cinco años y por los malos y buenos momentos que pasamos juntos. A Laura y a Liandris por soportarme todo este tiempo que hemos compartido juntos. A mi tutor Iván Santana Ching por ayudarme en todo momento y su apoyo incondicional. A Izaguirre por darme la práctica para el trabajo y todos los demás profesores que me ayudaron en la confección de este. En fin, a todos aquellos que hicieron posible, de una forma u otra, que llegara hasta aquí......

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Realización de un estudio del marco teórico y las estrategias empleadas actualmente en el mundo sobre la realización de laboratorios remotos utilizando Labview. 2. Caracterización del desarrollo de los laboratorios remotos en Cuba y el mundo. 3. Elaboración de un software que incremente la interacción de los usuarios con la práctica remota. 4. Integral el software desarrollado en la plataforma SLD. 5. Implementación de prácticas remotas utilizando el software desarrollado. 6. Evaluación de la efectividad de la propuesta diseñada utilizando las prácticas realizadas.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN Los laboratorios remotos son una herramienta muy difundida a nivel mundial para el desarrollo pedagógico y como vía para obtener una educación de buen nivel con menos recursos. El uso de este tipo de laboratorios ha aumentado en la actualidad por la facilidad que brindan las nuevas tecnologías para el desarrollo de ellos dentro de la educación. La facultad de Ingeniería Eléctrica como parte de un plan de desarrollo del Ministerio de Educación Superior (MES) ha investigado sobre este campo y ha desarrollado una plataforma para dar servicio con este tipo de laboratorio. Para actualizar la plataforma se planteó la tarea de potencializar la misma con laboratorios que brindaran una mayor interacción entre el usuario y el sistema, en tiempo de ejecución de la práctica. Para lograr los objetivos trazados desde el inicio se buscó la estrategia de integrar al sistema laboratorios sobre LabVIEW. Laboratorios que brindaran los mismos servicios y con las mismas características que se brindaban con los laboratorios en Matlab y con la nueva potencialidad que se tenía como objetivo. En el transcurso del trabajo se agregó la característica al sistema de poder ejecutar varias prácticas en una misma estación de trabajo. Al terminar el trabajo se habían introducido prácticas en LabVIEW con el fin de comprobar la labor realizada. Entre los aportes más significativos que se lograron con el trabajo fueron la interacción del usuario con la práctica en tiempo de ejecución y el paralelismo de prácticas en una misma estación siempre y cuando no se trate de dos prácticas sobre el MATLAB. La interacción del usuario con la práctica fue realizada a través de un formulario en la página donde se muestra el estado del experimento. Incluido como resultado también se tiene que los usuarios que utilizan los laboratorios en LabVIEW, pueden observar la práctica en ejecución y no tener que esperar en una cola sin la posibilidad de saber lo que ocurre en ese momento en la estación. El otro resultado, como se había mencionado, se logra a través de una nueva estrategia diseñada para la gestión del dispositivo que se encargará de ejecutar la práctica. Obteniendo el beneficio de poder ejecutar varias prácticas, diferentes, en una misma estación..

(9) vi. Contenido PENSAMIENTO ............................................................................................................................. i DEDICATORIA ............................................................................................................................. ii AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................. iii TAREA TÉCNICA ........................................................................................................................ iv RESUMEN ..................................................................................................................................... v INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 1 Organización del Informe. .......................................................................................................... 3 CAPÍTULO 1.. LABVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS .... 4. 1.1.. Introducción ..................................................................................................................... 4. 1.2.. Definición y clasificación de laboratorios virtuales y remotos ........................................ 5. 1.3.. Niveles que forman a un Laboratorio remoto .................................................................. 8. 1.3.1.. Interfaz de usuario ................................................................................................. 8. 1.3.1.1.. Aplicaciones específicas ....................................................................................... 8. 1.3.1.2.. Aplicaciones compiladas ....................................................................................... 9. 1.3.1.3.. Aplicaciones interpretadas .................................................................................. 12. 1.3.1.4.. Selección de la tecnología para el desarrollo de la interfaz de usuario ............... 13. 1.3.2.. Gestión de prácticas ............................................................................................ 14. 1.3.2.1.. Gestión de prácticas mediante MATLAB Web Server ....................................... 14. 1.3.2.2.. Gestión de prácticas mediante mecanismos propios de comunicación. .............. 15. 1.3.2.3.. Gestión de prácticas mediante LabVIEW ........................................................... 15. 1.3.3.. Procesamiento de las prácticas ............................................................................ 17. 1.3.3.1.. Procesamiento de las prácticas mediante software específico ............................ 17. 1.3.3.2.. Procesamiento de las prácticas mediante MATLAB/Simulink........................... 17.

(10) vii 1.3.3.3.. Procesamiento de las prácticas mediante LabVIEW........................................... 18. 1.3.3.4.. Selección de la tecnología para el procesamiento de las prácticas ..................... 18. 1.4.. Estudio de laboratorios remotos que usan LabVIEW ......................................... 19. 1.5.. Clasificación de las tecnologías usadas en LabVIEW para la comunicación. remota. 23. 1.5.1.. Visualización remota utilizando LabVIEW integrado en Web Server ............... 24. 1.5.2.. CGI Tecnología ................................................................................................... 24. 1.5.3.. DataSocket y Active X ........................................................................................ 24. 1.5.4.. DataSocket y Applet Java ................................................................................ 25. 1.5.5.. AppletView ......................................................................................................... 25. 1.5.6.. Modelo cliente / servidor utilizando LabVIEW TCP / IP Funciones ................. 26. 1.5.7.. VI Servidor .......................................................................................................... 27. 1.5.8.. DATASOCKET .................................................................................................. 27. 1.5.9.. Resumen de las tecnologías utilizadas por LabVIEW para la comunicación. remota. 28. 1.6.. Resumen del capitulo .......................................................................................... 28. CAPÍTULO 2.. ACTUALIZACION DEL SISTEMA DE LABORATORIOS A DISTANCIA. PARA EL DESARROLLO DE PRACTICAS REMOTAS EN LABVIEW ............................... 30 2.1.. Introducción ................................................................................................................... 30. 2.2.. Modelado de la aplicación: interacción con el estudiante .............................................. 31. 2.2.1. 2.3.. Diagrama de casos de uso ................................................................................... 31. Estructura y desarrollo de la aplicación ......................................................................... 33. 2.3.1.. Estrategia empleada............................................................................................. 33. 2.3.2.. Arquitectura general del sistema ......................................................................... 34. 2.3.3.. Diseño de la aplicación e integración con LabVIEW ......................................... 36.

(11) viii CAPÍTULO 3.. RESULTADOS Y DISCUSION ..................................................................... 48. 3.1.. Introducción ................................................................................................................... 48. 3.2.. Laboratorio utilizado ...................................................................................................... 48. 3.3.. Interacción de los usuarios con prácticas sobre LabVIEW en el SLD........................... 49. 3.4.. Interacción de varios usuarios en una misma práctica basada en LabVIEW ................. 50. 3.5.. Ejecución de diferentes prácticas sobre LabVIEW en una misma estación a la vez ..... 52. 3.6.. Análisis de los resultados ............................................................................................... 53. 3.7.. Análisis económico ........................................................................................................ 54. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 56 Conclusiones ............................................................................................................................. 56 Recomendaciones ..................................................................................................................... 57 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................... 58 ANEXOS ...................................................................................................................................... 66.

