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1 52 Desarrollo de una aplicación web para un sistema de información en tiempo real Alfredo Espinosa R., Brisa M. Silva F. y Agustín Quintero R. Describe una técnica para el desarrollo de una aplicación web para un sistema de información en tiempo real, que permita la conexión remota y concurrente de diferentes equipos en la red a la base de datos histórica del sistema, sin necesidad de que se instale ningún componente de software en el equipo remoto del usuario que realiza la consulta. Introducción Resumen En este artículo se describe una técnica para el desarrollo de una aplicación web para un sistema de información en tiempo real, que permita la conexión remota y concurrente de diferentes equipos en la red a la base de datos histórica del sistema, sin necesidad de que se instale ningún componente de software en el equipo remoto del usuario que realiza la consulta. Se define y establece la arquitectura de software que permite el desarrollo de la aplicación web, las etapas de análisis, el funcionamiento de la tecnología a utilizar, así como el diseño, desarrollo e implementación de la aplicación. Finalmente, se describen los logros obtenidos con el desarrollo de la aplicación web para un sistema de información en tiempo real. Un sistema de información en tiempo real se define como un Sistema Informático que interacciona constantemente con un medio físico, por el cual está recibiendo datos de campo para procesarlos y emitir resultados (A. Burns y A. Wellings, 1996). En el área de Supervisión de Procesos del IIE se están llevando a cabo las pruebas en fábrica, del Sistema de Información para la supervisión y diagnóstico de equipos principales de centrales de Generación Termoeléctricas, el cual es un sistema en línea con adquisición de datos del proceso en tiempo real para supervisión, registro histórico, cálculo de indicadores de comportamiento, diagnóstico y emisión de recomendaciones de mantenimiento de los equipos monitoreados (Espinosa, A y Quintero, A, 2005). El Sistema está basado en la tecnología o herramienta de desarrollo de software LabVIEW 8.0 de la empresa National Instruments.

2 53 Boletín IIE, abril-junio del 2007 La base de datos histórica del sistema se encuentra diseñada e implementada con la tecnología nativa de CITADEL versión 5 y el módulo que la soporta y controla en LabVIEW es el Datalogging and Supervisory Control (DSC). Este módulo contiene funciones que permiten controlar, transmitir, procesar y almacenar la información adquirida y procesada, así como controlar el acceso y consulta de la información que se encuentran almacenada. Adicionalmente se incluye un controlador ODBC para acceso estándar a datos (NIC, 2006). Definición del problema La tecnología del módulo DSC y CITADEL, en la que está definida la base de datos histórica del sistema, requiere de licencias de ejecución de software por cada cliente instalado con acceso a datos históricos. Asimismo, se requiere instalar en cada cliente las utilerías RunTime de LabVIEW y RunTime del módulo DSC. Figura 1. Esquema de operación de la tecnología Web de LabVIEW 8.0. La tecnología de LabVIEW 8.0 permite el acceso web a sus aplicaciones en ejecución de forma transparente (instalando un PlugIn en el Internet Explorer de forma remota y sin interacción del usuario), pero este acceso es restringido, ya que permite un máximo de 4 usuarios concurrentes con permiso de sólo lectura (sólo uno de los cuatro usuarios puede accionar los controles en pantalla). En la Fig. 1 se muestra un esquema del funcionamiento de la tecnología web de LabVIEW. Objetivo Diseñar una aplicación web que permita la conexión a la base de datos histórica del sistema de información, con el fin de que varios usuarios simultáneos puedan consultar datos y generar reportes desde equipos remotos, sin necesidad de instalar ningún componente de software. Descripción y análisis de la base de datos histórica La base de datos CITADEL es usada de forma nativa por el módulo DSC de LabVIEW, que se encarga de controlar el manejo de los datos adquiridos y almacenados por las aplicaciones desarrolladas en esta plataforma. Aunque es posible utilizar como medio de almacenamiento cualquier base de datos comercial, CITADEL está funcionalmente diseñada y optimizada en desempeño, para la operación con datos en tiempo real, además que el módulo DSC provee una gran variedad de funciones para su operación y control (NIC, 2006). Adicionalmente, el módulo DSC incluye un controlador para acceso estándar a datos tipo Open DataBase Connectivity (ODBC) que contiene comandos y funciones especiales para recuperar, manipular y analizar datos históricos automáticamente. Este controlador ODBC permite a las aplicaciones de terceros, comunicarse con la base de datos histórica del servidor, recuperar datos y hacerlos llegar en un formato estándar hasta la aplicación que ejecuta la consulta. Para que esto se lleve acabo, es indispensable la instalación del módulo DSC de LabVIEW o al menos su utilería RunTime en cada cliente que realice consultas (local o remotamente), ya que es la única manera de que se instale el manejador ODBC para los clientes o aplicaciones que lo requieran.

