Aplicación n de la Instrumentación n Virtual Remota en la Educación a Distancia

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1 Aplicación n de la Instrumentación n Virtual Remota en la Educación a Distancia Autores: Cristóbal Pascual Carrazana Enrique Ernesto Valdés Zaldivar Ciudad de la Habana, Nov. 2003

2 Sumario 1- Instrumentación Virtual 2- Instrumentación Virtual Remota 3- Conclusiones

3 La Instrumentación Virtual: concepto 1- Instrumentación con enfoque de sistema. 2- La computadora (PC) es el elemento principal. 3- Módulos internos y externos a la computadora constituyen la interfaz entre esta y el medio. Solo los necesarios 4- Por medio del software el usuario define las funciones de su instrumento. 5- Trabajo en red Posibilidad de compartir recursos.

4 Ejemplo de Instrumento Virtual

5 Modelo de desplazamiento hacia la Instrumentación Virtual DISPLAY AND CONTROL A/D D/A Conditioning PROCESSOR BUS DI/O Timing TI/O ROM µp Math µp MEMORY 488 PORT Temperature Pressure Alarm Conditions Flow STOP Control Panel Conditioning Timing A/D TI/O DISPLAY AND CONTROL PROCESSOR BUS D/A µp MEMORY Math µp 488 PORT ROM DI/O

6 Arquitectura de un PC con bus PCI CPU Bus local DRAM Dedicated PCI slots CPU-PCI Bridge Video Disk E-net Bus PCI Dedicated E/ISA slots CPU-E/ISA Bridge Keyboard Mouse Serial Printer Floppy Bus EISA / ISA Otra posibilidad: tarjeta de audio

7 Fotografías de tarjetas que se pueden insertar en los slots Bus PCI Instrumentación portátil: PCMCIA Bus EISA

8 Ejemplo de Instrumentación Virtual Sistema de adquisición de datos. Microcomputadora TAD Software de aplicación Sensores Modulo acondicionador de señal

9 Hardware para la Instrumentación Virtual Interfaz de entrada / salida : Tarjeta de adquisición de datos Recursos : Entradas analógicas (Conversión A/D) Salidas analógicas (Conversión D/A) Entradas / salidas digitales Entradas / salidas de temporización y conteo (Tarjeta Multifunción)

10 Hardware para la Instrumentación Virtual Interfaz de entrada / salida : tarjetas adquisición de imágenes.

11 Tarjetas de Interfaz para comunicaciones en la industria

12 Niveles del software para la Instrumentación Virtual Ready to run Software Application Software LabVIEW LabWindows/CVI Component Works Visual Basic C/C++... Interface Software NI-DAQ PCI-MIO-16E-1 DAQ Board

13 Software de National Instruments Toolkits Driver Software Toolkits HMI/SCADA software: Lookout and BridgeVIEW

14 Sistema de medida y test

15 Automatización Industrial

16 Práctica de laboratorio demostrativa para estudiantes de Pregrado Medición de las curvas I-V en dispositivos semicondutores Hardware Circuito Acondicionador de señal TAD Dispositivo Semiconductor

17

18 Fotografía de la instrumentación virtual para el estudio y caracterización de un sensorquímico del tipo ISFET IVR

19 Instrumentación Virtual Remota (IVR) Software potentes para instrumentación virtual Desarrollo de tecnologías para el intercambio de información de forma rápida + y segura a través de redes Internet Surgimiento de la Instrumentación Virtual Remota: Instrumentación Virtual que utiliza las redes de PCs para compartir recursos, datos, dirigir experimentos, monitorear procesos, etc. entre un servidor y otras computadoras remotas (clientes) conectadas a la red. Resultados Revolución en los sistemas para el control de procesos de laboratorios y la industria. Modernización de los laboratorios docentes y del sistema de aprendizaje en el sector educativo.

20 Instrumentación Virtual Remota Clasificación de los sistemas de IVR: Monitoreo remoto: El proceso es únicamente es observado desde un lugar de la red distinto a donde este ocurre. Control remoto: Además del monitoreo remoto, el usuario puede interactuar de forma directa con el instrumento virtual remoto. Colaboración: Incluye el control remoto y permite el intercambio de información entre los usuarios conectados al instrumento virtual remoto.

21 Instrumentación Virtual Remota Conexión Remota al Instrumento Servidor de Instrumento Virtual Conectado a la TAD PC Internet Arreglo de 8 relay KL1 KL2 KL3 KL4 KL5 KL6 KL7 KL8 Control de los relay por puerto serie RS232

22 Causas que dieron origen a la utilización de la IVR en la CUJAE Necesidad de incrementar las prácticas de laboratorio de electrónica en la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la CUJAE. Utilizar la IVR se ajusta a las tendencias actuales de numerosas universidades del mundo, principalmente las de países desarrollados. Posibilita que los estudiantes interactúen con una determinada instrumentación (en ocasiones costosa) sin que esto afecte las prestaciones de la misma. Solo se necesita del montaje de una práctica para que muchos estudiantes interactúen con ella. Permite que las prácticas de laboratorio puedan ser realizadas en horarios extradocentes y sin la presencia del profesor.