(12) 1. INTRODUCCIÓN. El Ministerio de Educación Superior (MES) realiza diversos esfuerzos por mantener en Cuba una educación con calidad. Dentro de los esfuerzos realizados la realización de actividades prácticas ocupa un eslabón principal. La aplicación de los conocimientos por parte de los estudiantes es de suma importancia pero la falta de equipos físicos reales atenta contra ello. La carencia de estos equipos lleva a la búsqueda de alternativas por parte del MES para solucionar estas deficiencias, por ello surge como proyecto la implementación de laboratorios a distancia. El uso de laboratorios es importante e imprescindible para la realización de los objetivos y propósitos del departamento de Automática y Sistemas Computacionales de la Facultad de Ingeniería Eléctrica en nuestra universidad y de cualquier otra organización que se dedique a la investigación y/o a la enseñanza. Los laboratorios reales en las circunstancias económicas que se vive hoy en día y si se desea dar un servicio de calidad, es demasiado costoso. Durante los últimos años se ha asistido a la creación de diversos servicios que permiten obtener de Internet el mayor partido posible desde el punto de vista educativo. La utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) suscita nuevas líneas de trabajo e investigación, abriendo la posibilidad al desarrollo de nuevas estrategias docentes en el dictado de asignaturas de carácter científico. En la actualidad Internet juega uno de los principales papeles en la formación de los individuos, ofrece infinidad de herramientas y elimina todo tipo de fronteras. (Mattaloni et al., 2005) La experimentación interactiva con dispositivos del mundo real mejora la motivación de los estudiantes y desarrolla aptitudes para resolver problemas reales. Así, el trabajo con sistemas reales resulta más enriquecedor que el que se realiza solo con modelos matemáticos. Una de las modalidades más utilizadas de la educación a distancia es el de los laboratorios virtuales y remotos a través de Internet. Es por ello que todos los esfuerzos actuales se dirigen.

(13) 2 hacia la implementación de estos. Por esta razón el departamento dedicó tiempo a la investigación sobre esta línea y desarrolló una herramienta para el acceso remoto a equipos reales a través de Internet llamada Sistema de Laboratorios a Distancia (SLD). La implementación de SLD fue un paso decisivo en el desarrollo de este tipo de laboratorios en la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas (UCLV).El mundo actual cambia a un ritmo vertiginoso, el desarrollo de dicha plataforma no puede quedar estancado, se deben hacer actualizaciones tecnológicas de él periódicamente. Se debe investigar sobre este tema e ir caminando a la par del mundo actual para no perder calidad en la educación e investigaciones. En el mundo el uso de prácticas remotas, aunque con sus limitantes, cada día más crece y muchas más academias se van interesando en el tema. La plataforma SLD se ha utilizado en la docencia en la UCLV y en otros países como México, Brasil y en España. En especial en la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) se viene utilizando desde el año 2009 para el desarrollo de prácticas remotas en la especialidad de Electrónica y Automática. Los resultados obtenidos han sido buenos, los cuales se han publicado en revistas de alto impacto del Web of Science. Se han desarrollado dos tesis doctorales, dos tesis de maestría y varios trabajos de diploma. Se han obtenido premios provinciales y nacionales de la Academia de Ciencias de Cuba. El presente trabajo pretende analizar la utilización de otros software en la implementación de prácticas remotas, con especial énfasis en LabVIEW. Basado en las experiencias del análisis a realizar se desea diseñar una aplicación que proporcione una interacción del usuario con el laboratorio en tiempo de ejecución además de brindar la posibilidad de ejecutar varias prácticas de forma simultánea en una misma estación. Integrar la aplicación diseñada al SLD para tomar las características positivas que presenta y eliminar sus limitaciones. En síntesis lograr aumentar las potencialidades del SLD como herramienta de enseñanza. Constituye, por tanto, el problema científico de este estudio que el Sistema de Laboratorios a Distancia presenta limitaciones referentes a su actualización tecnológica y en cuanto a: interacción con los estudiantes y paralelismo de prácticas en una misma estación..

(14) 3 Por ello, y en aras de contribuir con el desarrollo del Sistema de Laboratorios a Distancia, este trabajo científico parte de la hipótesis de que es factible, dar soluciones a las necesidades de prácticas interactivas, basándose principalmente en LabVIEW como software para el procesamiento de las prácticas con soluciones económicamente factibles. Para fundamentar dicha hipótesis se plantea el objetivo general siguiente: diseñar una aplicación para la realización de prácticas remotas utilizando el LabVIEW como software de gestión y procesamiento de las prácticas. Para cumplimentar este objetivo se analizaran las diversas vías utilizadas en el entorno mundial para la realización de las prácticas remotas utilizando LAbVIEW, se diseñaran y desarrollaran, a través de las experiencias encontradas, la aplicación que resuelva las deficiencias antes mencionadas, se crearan o tomaran prácticas confeccionadas con fines pedagógicos, sobre LabVIEW, para integrarlas al sistema y luego obtener y valorar los resultados del trabajo realizado. Organización del Informe. El informe está organizado en tres Capítulos, en el primero se hace un estudio de varias plataformas de Laboratorios a Distancia presentes en la actualidad, principalmente los que utilizan LabVIEW, así como las principales herramientas que ofrece LabVIEW para dar soporte al desarrollo de este tipo de laboratorios. En el segundo se hace referencia al diseño y desarrollo de la aplicación a integrar a la plataforma SLD. En el tercero se describe la práctica utilizada para la comprobación del trabajo realizado. Además en este apartado se analiza los resultados alcanzados. Por último se exponen las Conclusiones y Recomendación del trabajo..

(15) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 4. CAPÍTULO 1. LABVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS. 1.1. Introducción En el sector educativo se ha generado una revolución tecnológica y en la metodología de la enseñanza de ciertas disciplinas, como las ciencias o las ingenierías, dada la creciente demanda de prácticas de laboratorio por parte de los estudiantes y de infraestructura para que estos puedan desarrollar sus prácticas. Los laboratorios remotos se perfilan como una solución a esta demanda difícil de suplir, pues optimizan los recursos de los que dispone el laboratorio físico y provee un mayor acceso a estos sin necesidad de equipar nuevos laboratorios y mucho menos realizar grandes inversiones en la compra de maquinaria. Previamente a la realización de esta tesis el Departamento de. Automática y Sistemas. Computacionales de la Universidad Central ¨Marta Abreu de Las Villas¨ desarrolló una plataforma de gestión de laboratorios remotos llamada Sistema de Laboratorios a Distancia (SLD). En el diseño y realización de la plataforma se utilizó como software de gestión de prácticas MATLAB junto con otras tecnologías utilizadas en el desarrollo de laboratorios remotos. Implementación que se basó en un estudio previo y en la cual se integraron aspectos nuevos en el desarrollo de este tipo de prácticas. La SLD ha estado en servicio desde su realización hasta la actualidad. En todo el tiempo de funcionamiento ha cumplido con los objetivos para los que fue realizada. Ha representado una herramienta con un valor académico importante en las asignaturas de control y a la cual muchos de los profesores de esta facultad y de la Universidad Politécnica de Madrid han recurrido para transmitir experiencias en el control de plantas reales..