3 54 Arquitectura propuesta Un Componente COM+ es un elemento fundamental de la tecnología ActiveX de Microsoft, que permite que diferentes lenguajes sean compatibles en entorno de red y proporciona un conjunto de atributos que especifican los servicios requeridos para la ejecución de un objeto (Wayne, 2006). Existe una técnica propuesta por la empresa National Instruments que permite realizar la conexión a la base de datos CITADEL 5, sin tener que instalar el módulo DSC en cada equipo que requiera realizar consultas. Esta técnica consiste en una DLL tipo COM+ de Aplicación Servidor con el servicio MTS habilitado, desarrollada y compilada en Microsoft Visual Basic 6.0 y soportada por Windows 2000 y XP (NIC, 2006). Este componente de servidor utiliza el acceso a datos ODBC instalado en el mismo servidor (se requiere que al menos el servidor tenga el módulo DSC) y a través de ADO (ActiveX Data Object) recupera información de la base de datos CITADEL y los envía a los clientes o aplicaciones remotas que los requieran. Con esta arquitectura se tiene el inconveniente de que es necesario instalar en los clientes remotos, la versión Application Proxy (componente del lado cliente) del mismo componente COM+, por lo que ya no se cumple con el requerimiento establecido de que no debe ser necesario instalar ningún componente de software en los clientes Esta técnica permite que aplicaciones en clientes remotos puedan hacer uso del componente COM+ instalado en el servidor, de modo que una aplicación en Windows pueda encontrar las mismas clases definidas local o remotamente para crear una instancia en su propio espacio de memoria. La arquitectura que se propone para la aplicación web, consiste en desarrollar una aplicación en ASP.NET que se instale en el mismo servidor que tiene el módulo DSC (para tener acceso al manejador ODBC) y que sirva de enlace entre los clientes remotos y el componente COM+ del servidor instalado. De esta forma, cualquier usuario en la red con una computadora con Microsoft Internet Explorer (IE) podrá tener acceso a la información histórica almacenada por el Sistema de información, sin necesidad de instalar ningún componente de software en el cliente. Figura 2. Arquitectura propuesta. La Fig. 2 muestra la operación de la arquitectura propuesta. Cuando un método del componente COM+ es invocado por un cliente remoto desde una aplicación web, primero envía como parámetros el Data Source Name (DSN), que especifica el nombre de la base de datos y después cadena SQL a consultar, asimismo, retorna un objeto Recordset tipo ADO con los resultados de la consulta vía el estándar ODBC. De esta manera, la DLL del componente COM+ del servidor es la encargada de llevar a cabo la petición a la base de datos y retornar los resultados. Una vez terminada la consulta, cierra las conexiones con la base de datos para optimizar el funcionamiento de la red. Con esta arquitectura es completamente factible llevar a cabo consultas adicionales a diversas bases de datos, incluso de tecnologías diferentes. Para el caso del Sistema de Información, se requiere acceso adicional a una base de datos en Microsoft Access que contiene la configuración dinámica de variables adquiridas, procesadas y almacenadas, así como de configuración de usuarios para verificar en línea los privilegios de acceso asignados.