23 Tecnologías para el desarrollo de la IVR con LabVIEW 6.1. Web: El usuario interactúa utilizando páginas Web. 1. LabVIEW Remote Panel. 2. Tecnología CGI. 3. DataSocket y AvtiveX. 4. DataSocket y Java Applet. Internet: El usuario interactúa utilizando VI. 1. Aplicación cliente/servidor utilizando las funciones TCP/IP de LabVIEW. 2. Servidor VI. 3. DataSocket. Tecnologías seleccionadas.

24 Web: LabVIEW Remote Panel Características: Herramienta de LabVIEW 6.1 que brinda la posibilidad de acceder a la Instrumentación Virtual desarrollado en una computadora (servidor) a través de una navegador Web. La página Web muestra exactamente el mismo Panel Frontal del VI que se ejecuta en el PC servidor. Desde la página Web se pueden operar todos los controles tal y como si se estuviera en el ambiente de LabVIEW. Utiliza el Web Server incluido en el paquete de instalación de LabVIEW 6.1 Se necesitan licencias de la National Instruments para que esta herramienta pueda ser utilizada por más de una usuario.

25 Topologías y Experiencias PC cliente 1 Utilizando los REMOTE PANELS de LabVIEW se puede implementar esta topologia PC Server PC cliente 2 PC cliente n El PC cliente a través de una pagina web puede controlar el instrumento virtual que se ejecuta en el PC Server

26 Web: LabVIEW Remote Panel Ventajas: No requiere de programación adicional para lograr embeber el VI en una página Web. La página Web puede ser modificada con información adicional. Inconvenientes: Se requiere de licencias para la conexión de más de un usuario. Demostración práctica

27 Web: CGI (Common Gateway Interface) Características: CGI fue una de las primeras tecnologías desarrolladas para el diseño de páginas Web dinámicas. Constituye una interfaz para la comunicación entre un servidor HTTP con otras aplicaciones y bases de datos. El servidor HTTP hace posible que más de un usuarios interactúe con el instrumento virtual remoto. El usuario interactúa llenando campos de un formulario que son enviados a la aplicación CGI desarrollada en LabVIEW y luego esta responde con otra página Web con los resultados correspondientes.

28 Web: CGI Ventajas: Más de un usuario puede realizar solicitudes simultaneas al servidor de Instrumento Virtual, y estos reciben las respuestas en el mismo orden en que las solicitudes llegan al servidor HTTP. El usuario solo necesita de un Navegador Web (Internet Explorer). Inconvenientes: No se tiene acceso a los resultados durante la ejecución las mediciones. No se tiene conocimiento del tiempo que pudiera tardar la respuesta a la solicitud. Demostración práctica

29 Programación de la aplicación CGI en LabVIEW

30 Internet: DataSocket Características: Tecnología desarrollada por National Instruments, empleada para la transmisión de datos y monitoreo de procesos que se ejecutan de manera autónoma. Utiliza DataSocket Server para manejar las conexiones con los clientes a través de los protocolos TCP/IP. Utiliza el estándar URL para la conexión a los datos. La comunicación es en tiempo real. Utiliza DataSocket Server Manager para configurar la seguridad de las aplicaciones.

31 Internet: DataSocket Componentes de una aplicación n DataSocket: Aplicación cliente. Recibe los datos del DataSocket Server Aplicación fuente de los datos. Encargado de manejar las conexiones clientes. Tiene funcionamiento autónomo y está determinado por la configuración del DataSocket Server Manager.

32 Resultados Mayo-Octubre 2003 Práctica de Laboratorio Asignatura Tipo de Curso Cantidad de Estudiantes Tecnología utilizada 1. Controlador Analógico Electrónica Analógica 3 Pregrado 30 Remote Panel 2. Contador Decimal Electrónica Digital 2 Pregrado 60 CGI 3. Compuertas Lógicas Electrónica Digital 1 Pregrado 80 CGI 4. Maquinas de Estado Electrónica Digital Avanzada Postgrado 30 CGI 5.Característica transferencial de un AO. Electrónica Analógica 2 Pregrado 80 Remote Panel Total 280 estudiantes

33 Conclusiones 1- Se han mostrado los resultados en la aplicación de la IV y la IVR en la CUJAE. 2- Estos resultados pueden ser generalizados a otros centros del pais. 3- Se ha adquirido experiencia en la utilización de la IVR, herramienta muy utilizada en universidades de países desarrollados. 4- IVR útil en la educación a distancia, en particular en las Especialidades que requieren actividades prácticas.

34 Tareas Futuras 1- Profundizar en el conocimiento y la utilización de otras tecnologías de la IVR. 2- Extender la uso de la IVR en las prácticas de laboratorios. 3- Generalizar los resultados alcanzados a los restantes CES del país. 4- Utilizar la IVR como complento de cursos de postgrado.

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