(16) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 5 Como parte de la actualización de las tecnologías empleadas a nivel mundial en el desarrollo de este tipo de laboratorios y el deseo de aumentar las potencialidades de la plataforma SLD se ha desarrollado la investigación del empleo de LabVIEW, software de referencia en el trabajo con laboratorios remotos. Se revisaron bibliografías con los objetivos de encontrar ejemplos en los que se hayan implementado otros software diferentes al utilizado actualmente en SLD en especial LabVIEW, métodos y tecnologías para el desarrollo de laboratorios remotos. En conjunto a los objetivos anteriores se dirigió la investigación a los diferentes tipos de laboratorios, las partes que conforman los laboratorios remotos y las tecnologías utilizadas en LabVIEW que posibilitan el desarrollo de los mismos. Toda esta revisión con el fin de crear una cultura y una experiencia sobre el LabVIEW en diseño y desarrollo de laboratorios remotos para luego utilizarla en la expansión de la plataforma SLD. 1.2. Definición y clasificación de laboratorios virtuales y remotos El uso de laboratorios en la enseñanza de asignaturas prácticas y de carreras técnicas constituye una actividad importante en la preparación de los estudiantes por la experiencia en la práctica que pueden aportar. El laboratorio tradicional ha sido clave para el éxito en la creación de experiencias y conocimientos de las diferentes materias en los estudiantes, sin embargo los recursos utilizados en los mismos son costosos, así como el número de estudiantes en la mayoría de los casos es elevado. La tecnología avanza con el tiempo, se encarece cada vez más tener a mano toda una serie de componentes e instrumentos con los cuales realizar laboratorios de buena calidad. Este desarrollo tecnológico también lleva a desarrollar los métodos de impartir la enseñanza y aplicar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) a estos métodos. Desde hace años se desarrollan y aplican laboratorios virtuales y remotos en los diferentes niveles de enseñanza. Estos laboratorios han tenido una gran aceptación y se han enriquecido cada vez más en diferentes aristas. El uso de ellos es muy variado debido a la aplicabilidad que tienen en todas las materias. Luego de hacer una revisión de la bibliografía sobre laboratorios, tanto reales como virtuales, (Amadou et al., 2006),(B. BALAMURALITHARA, 29 August 2007), (Jeschke et al., 2009),(Dormido, 2008) y (Wolf, 2010) se apreciaron varias definiciones sobre los mismos. Una.

(17) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 6 de las más desarrolladas es la presentada por (Dormido, 2008) quien basa su clasificación en dos criterios: la forma de acceder a los recursos sobre los que se experimenta y la naturaleza del sistema sobre el que se opera. Donde el primer criterio se puede distinguir entre acceso remoto a través de una red y acceso local, es decir, que no implica el uso de una conexión a Internet para poder operar con los componentes. En lo pertinente a la naturaleza del recurso, estaría entre los modelos simulados o plantas reales. La combinación de estos criterios daría como resultado cuatro clases de entornos muy diferentes, pero que engloban todas las formas de experimentación posibles (Tabla 1.1). Tabla 1.1 Clasificación de los entornos experimentales. Naturaleza del recurso. Acceso al recurso. Real. Simulado. Local remoto. Laboratorio tradicional. Laboratorio mono usuario. Remoto. Tele laboratorio laboratorio remoto. virtual. o Laboratorio virtual mono multiusuario. El laboratorio de prácticas tradicionales constituye el acceso local a un recurso real, donde el alumno procede a realizar el experimento correspondiente en un sistema real. Este sistema puede o no estar conectado a un ordenador. En el acceso local a un recurso simulado el entorno de trabajo es un software, dedicado a modelar sistemas reales. La interfaz de experimentación opera sobre un sistema que reside en el mismo ordenador. Generalmente este tipo de sistema es utilizado por un solo alumno a la vez. El acceso remoto a un recurso real constituye el acceso al equipamiento de un laboratorio real a través de una red, generalmente Internet. El usuario, mediante una interfaz de experimentación que se ejecuta en un ordenador conectado a una red, controla de forma remota sistemas reales. El sistema real puede o no estar conectado a un ordenador, aunque lo común es que lo esté. Este enfoque es lo que se denomina telelaboratorio, laboratorio remoto o teleoperación a través de la.

(18) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 7 web. El acceso remoto a un recurso simulado es análogo a la variante anterior en cuanto al acceso; pero el sistema real se sustituye por un modelo, por lo que el estudiante trabaja con su interfaz de experimentación sobre un sistema virtual accesible a través de Internet. Presenta como diferencia que pueden trabajar múltiples usuarios simultáneamente sobre el mismo sistema virtual. (Ching, 2012) Los laboratorios remotos y virtuales, pueden proceder según dos criterios: por lotes o en línea (Costa-Castello et al., 2010). El modo en línea considera que el software en el ordenador remoto contiene los algoritmos a simular o a ejecutar para interactuar con la planta real las decisiones de control o de cambio de algoritmos a desarrollar junto con la información de las respuestas generadas por el sistema , las cuales viajan a través de internet hacia el navegador del usuario. Este modo de ejecución del laboratorio permite el cambio de los parámetros y de las referencias de la práctica durante la ejecución de la misma, lo que trae consigo retardos en las respuestas como consecuencia del tráfico de Internet. El retardo en la actualización del estado de la planta sería la gran desventaja de este modo de operar los laboratorios remotos. Por otro lado se encuentra el criterio por lotes que consiste en el envío a la planta remota de los parámetros y referencias por parte del usuario. Esta las ejecuta y cuando termina devuelve las respuestas del sistema modelado o real al computador remoto. La desventaja que se encuentra en este modo de operar el experimento sería la poca interactividad durante el proceso de ejecución de la práctica por parte del usuario con la planta (real o virtual). Observando lo antes expuesto se clasificarían los laboratorios desarrollados en SLD en: Laboratorios remotos y Laboratorios virtuales. Dentro de estos tipos de laboratorios el modo de ejecución por lotes sería el definido como el utilizado en la plataforma SLD de la facultad. Se ha comprobado que implementados de esta manera los laboratorios de la plataforma SLD han beneficiado a los usuarios en sus tareas de estudio e investigación y ha mantenido su funcionalidad durante todo el tiempo que lleva prestando servicio. Queda la inconformidad de prestar al usuario el servicio de interactuar durante la ejecución del experimento. El deseo de desarrollar esta idea llevaría a incluir en la plataforma el modo de ejecución en línea. Al brindar esta herramienta a los usuarios se aumentarían las potencialidades.

(19) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 8 y desempeño de la plataforma. En. la. literatura. científica. se. encuentran. experiencias. del. desarrollo. de. diversos. laboratorios,(Abdulwahed and Nagy, 2011),(Barros et al., 2008),(Cedazo et al., 2007, Fabregas et al., 2011),(García-Beltrán et al., 2011),(Goodwin et al., 2011), (Marti et al., 2010), (Sládek and Válek, 2011), (Von Borstel and Gordillo, 2010),(Wolf, 2010), (Welsh et al., 2008), dentro de los cuales se encuentran los que han implementado este tipo de laboratorios remotos. Al tomar como referencia las experiencias brindadas en la bibliografía antes comentada se toma al LabVIEW como el software para desarrollar e integrar laboratorios con los requisitos expuestos. 1.3. Niveles que forman a un Laboratorio remoto Un laboratorio virtual y remoto debe contener tres partes o niveles fundamentales: la interfaz de usuario, el nivel de gestión de prácticas y el procesamiento de las prácticas. (Santana, 2004) 1.3.1. Interfaz de usuario La interfaz de usuario dentro de un sistema de laboratorios remotos y virtuales es una parte importante ya que es el rostro que se le muestra al usuario. A la hora de desarrollar este tipo de aplicación se le dedica mucho tiempo a la parte de gestión y procesamiento de las prácticas olvidando el lado de presentación e interacción con el usuario. La interfaz debe ser amigable, flexible, funcional y permitir un fácil uso del sistema. Además debe ser desarrollada de forma tal que se pueda actualizar y trabajar en su desarrollo sin dificultad. El objetivo principal de la interfaz de usuario consiste en mostrar las prácticas disponibles, conformar el pedido de las prácticas, enviarlo a la parte encargada de gestionarlos y, por último, presentar los resultados. En este nivel se encuentra la administración y gestión del sistema que, a su vez, se interrelaciona con los demás niveles. Para realizar esta parte tan importante de la plataforma existen varias alternativas como son las aplicaciones específicas, las aplicaciones compiladas y las aplicaciones interpretadas. 1.3.1.1.. Aplicaciones específicas. En las aplicaciones específicas se desarrolla una aplicación por parte del desarrollador del sistema, la cual generalmente, se realiza en un lenguaje de alto nivel como puede ser el C, C++, Delphi, Visual Basic, Java, lenguaje G (utilizado por LabVIEW), entre otros. Dentro de esta.