4 55 Boletín IIE, abril-junio del 2007 Tecnología La DLL originalmente proporcionada por National Instruments está desarrollada y compilada en Visual Basic 6.0. Para que se permita la interacción adecuada con la tecnología seleccionada para la aplicación web (ASP.NET) es necesario adecuarla y actualizarla al lenguaje Visual Basic.NET. Básicamente, el procedimiento de actualización consiste en abrir el proyecto original en el editor de Visual Studio.NET, automáticamente se detecta la plataforma en que fue desarrollado, se copian las clases y funciones que lo componen y se crea un nuevo proyecto actualizando las funciones de la nueva tecnología.net. Adicionalmente se detecta si el proyecto es un ActiveX y se ofrece la opción de crearlo y registrarlo en la biblioteca de controles COM, como un archivo DLL. Figura 3. Estructura del archivo de ensamble de un componente COM+. Este procedimiento crea un ensamblado.net que encapsula la funcionalidad del componente, creando el espacio de nombre adecuado que contiene todo lo necesario para generar componentes tipo COM+. En el archivo AssemblyInfo.cs que se crea, se encuentran los atributos indispensables para que la aplicación pueda funcionar. El primero especifica el tipo de aplicación o tipo de biblioteca. El segundo es la manera como se accede al control de la aplicación. El tercero es el GUID (Global Unique IDentifier), es un conjunto de números que constituyen un identificador único global, es decir, que tiene la particularidad de que es imposible (al menos en teoría) generar otro idéntico, aunque usemos el mismo algoritmo de la aplicación. El cuarto es el nombre de la aplicación con el que se identifica el componente COM+. Y el último atributo describe al componente (Wayne, 2006). Plataforma de desarrollo A diferencia de los modelos de programación web anteriores, la plataforma Microsoft. NET ofrece una serie de ventajas que permiten un mejor desarrollo de este tipo de aplicaciones. Esta plataforma proporciona todas las herramientas necesarias para el desarrollo de aplicaciones web en forma distribuida entre las que se encuentran Microsoft.NET Framework y Visual Studio.NET. Una de las principales características de.net Framework es que su entorno de ejecución se basa en Common Language RunTime (CLR), el cual permite desarrollar aplicaciones en ASP.NET y así ejecutar aplicaciones en el servidor, con clientes distribuidos en internet o intranet. Asimismo, evita conflictos de versiones y proporciona seguridad de ejecución en la red. ASP.NET es un componente de.net Framework, es un lenguaje de programación basado en CLR que se utiliza en un servidor para generar aplicaciones web y puede contener programas escritos en cualquier lenguaje soportado por.net Framework, como Visual Basic.NET, C#, JScript.NET, entre otros. ASP.NET es un lenguaje completamente orientado a objetos. Así pues, como ASP.NET es independiente del lenguaje, puede elegirse el lenguaje de programación que mejor se adapte a la aplicación o bien, dividir la aplicación en varios lenguajes. Una de las principales características que ofrece ASP.NET es que compila desde el código nativo en el servidor, por lo que no es necesario que el cliente o navegador soporte esta tecnología, lo que proporciona independencia a los clientes o usuarios remotos.

5 56 Figura 4. Diseño de la aplicación Web. Aplicación web Para iniciar los servicios de ASP.NET, se requiere de un servidor web como el Internet Information Server (IIS) que permite configurar el directorio virtual, motor de arranque de la aplicación web tanto local como remotamente, así como ejecutar los servicios de la DLL COM+ y activar el.net Framework que normalmente se encuentra instalado como parte del sistema operativo. Para utilizar un componente COM en la plataforma.net, sólo es necesario agregar una referencia al componente y entonces.net Framework será el responsable de la interacción entre el código y los componentes. Para llevar a cabo la conexión a la base de datos, en el servidor se crea un DNS por medio del cual se indican los parámetros, la ruta de acceso y las características. En el caso del Sistema de Información descrito, el servicio para la base de datos CITADEL es National Instruments Citadel 5 database. Para la consulta de los datos se utiliza el motor de Microsoft SQL Server mediante los estándares de acceso a datos ODBC y OLEDB. Figura 5. Configuración y Administración de Componentes COM+ (Servicios de Componentes). Posteriormente se diseña y crea la interfaz gráfica de la aplicación web. La Fig. 4 muestra el ejemplo para el Sistema de Información. La Fig. 5 muestra las aplicaciones COM+ que se encuentran en la configuración y administración local de Servicios de Componentes COM+ del servidor, donde se puede ubicar a la DLL funcionando cada vez que es invocada local o remotamente desde un equipo cliente, a través de los objetos de la interfaz de la aplicación. Validación LabVIEW optima el espacio en disco del registro histórico, por lo que es necesario interpretar los resultados de una consulta en un período determinado. Las pruebas para verificar los datos consultados en la aplicación web consideran las siguientes reglas: Búsqueda de valores nulos al inicio. El sistema debe mostrar un valor NaN que significa que no hay datos registrados en ese lapso. Búsqueda de valores nulos en registros intermedios. El sistema debe mostrar un valor NaN. Búsqueda de valores al final. Si no se encuentran registros al final de la consulta, se aplica una extrapolación del último valor registrado en la base de datos y se repite hasta completar el total de la consulta. Resultados obtenidos Para el Sistema de Información, la aplicación web desarrollada permite: Validar a los usuarios para verificar los privilegios asignados. Seleccionar las variables a consultar por grupo o por tipo de equipo de la Central Termoeléctrica. Seleccionar el intervalo de tiempo de consulta.