(20) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 9 clasificación se encuentra el trabajo A Web-BasedLaboratoryfor Control EngineeringEducation (Un laboratorio basado en Web para la Educación de la Ingeniería de Control) (Bonivento et al., 2002). Este método tiene como ventaja fundamental que la aplicación es descargada la primera vez y luego se puede usar mientras no ocurran cambios en el servidor. Permite realizar aplicaciones más interactivas. Las. aplicaciones específicas tienen como desventaja fundamental el hecho de tener que. descargar la aplicación por parte del usuario, lo que produce en varios casos, que el usuario se arrepienta de usar la herramienta, pues trae problemas de seguridad, retardo en descargar la aplicación y posible incompatibilidad entre sistemas operativos, es decir, generalmente el desarrollador impone requisitos para la utilización. Otra desventaja importante lo constituye el no tener un mecanismo de actualización de la aplicación, esto solo se podría realizar volviendo a descargar la nueva aplicación o plug-in (complemento) que permita esto. Todo ello hace que esta opción sea poco ventajosa para ser usada como única herramienta de interfaz de usuario de los laboratorios. virtuales y. remotos, de hecho, los sistemas la. implementan como una elección adicional. En las últimas fechas prácticamente es una variante que no se utiliza.(Ching, Marzo, 2012). 1.3.1.2.. Aplicaciones compiladas. Las aplicaciones compiladas pueden encontrarse tanto en el lado del servidor como del cliente. Las más comúnmente utilizadas son las aplicaciones CGI clásicas (Common Gateway Interface, Interfaz de entrada común) en las cuales se realiza la programación según APIs (Application Programming Interface, Interfaz de programación de aplicaciones) en lenguajes como C, C++, Delphi, lenguaje G de LabVIEW, entre otros. Su funcionamiento es básico, el módulo CGI recibe información a través de variables de entorno del servidor, realiza un procesamiento y escribe una respuesta para el cliente. Esto, por supuesto, se vincula con páginas HTML para lograr el objetivo deseado. Los scripts CGI pueden estar escritos en casi cualquier lenguaje de programación incluyendo LabVIEW. El Internet Toolkit para LabVIEW que es un paquete de software agregado de National Instruments, soporta aplicaciones CGI en forma de instrumentos virtuales (VIs) que.

(21) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 10 podrían ser utilizados para el desarrollo de aplicaciones interactivas para la Web habilitadas para montajes experimentales. En el mismo se pueden encontrar varios sub-Vis con inmensas funcionalidades para el trabajo en la creación de interfaz a los usuarios. Entre las herramientas brindadas por este Toolkit se encuentra las que proporcionan el control de usuarios al acceso tanto a otras partes de la interfaz como a directorios, documentos y aplicaciones con otros CGIs incluidos. Están otras herramientas como las encargadas de la presentación de los resultados de prácticas realizadas en LabVIEW para la publicación de imágenes o animaciones de los paneles frontales de las prácticas. Por último se encuentran otras relacionadas con la obtención de las prácticas a ejecutar solicitada por el usuario y con la gestión de los parámetros con que se ejecutarán estas. (Corporation, 2004) Las herramientas brindadas deben ser utilizadas con el G Web Server, igualmente proveído por la NI lo cual daría una desventaja en su uso. Sin embargo, esta tecnología no puede apoyar la interacción del usuario ampliamente, ya que requiere de un mapa de imagen muy detallada que corresponde a un aumento del tiempo de recarga de las páginas Web. Similar a lo incorporado en un servidor Web, los datos no se pueden transmitir en tiempo real y el usuario Web no tiene un acceso directo a los datos durante la ejecución de la aplicación. El servidor que aloja la aplicación puede publicar los datos en la Web después de la ejecución de la aplicación finaliza. Esta tecnología es básicamente apta para el diseño de experimentos de laboratorio que requieren la interacción moderada del usuario y ha sido utilizada en experimentos tales como "mediciones de la conducción de calor (RLC) e inestable en Fort Valley State University”. A través de la Web, un estudiante es capaz de encender el experimento físico y cambiar los valores de parámetros como la frecuencia y el flujo de calor. Un problema potencial con esta tecnología podría ser el bloqueo del servidor debido a la ejecución de los programas CGI que no están bien diseñados. El empleo de la tecnología CGI es generalmente complicada ya que el desarrollador tiene que tener un buen conocimiento de las tecnologías de CGI en su aplicación en LabVIEW así como codificación HTML que utiliza los sub-VIs CGI para crear páginas web dinámicas. La otra desventaja de esta tecnología es el hecho de que el desarrollador tiene que adquirir el sistema de software adicional para diseñar una aplicación habilitada para Web..

(22) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 11 Otro método al que se apela para la interfaz de usuario de los laboratorios remotos es VRML por lo amigable e interactivo que es. VRML es un lenguaje para la descripción de objetos y mundos virtuales 3-D con los que el usuario puede interactuar. Entre sus principales características destaca la de ser un lenguaje estándar y, por consiguiente, universalmente utilizado en Internet como el lenguaje para simulaciones interactivas dentro de la web. Fue planteado precisamente para ser usado a través de Internet, empleando el menor ancho de banda posible y aprovechando al máximo los recursos del equipo cliente. Un ejemplo de utilización de esta tecnología es el VCLab: The Virtual Control Laboratory for Educationonthe Web (El Laboratorio de Control Virtual para la Educación en la Web) (Schmid, 2008) y también una de las versiones del Robolab (Torres et al., 2003). El desarrollo de aplicaciones de interfaz gráfica es soportado también por los applets de Java. Esta variante es muy utilizada (Balestrino et al., 2009),(Bisták, 2009),(Schaf and Pereira, 2009, Yuliang et al., 2010), porque tiene la ventaja de brindar una interfaz más amigable e interactiva con el usuario. A diferencia de los CGI los applet se pueden actualizar de manera más cómoda y automática, completamente cristalino para el usuario. La principal desventaja que se encuentra en los applets es la dificultad de tener un elevado consumo de recursos conforme crece la complejidad y contenido gráfico de la aplicación. Además le exige al usuario tener instalado los plug-ins necesarios por el navegador. Estos applets numerosas veces utilizan en la comunicación cliente-servidor los llamados sokets, lo que implicarían un problema más a su cuenta ya que ellos asignan un puerto por cada cliente que se conecte al servidor, lo que entraría en conflicto con los firewalls, que tienen a los puertos no estándares cerrados por problemas de seguridad. Otra variante utilizada en la creación de laboratorios virtuales y remotos, y que se incluye dentro de los applets de Java, es Easy Java Simulations (EJS) (Dormido et al., 2008, Farias et al., 2010, Hernandez et al., 2008, Jara et al., 2011a). En (Jara et al., 2011) realizan un exhaustivo estudio sobre la factibilidad de uso de esta tecnología al igual que en (Jara et al., 2011b, Jara et al., 2009). El EjsRL es una biblioteca de alto nivel de Java diseñada específicamente para EJS que proporciona un marco completo y funcional para el modelado y la simulación de manipuladores, algoritmos de visión artificial y operación remota..

(23) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 12 Todas las variantes de Java en la actualidad son los métodos más utilizados como bien se demuestra en varios de los estudios realizados en (Garcia-Zubia et al., 2009, Gravier et al., 2008, Ma and Nickerson, 2006). 1.3.1.3.. Aplicaciones interpretadas. Las aplicaciones donde el servidor web interpreta los códigos son las llamadas aplicaciones interpretadas. El ASP/ ASP.NET es un lenguaje de secuencia de comandos (script) del lado del servidor desarrollado por Microsoft. Es empleado para la programación de páginas web dinámicas y para la interacción con bases de datos. En (Sziebig et al., 2010, Domínguez et al., 2005) se recurre a esta tecnología para validar el acceso de los usuarios y comunicarse con las bases de datos del sistema. El Java Server Pages (JSP) es otro lenguaje de secuencia de comandos del lado del servidor que permiten manejar clases de Java, por lo que se presentan como una solución híbrida entre JavaScript y Java con una gran flexibilidad. El lenguaje PHP es un lenguaje del lado del servidor que es muy flexible y con potentes APIs para el manejo de bases de datos, mail y comercio electrónico. Varios sistemas de laboratorios remotos y virtuales hacen uso de este lenguaje con el objetivo de autenticar usuarios, la verificación de las entradas de los mismos, el acceso a las bases de datos y la presentación y actualización de la interfaz de usuario (Gardel et al., 2010, Liu et al., 2010, Santos et al., 2008, Schaf and Pereira, 2009, Vicente et al., 2010). Aprovechando las ventajas particulares de cada uno de estos lenguajes la inmensa mayoría de las aplicaciones web hacen uso de la combinación de estas poderosas herramientas. De todas las variantes Java es de las más utilizadas por la portabilidad que presenta. Otras tecnologías actuales han comenzado a utilizarse ampliamente como son los Adobe Flash, jQuerry y AJAX (Asynchronous JavaScript and XML). Según el estudio realizado por (GarciaZubia et al., 2009), AJAX constituye por sus funcionalidades la mejor tecnología a utilizar en los laboratorios remotos. Esta tecnología ofrece una excelente compatibilidad con los exploradores web, seguridad, coexistencia con diferentes sistemas operativos y dispositivos móviles, potencia.

(24) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 13 en funciones de video y audio, eficiencia en la utilización del ancho de banda, bajos costos en el desarrollo y una gran flexibilidad. 1.3.1.4.. Selección de la tecnología para el desarrollo de la interfaz de usuario. Teniendo en cuenta el estudio realizado por (Garcia-Zubia et al., 2009) se toman seis paradigmas para comparar las diferentes tecnologías utilizadas para el desarrollo de la interfaz de usuario. Estos paradigmas son: 1. Paradigma: ¿En qué grado la tecnología coincide con el paradigma actual para las nuevas aplicaciones? 2. Acceso entre plataformas: ¿La aplicación se ejecuta en diferentes Sistemas Operativos? 3. Compatibilidad con los navegadores web: ¿Es la tecnología compatible con los diferentes navegadores web? 4. Instalación necesaria: ¿Requiere la aplicación de software instalación para su correcto funcionamiento? 5. Audio y vídeo: ¿Qué tan poderosas son las capacidades de audio y video provistos por la tecnología? 6. Flexibilidad: ¿Tiene la tecnología capacidades para el desarrollo de aplicaciones en diferentes contextos? En el Anexo I se analizan estos paradigmas para las siguientes tecnologías: Aplicaciones específicas, Java applets, HTML, AJAX, PHP y. ASP/ ASP.NET que son las más. representativas. El análisis se ha realizado al seguir la metodología propuesta en (Garcia-Zubia et al., 2009). En trabajos sobre el tema (Garcia-Zubia et al., 2009, Gravier et al., 2008) se comprueban los resultados del análisis realizado donde se aprecia que AJAX, PHP y HTML son las tecnologías más aptas para el desarrollo de la interfaz de usuario en laboratorios remotos. En la práctica, lo que generalmente ocurre es que se realiza una fusión de varias de estas tecnologías con el objetivo de lograr los resultados deseados. El Sistema de Laboratorios a Distancia, en su versión actual, implementa este nivel vinculando las páginas HTML con PHP y.

(25) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 14 hace también uso de AJAX. El desempeño de la interfaz implementada ha sido buena por lo que no se pretenderá cambiarla ni modificarla, al contrario, se adaptará lo creado con LabVIEW a la interfaz actual. 1.3.2. Gestión de prácticas En la capa de gestión de prácticas el sistema se encarga de enviar los pedidos de prácticas realizados a través de la interfaz de usuario al nivel de procesamiento de prácticas para luego devolver al usuario la respuesta de la ejecución. Ello quiere decir que funciona como enlace entre la interfaz de usuario y la capa de procesamiento de prácticas. En la actualidad se utilizan tres variantes principalmente: MATLAB Web Server, LabVIEW Internet Toolkit y en otros trabajos se implementan mecanismos propios de comunicación ya sea con MATLAB o con otro software de procesamiento de prácticas. 1.3.2.1.. Gestión de prácticas mediante MATLAB Web Server. El paquete de herramientas MATLAB Web Server. tiene como función principal la. comunicación entre las aplicaciones web y MATLAB. Para esto hace uso de un servidor TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) multi-hilo que ejecuta los programas de MATLAB que les solicita el CGI. Estos programas están especificados en el documento HTML y para ello hace uso de un fichero de configuración llamado “mathweb.conf”. En este fichero de configuración se especifica el número de puertos que se van a utilizar en la comunicación y el número máximo de simulaciones (Figura 1.1). MATLAB Web Server, a pesar de tener la ventaja de permitir la comunicación entre el CGI y MATLAB, tiene la desventaja de que una misma práctica solo se puede ejecutar en una máquina. Además se imposibilita el desarrollo de prácticas con cambios de estrategias de control al no permitir validar los parámetros de las prácticas introducidos por el usuario antes de ser pasadas a ejecutar ni permitir enviar ficheros del cliente al servidor, lo que imposibilita el desarrollo de prácticas con cambio de estrategias de control..