6 57 Boletín IIE, abril-junio del 2007 Realizar consultas a la base de datos histórica del sistema de información. Estas consultas pueden ser por ejemplo, los datos adquiridos hasta un minuto antes de la hora actual. Generar y mostrar al usuario reportes tabulares para su análisis. Exportar la información consultada a formato Microsoft Excel. Abrir directamente en el navegador la información histórica consultada. Guardar la información en el directorio que se elija directamente desde la aplicación, aún sin abrir el archivo. Conclusiones El desarrollo de la aplicación web se llevó a cabo de manera eficiente, con el uso de los componentes COM+ y la tecnología Visual Studio.NET, debido a que los componentes COM+ facilitan el manejo o transacciones de datos en la red, proporcionando seguridad al establecer restricciones de acceso a la información que es transmitida y evitan el consumo de recursos mientras están en operación por medio del mecanismo JIT (activación justo a tiempo) que hace que estén activos sólo cuando algún método los solicita. La tecnología y la arquitectura propuesta permiten el uso de la aplicación web a múltiples usuarios de forma concurrente, realizando consultas a la base de datos histórica del sistema, sin tener que instalar ningún componente de software en los equipos de los usuarios y sin generar ningún conflicto entre ellos. Debido a que todos los procesos son ejecutados en el Servidor, los usuarios sólo invocan las funciones por medio de los objetos de la interfaz gráfica de la aplicación web, que de igual manera se encarga de visualizar los resultados. Referencias A. Burns y A. Wellings. Real-time Systems and their Programming Languages. Addison Wesley Wayne S. Freeze Visual Basic Developer s Guide to COM and COM Alfredo Espinosa Reza, Agustín Quintero Reyes Sistema de adquisición, procesamiento y presentación de datos. Gerencia de Supervisión de Procesos, IIE, Julio, National Instruments Corporation, Citadel 5 Remote Database Access Using COM+ and ADO. (Obtenido el 15 junio de 2006). National Instruments Corporation LabVIEW Dataloggin and Supervisory Control Module Developer Manual. (Obtenido el 16 de junio de 2006). Visual Studio.NET Introducción a la plataforma Microsoft Visual Studio.NET. (Obtenido el 22 de junio de 2006). Alfredo Espinosa Reza Ingeniero Mecánico-Electricista por la Universidad Nacional Autónoma de México en Desde 1995 se desempeña como investigador de la Gerencia de Supervisión de Procesos (GSP), desarrollando e integrando sistemas de información en tiempo real para centrales generadoras de energía eléctrica, centros de control de distribución e industrias afines. Es asesor e instructor de cursos para desarrollo de sistemas basados en tecnología de componentes en plataformas visuales y ha sido catedrático en la Universidad Autónoma del Estado de Morelos y la Universidad del Sol.

7 58 Ha colaborado en proyectos de sistemas de información en tiempo real, adquisición de datos, tecnologías de información e integración de sistemas multiplataforma para clientes como la Comisión Federal de Electricidad (CFE), Pemex, Caminos y Puentes Federales (CAPUFE) y Luz y Fuerza del Centro (LyFC). Ha publicado artículos técnicos en diversos foros nacionales e internacionales, así como en las revistas internacionales Automática e Instrumentación y Engineering Intelligent Systems de la editorial CRL Publishing. Es co-autor del software registrado Sistema EMPC, instalado en subestaciones y centros de distribución de LyFC, así como de la interfaz de datos multiplataforma para sistemas de información en tiempo real, instalada en la Central Nucleoeléctrica de Laguna Verde. Actualmente es el jefe del proyecto para el desarrollo de un Simulador del Sistema Eléctrico de Distribución, para centros regionales de control de distribución de la CFE. Brisa Marisol Silva Flores Licenciada en Informática por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM) en 2006, obteniendo mención honorífica. En el año 2006 desarrolló una estancia de Adiestramiento en Investigación Tecnológica en el Instituto de Investigaciones Eléctricas, en la Gerencia de Supervisión de Procesos con el tema Diseño gráfico y desarrollo del módulo web de un sistema en tiempo real, para diagnóstico de equipos. De agosto de 2006 a mayo de 2007, colaboró en la Gerencia de Supervisión de Procesos con la especificación funcional, diseño y pruebas prototipo de una interfaz de datos para extracción y acondicionamiento de la información adquirida y generada por los dos sistemas SCADA, del centro de control de distribución de la Zona Tampico de la División de Distribución Golfo Centro de la Comisión Federal de Electricidad. La interfaz de datos está basada en el protocolo DNP 3.0 tipo serial y tipo TCP/IP. Agustín Quintero Reyes Ingeniero Electrónico en Instrumentación, egresado del Instituto Tecnológico de Ciudad Guzmán en Obtuvo el grado de Maestro en Ciencias de la Electrónica, con la especialidad en Control en el Cenidet, en 1990, año en el que también ingresó a la Gerencia de Supervisión de Procesos del IIE, donde ha trabajado principalmente en el área de Desarrollo e Integración de Sistemas para Centrales Generadoras de Energía Eléctrica. Ha dirigido proyectos de especificación, diseño, desarrollo y/o evaluación de sistemas para la automatización de procesos industriales. Llevó a cabo el desarrollo e implantación de un sistema inteligente de ayuda para la operación de unidades termoeléctricas, en el cual incursionó en el área de inteligencia artificial para el desarrollo de sistemas basados en conocimiento.

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