(26) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 15. Figura 1.1 - Esquema general de un sistema que utiliza MATLAB Web Server para la comunicación entre las aplicaciones web y MATLAB a través de un servidor TCP/IP. 1.3.2.2.. Gestión de prácticas mediante mecanismos propios de comunicación.. Algunos desarrolladores de sistemas específicos que usan software para procesar prácticas han dedicado tiempo a la implementación de la parte que gestiona la práctica, es decir, la comunicación entre la interfaz de usuario y el nivel de procesamiento de la práctica. Por otra parte otros utilizan MATLAB o LabVIEW, pero no usan ni MATLAB Web Server ni LabVIEW Internet Toolkit. para la comunicación, sino que realizan su. mecanismo de. comunicación propio tratando de eliminar las limitaciones impuestas por ellos. 1.3.2.3.. Gestión de prácticas mediante LabVIEW. LabVIEW en el espacio de la experimentación remota ha integrado soluciones que permiten muy fácilmente la gestión de prácticas vía web. LabVIEW internet Toolkit, G Web Server, JIL Server (Java Interface LabVIEW Server), Sub-VIs con funciones CGI, VI Server, Web Publishing, entre otros, son funcionalidades brindadas por este software con este objetivo. LabVIEW tiene la particularidad de que se puede unir el nivel de interfaz de usuario y el de gestión de prácticas, pues el VI (Virtual Instrument, archivo de LabVIEW) que conforma el pedido. de la práctica a ejecutar puede utilizar a otros que le permitan comunicarse con.

(27) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 16 LabVIEW y pasarle directamente los parámetros. Ejemplo claro de esto son las publicaciones de Paneles Frontales de aplicaciones en LabVEW con la utilización de un servidor web interno que se crea con la herramienta Web Publishing. Sin embargo, la desventaja de este enfoque es que la gestión la hace el administrador del servicio web, es decir, el usuario no puede escoger que aplicación o práctica en LabVIEW quiere ejecutar. Además otra desventaja que presenta, al igual que la mayoría de las demás herramientas, es que necesita tener instalado LabVIEW en el servidor. Se encuentra además el JIL Server, el cual solventa algunas deficiencias y limitaciones. Desarrollado por el Departamento de Informática y Automática de la UNED une un conjunto de aplicaciones informáticas que permiten el desarrollo de laboratorios virtuales y remotos utilizando EJS y LabVIEW. (Figura 1.2). Figura 1.2- Arquitectura del Servidor JIL JIL Server permite la interfaz gráfica de usuario y su gestión a través de applets o aplicaciones Java comunicando esta interfaz con cualquier variable que compone una aplicación LabVIEW que se ejecute en una máquina remota ya sea para monitorear su información como para modificarla. De forma simple este marco de trabajo permite al usuario seleccionar, monitorizar el estado e interactuar con aplicaciones LabVIEW. Para ello una librería Java, jil.jar, ha sido desarrollada para ser importada en la parte del cliente. Es la encargada de la conexión y gestión.

(28) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 17 del VI remoto publicado por el JIL Server. Con tantas maneras de gestionar prácticas con LabVIEW cada investigador escoge según las características de cada idea o proyecto cual utilizar en beneficio de su trabajo. En (Restivo et al., 2009, Straatsma et al., 2009, Vargas et al., 2010, Zutin et al., 2008) se muestra la utilización de LabVIEW para la gestión de las prácticas. 1.3.3. Procesamiento de las prácticas Cuando el usuario ya se ha autentificado, escogido la práctica, establecido los datos y parámetros a ejecutar en la misma se pasa al nivel que procesa la práctica. La forma en que se procesan las prácticas depende del software utilizado. Las variantes más recurridas son software específico, LabVIEW y MATLAB/Simulink (Gravier et al., 2008). 1.3.3.1.. Procesamiento de las prácticas mediante software específico. Fuera del empleo de software profesional se utilizan lenguajes de alto nivel como C, C++, Java y otros para el desarrollo de este nivel. El alto costo efectivo, el difícil mantenimiento y la especificidad de su desarrollo son características que atentan contra el desarrollo de esta variante a la luz de un desarrollo con software que son destinados a este tipo de actividad. (Gardel et al., 2010, Trevelyan, 2002). 1.3.3.2.. Procesamiento de las prácticas mediante MATLAB/Simulink. Gracias a la gran variedad de paquetes de bloques con funciones para el control se encuentra como herramienta muy potente para el procesamiento de prácticas el MATLAB/Simulink, por lo que tiene un amplio uso en el área de control automático. Además, comúnmente se puede encontrar una amplia variedad de software desarrollados para interactuar con MATLAB destacando que muchos de ellos cuentan con los objetivos de lograr la ejecución de las prácticas en tiempo real, aunque MATLAB contiene sus propios paquetes de herramientas para la ejecución en tiempo real (Toolbox Real-Time Workshop y Real-Time Windows Target). Todo ello ha propiciado que el uso de MATLAB sea una de las variantes más utilizadas en la bibliografía consultada (Aliane, 2010, Bisták, 2009, Coito et al., 2005, Farias et al., 2010, Hernandez et al., 2008, Jimenez et al., 2007, Puerto et al., 2010, Savas and Erdal, 2010) (Uran et al., 2006, Valles et al., 2010, Yuliang et al., 2010) para el procesamiento de las prácticas en los.

(29) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 18 laboratorios remotos y virtuales. 1.3.3.3.. Procesamiento de las prácticas mediante LabVIEW. Otro software con enfoque en la simulación, diseño y procesamiento de experimentos tanto virtuales como reales es LabVIEW. Debido a su fácil uso y desarrollo constituye un software muy utilizado para el procesamiento de prácticas (Fabregas et al., 2009, Gardel et al., 2010, Leva and Donida, 2008, Ling and Jianqun, 2007, Straatsma et al., 2009, Tiernan, 2010). James Trevelyan plantea que LabVIEW es un potente software con un amplio rango de conexiones de hardware y plataformas de apoyo que permiten la realización de aplicaciones para Internet. LabVIEW provee todas las facilidades básicas requeridas para implementar laboratorios online. (Trevelyan, 2002). Desde la primera versión de LabVIEW (1986) sus desarrolladores han dedicado todos sus esfuerzos a implementar soluciones integrales para las industrias, siempre manteniendo una especial atención al universo académico al incluir nuevas características al entorno. Por estas razones R. Costa-Castello afirma que es un estándar de factico en diferentes ámbitos de la automática y la academia. (Costa-Castello et al., 2010) LabVIEW es una herramienta multiplataforma ya que tiene soporte en Windows, Linux y MAC. Al mismo tiempo presenta ventajas por encima de otro software de desarrollo de prácticas que tienen que ver con el control automático. Entre ellas se encuentra: el lenguaje utilizado para la programación, conocido como G, el cual es totalmente gráfico; el manejo de hilos de ejecución concurrente los cuales son intuitivos, fáciles y simples. Además se puede encontrar una serie de librerías que facilitan el desarrollo de las aplicaciones e integra el uso de múltiples dispositivos hardware permitiendo un desarrollo rápido y eficiente. También se utilizan a las librerías antes mencionadas y se puede interactuar con dispositivos no propietarios de la marca NI vía dlls, código C o scipts de MATLAB. (Costa-Castello et al., 2010) 1.3.3.4.. Selección de la tecnología para el procesamiento de las prácticas. Se realiza un análisis de las tecnologías mencionadas para el procesamiento de prácticas tomando en cuenta las características siguientes: 1. Acceso entre plataformas: ¿La aplicación se ejecuta en diferentes Sistemas Operativos?.

(30) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 19 2. Herramientas de desarrollo: ¿Existen herramientas potentes para el desarrollo de la aplicación? 3 Velocidad de desarrollo: ¿Cuán rápido se puede desarrollar la aplicación de gestión de prácticas? 4. Robustez: ¿Cuán robusto es la aplicación desarrollada? 5. Compatibilidad con el hardware: ¿En qué medida es compatible la tecnología con las tarjetas de adquisición de datos y demás elementos de hardware? 6. Precio: Costo del software necesario para el desarrollo de la aplicación. En el Anexo II se analizan estas características para las siguientes tecnologías utilizadas en el procesamiento de las prácticas: Mecanismos propios de procesamiento, MATLAB/Simulink y LabVIEW que son las más representativas. De este análisis se concluye que LabVIEW y MATLAB son los más puntuados y según estudios realizados los más utilizados (Gravier et al., 2008). En el Sistema de Laboratorios a Distancia se utiliza el MATLAB/Simulink y los paquetes de herramientas de tiempo real Real-Time Workshop y Real-Time Windows Target. A este sistema se le quiere agregar las potencialidades de LabVIEW y sus herramientas de manejo de laboratorios remotos e interacción online. 1.4. Estudio de laboratorios remotos que usan LabVIEW Distintas universidades e instituciones han dedicado tiempo y conocimiento al desarrollo de los laboratorios remotos. Muchos de ellos han empleado diferentes software en las distintas partes que conforman a un laboratorio remoto. En la confección de la interfaz de usuarios, en la gestión de las prácticas y en el procesamiento de las prácticas se han utilizado gran cantidad de herramientas mencionadas con anterioridad, todas ellas tratando de explotar las potencialidades de cada una con el fin de brindar un mejor servicio. Entre las herramientas más utilizadas en las diferentes partes se encuentra el LabVIEW. El uso del mismo se puede encontrar en el laboratorio remoto del control de un osciloscopio implementado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de.

(31) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 20 Singapur. En la implementación del laboratorio remoto del control de un osciloscopio se conectan a las computadoras los instrumentos de ingeniería como el osciloscopio y un generador de funciones. Una cámara de vídeo también se utilizó en un tiempo para la emisión en directo de lo que ocurre en el mundo físico. Para lograr el laboratorio se creó un entorno de cliente-servidor distribuido el cual fue diseñado tal como se muestra en la Figura 1.3.(S.H. Chen, 2006). Figura 1.3-Estructura de hardware del experimento del laboratorio remoto. El servidor gestiona las peticiones de los clientes y envía los parámetros para el programa realizado en LabVIEW, que controla los instrumentos reales en el laboratorio.. La. experimentación del laboratorio remoto en el cliente es una serie de interfaces gráficas de usuario para el control de los instrumentos remotos junto con las imágenes de video de lo sucedido en el laboratorio real. La estructura de software que soporta la comunicación cliente-servidor es la mostrada en la Figura 1.4. (S.H. Chen, 2006). En este ejemplo de laboratorio se observa que el software LabVIEW es utilizado en la parte de procesamiento de la práctica vinculado mediante la comunicación TCP\IP con un web server..

(32) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 21. Figura 1.4-Estructura de software de la comunicación cliente-servidor en el laboratorio remoto. Otro ejemplo del empleo del LabVIEW en la confección de laboratorios remotos es el mostrado por (Li and Nie, 2009). En el mismo se utiliza LabVIEW 8.6 para desarrollar sus propios paneles de interfaz personalizados para todos los instrumentos en la operación de control remoto del lado del cliente. En él se incorporan todas las características principales de un instrumento real de la interfaz que se controlan desde el lado del cliente. Se diseñan cinco experimentos basados en industrias automatizadas que teóricamente se enseña en la mayoría de los campos de control. Las interfaces de usuario para todos los experimentos se han diseñado de manera tal que el cliente remoto obtenga una comprensión básica de una técnica de control particular. La arquitectura general del sistema mostrada en la Figura 1.5 consiste en el diseño de cinco experimentos de hardware: un ascensor, tanque de agua, un síncrono de doble eje, un tornillo y una cámara web..

(33) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 22. Figura 1.5- Estructura del laboratorio remoto presentado por (Li and Nie, 2009) Se puede ver en (Li and Nie, 2009) que el LabVIEW es utilizado en las tres partes que conforman un laboratorio remoto en este caso especifico ya que el mismo es utilizado para crear la interfaz de usuario, para gestionar las prácticas y para procesarlas. El Laboratorio Remoto de Mecatrónica (Remote Laboratory of Mechatronics) de la Universidad de Maribor en Eslovenia, forma parte del proyecto EDIPE mencionado anteriormente (Rojko et al., 2008, Rojko et al., 2010a, Rojko et al., 2010b). Este laboratorio utiliza para el control de los dispositivos un hardware desarrollado por ellos y dos software comerciales muy conocidos en el área: MATLAB y LabVIEW. MATLAB/Simulink es utilizado para el desarrollo de los algoritmos de control, mientras que LabVIEW es utilizado para la interfaz de usuario, el control remoto y la comunicación. En la Figura 1.6 se muestra la arquitectura del laboratorio remoto implementado. En este laboratorio se encuentra a LabVIEW en la parte de gestionar las prácticas que son ejecutadas por este mismo software, además en la parte de procesar las prácticas también. Otros muchos más ejemplos son encontrados en Internet donde el LabVIEW es empleado en cualquier parte de los laboratorios y en la mayoría de los casos en varias partes a la misma vez..

(34) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 23. . Figura 1.6-Arquitectura del laboratorio remoto implementado en la Universidad de Maribor (Rojko et al., 2010b). Utiliza para el control MATLAB y LabVIEW. 1.5. Clasificación de las tecnologías usadas en LabVIEW para la comunicación remota La viabilidad de llevar los experimentos de laboratorio a la red sigue siendo hoy día una de las principales preocupaciones en cuanto a cursos y métodos de enseñanza on-line con componentes de laboratorios reales. Respecto a esto, se plantea un gran desafío tecnológico en este ámbito debido a la complejidad asociada con las tecnologías de interfaz entre un sitio remoto y un sitio local que ejecuta un montaje experimental. LabVIEW ha dedicado tiempo en desarrollar herramientas poco complejas que estén asociadas a mostrar los experimentos locales en la web. Ofrece métodos diferentes para operar, supervisar y/o controlar una aplicación a través de Internet por lo cual es importante conocer la aplicabilidad y las potencialidades que cada uno de ellos puede ofrecer. Las tecnologías para trabajar de forma remota ofrecidas por LabVIEW se pueden clasificar en tecnologías para la web y tecnologías para Internet. Los principales métodos web que incluye LabVIEW son: 1. Visualización remota utilizando LabVIEW integrado en Web Server. 2. CGI tecnología. 3. DataSocket y ActiveX..

(35) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 24 4. DataSocket y el applet Java 5. AppletVIEW. Los métodos de Internet son aquellas herramientas que aplican el protocolo TCP/IP para construir los laboratorios remotos. Cabe señalar que las aplicaciones que utilizan los métodos de Internet se basan en la arquitectura cliente / servidor y generalmente no se controla a través de la Web. Los métodos de Internet más importantes son: 1. Cliente-Servidor utilizando LabVIEW integrado TCP / IP funciona. 2. VI del servidor. 3. DataSocket 1.5.1. Visualización remota utilizando LabVIEW integrado en Web Server En este método, las imágenes del panel de la aplicación son constantemente transmitidas a los usuarios a través de la Web a intervalos de tiempo relativamente cortos. Una ventaja de este método es su simplicidad y el hecho de que no necesita ningún tipo de codificación o componente agregado a los sistemas de software. Sin embargo, una desventaja principal es que el usuario no puede interactuar con el VI (Virtual Instrument). La configuración del LabVIEW incorporada en el servidor web es muy simple y directa como bien describe (Travis, 2000). 1.5.2. CGI Tecnología Los CGI como antes se ha mencionado es soportado en forma de instrumentos virtuales por el kit de herramientas de Internet para LabVIEW. Estos instrumentos virtuales son utilizados para desarrollar aplicaciones interactivas para la web donde han demostrado ser poderosas herramientas. Su aplicación ya ha sido explicada antes en otra sección por tal motivo no se aborda ampliamente en este epígrafe. 1.5.3. DataSocket y Active X La Natinal Instruments ha desarrollado una tecnología para la comunicación entre aplicaciones y LabVIEW basados en la web sin ningún tipo de programación TCP/IP llamada DataSocket. Su combinación con tecnologías ActiveX suelen ser utilizadas en la construcción de aplicaciones.

(36) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 25 interactivas para la web. El desarrollo y la interpretación de dichas aplicaciones son complicados. El desarrollador debe estar familiarizado con programación Visual Basic, HTML y códigos de LabVIEW y además trae otros inconvenientes como: 1. Solo funciona con Microsoft Internet Explorer. 2. El usuario debe cambiar la configuración de seguridad de Internet Explorer para permitir controles ActiveX y debe reiniciar su equipo para que los cambios surtan efecto. 3. El usuario no puede ver las futuras actualizaciones de la aplicación en el ordenador que ha sido utilizado para ver la versión anterior de la aplicación. 4. El desarrollador debe comprar el sistema de software Component Works de National Instruments. 5. Los controles ActiveX pueden provocar amenazas a la seguridad de los equipos cliente. 1.5.4. DataSocket y Applet Java Este método utiliza applets de Java para conectar una aplicación de LabVIEW con la Web. En este caso el desarrollador debe tener conocimientos previos en el lenguaje Java y la creación de aplets de Java que se incrustan en archivos HTML. El uso del entorno de desarrollo visual puede facilitar enormemente la construcción de applets de Java. Las ventajas encontradas en esta tecnología sobre ActiveX son las siguientes: 1. Los entornos de desarrollo visual como IBM Visual Agees es a menudo barato. 2. Los Applets son visibles tanto en el Netscape como en Internet Explorer. 3. Los equipos clientes no tienen que cambiar la configuración de seguridad en sus navegadores o reiniciar sus computadoras para inicializar los Applets. Según (MasoudNaghedolfeizi, 2002) la utilización de esta tecnología es muy alentadora debido a la facilidad de desarrollo de aplicaciones y mejoras convenientes. 1.5.5. AppletView Esta tecnología es desarrollada para los diseños con aplets de Java que interactúan con LabVIEW. No necesita el desarrollador conocer sobre Java para trabajar con ella ni cumplir.

(37) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 26 algunos requisitos mencionados en el subepígrafe anterior. Por otra parte, AppletView utiliza su propio protocolo TCP / IP (no DataSocket) para comunicaciones de datos a través de Internet o Web. AppletView es considerada multiplataforma ya que es soportada por Netscape, Internet Explore y otros navegadores web. AppletView en su guía de usuario proporciona información con variados ejemplos que muestran el trabajo con el software y hace más sencillo el uso de esta tecnología. La actualización y mejora del software presentó en un tiempo una frecuencia debido a su uso, pero en los últimos años la tendencia a su aplicación en los laboratorios remotos ha disminuido. 1.5.6. Modelo cliente / servidor utilizando LabVIEW TCP / IP Funciones Este método no necesita de programación adicional ni de ningún software adicional debido a que tanto cliente como servidor utilizan el mismo lenguaje, el de LabVIEW. Sí exige de un conocimiento relativamente amplio sobre los protocolos empleados en Internet en especial el de TCP/IP. Esta tecnología se divide en dos categorías, una donde hay un solo cliente y la otra donde existen múltiples clientes. En ambos casos son bastante complicadas las dos categorías donde se emplee esta tecnología pero donde el servidor debe manejar múltiples secciones de usuarios a la vez se complica un poco más. Es recomendable utilizar esta tecnología en laboratorios remotos reales debido a que este tipo de experimento exige un solo usuario conectado a la vez. Además se debe tener en cuenta al utilizar este método que la aplicación en el servidor debe ejecutarse en todo momento para recibir las llamadas de los clientes. Según (MasoudNaghedolfeizi, 2002) este método es compatible con un bajo nivel TCP / IP de programación y el programador tiene más flexibilidad en el diseño de la aplicación. Por ejemplo, el desarrollador puede incluir una rutina en el servidor aplicación que notifica a las demás sesiones de cliente que el servidor ya está en uso por otro cliente. También puede incluir una rutina que coloca sesiones de cliente de entrada en una cola para interactuar con la aplicación de servidor. La inclusión de estas rutinas en el diseño de un experimento en línea es particularmente importante para resolver el problema actual de usuarios que tratan de ejecutar el mismo experimento. Esta tecnología es generalmente segura ya que el cliente son usuarios autorizados a los que se les da la aplicación cliente y el nombre del host o dirección IP del servidor. Puede llegar a ser.

(38) CAPÍTULO 1. LAbVIEW EN EL DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS 27 costosa ya que se debe tener instalado LabVIEW en las dos partes, cliente y servidor y si el número de clientes es grande aumenta el costo. Luego el mantenimiento de las aplicaciones y su actualización consume tiempo debido a que hay que redistribuirlas a los clientes y aplicarlas en el servidor. 1.5.7. VI Servidor VI servidor es una característica para crear fácilmente aplicaciones cliente-servidor a través de TCP / IP para los equipos conectados en red. En este método, el desarrollador no tiene por qué saber de programación de Internet o el uso de funciones TCP / IP en LabVIEW. Sin embargo, el desarrollador debe conocer los principios de la programación orientada a objetos en LabVIEW. La clase VI de la programación orientada a objetos en LabVIEW se emplea para establecer u obtener las propiedades de un VI, imprimir el VI, y / o ejecutar el VI. El método de la clase VI es de uso frecuente para el diseño de laboratorios remotos. (MasoudNaghedolfeizi, 2002) Para que las aplicaciones que utilizan esta tecnología sean funcionales el servidor VI debe estar habilitada y bien configurada. En (Travis, 2000) y en el manual de referencia de programación gráfica se explica detalladamente la sencilla configuración del servidor de VI. Como se evidencia esta tecnología necesita de la instalación de LabVIEW en las dos partes de la comunicación, cliente y servidor y deben ser la misma versión de software para evitar conflictos de compatibilidad. Igualmente que en la tecnología de la sección anterior este método puede llegar a ser cara y difícil su mantenimiento. El beneficio de esta tecnología es la amplia interacción con los laboratorios remotos que trae a los usuarios que se conectan al servidor. 1.5.8. DATASOCKET La tecnología DataSocket es aplicada donde el intercambio de información entre cliente servidor necesita ser en tiempo real. Está compuesta por el servidor DataSocket y el cliente DataSocket. El cliente DataSocket lee y manipula los datos publicados por el servidor. Por el contrario parte el servidor DataSocket pública y gestiona las conexiones y pedidos de los clientes. Al igual que en las anteriores tecnologías el LabVIEW debe ser el soporte para los dos componentes. El servidor DataSockeet debe ser creado por el desarrollador algo que exige de un conocimiento no muy amplio y que llega a hacer relativamente fácil. Tiene como ventaja que pueden existir.