Desarrollo de una aplicación web para un sistema de información ...

Aplicaciones tecnológicas52Desarrollo de una aplicación webpara un sistema de informaciónen tiempo realAlfredo Espinosa R., Brisa M. Silva F. y Agustín Quintero R.Describe una técnica para el desarrollo de una aplicación web para un sistema de informaciónen tiempo real, que permita la conexión remota y concurrente de diferentes equipos en la reda la base de datos histórica del sistema, sin necesidad de que se instale ningún componente desoftware en el equipo remoto del usuario que realiza la consulta.IntroducciónResumenEn este artículo se describe una técnica para el desarrollo de una aplicación webpara un sistema de información en tiempo real, que permita la conexión remotay concurrente de diferentes equipos en la red a la base de datos histórica delsistema, sin necesidad de que se instale ningún componente de software en el equiporemoto del usuario que realiza la consulta.Se define y establece la arquitectura de software que permite el desarrollo de la aplicaciónweb, las etapas de análisis, el funcionamiento de la tecnología a utilizar, así como eldiseño, desarrollo e implementación de la aplicación.Finalmente, se describen los logros obtenidos con el desarrollo de la aplicación web paraun sistema de información en tiempo real.Un sistema de información en tiempo real se definecomo un Sistema Informático que interaccionaconstantemente con un medio físico, por el cualestá recibiendo datos de campo para procesarlos yemitir resultados (A. Burns y A. Wellings, 1996).En el área de Supervisión de Procesos del IIE seestán llevando a cabo las pruebas en fábrica, delSistema de Información para la supervisión y diagnósticode equipos principales de centrales deGeneración Termoeléctricas, el cual es un sistemaen línea con adquisición de datos del proceso entiempo real para supervisión, registro histórico,cálculo de indicadores de comportamiento, diagnósticoy emisión de recomendaciones de mantenimientode los equipos monitoreados (Espinosa, A yQuintero, A, 2005).El Sistema está basado en la tecnología o herramientade desarrollo de software LabVIEW 8.0 de laempresa National Instruments.

53 Boletín IIE, abril-junio del 2007La base de datos histórica del sistema se encuentra diseñada e implementada con latecnología nativa de CITADEL versión 5 y el módulo que la soporta y controla en LabVIEWes el “Datalogging and Supervisory Control” (DSC). Este módulo contiene funciones quepermiten 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 problemaLa tecnología del módulo DSC y CITADEL, en la que está definida labase de datos histórica del sistema, requiere de licencias de ejecuciónde software por cada cliente instalado con acceso a datos históricos.Asimismo, se requiere instalar en cada cliente las utilerías RunTime deLabVIEW y RunTime del módulo DSC.Figura 1. Esquema de operación de la tecnologíaWeb de LabVIEW 8.0.La tecnología de LabVIEW 8.0 permite el acceso web a sus aplicacionesen ejecución de forma transparente (instalando un PlugIn enel Internet Explorer de forma remota y sin interacción del usuario),pero este acceso es restringido, ya que permite un máximo de 4usuarios concurrentes con permiso de “sólo lectura” (sólo uno de loscuatro usuarios puede accionar los controles en pantalla). En la Fig. 1se muestra un esquema del funcionamiento de la tecnología web deLabVIEW.ObjetivoDiseñar una aplicación web que permita la conexión a la base de datos histórica delsistema de información, con el fin de que varios usuarios simultáneos puedan consultardatos y generar reportes desde equipos remotos, sin necesidad de instalar ningúncomponente de software.Descripción y análisis de la base de datos históricaLa base de datos CITADEL es usada de forma nativa por el módulo DSC de LabVIEW, quese encarga de controlar el manejo de los datos adquiridos y almacenados por las aplicacionesdesarrolladas en esta plataforma.Aunque es posible utilizar como medio de almacenamiento cualquier base de datoscomercial, CITADEL está funcionalmente diseñada y optimizada en desempeño, parala operación con datos en tiempo real, además que el módulo DSC provee una granvariedad de funciones para su operación y control (NIC, 2006).Adicionalmente, el módulo DSC incluye un controlador para acceso estándar a datostipo “Open DataBase Connectivity” (ODBC) que contiene comandos y funciones especialespara recuperar, manipular y analizar datos históricos automáticamente.Este controlador ODBC permite a las aplicaciones de terceros, comunicarse con la basede datos histórica del servidor, recuperar datos y hacerlos llegar en un formato estándarhasta la aplicación que ejecuta la consulta. Para que esto se lleve acabo, es indispensablela instalación del módulo DSC de LabVIEW o al menos su utilería RunTime en cadacliente que realice consultas (local o remotamente), ya que es la única manera de que seinstale el manejador ODBC para los clientes o aplicaciones que lo requieran.

Aplicaciones tecnológicas54Arquitectura propuestaUn Componente COM+ es un elemento fundamental de la tecnología ActiveX deMicrosoft, que permite que diferentes lenguajes sean compatibles en entorno de redy proporciona un conjunto de atributos que especifican los servicios requeridos para laejecución de un objeto (Wayne, 2006).Existe una técnica propuesta por la empresa National Instruments que permite realizarla conexión a la base de datos CITADEL 5, sin tener que instalar el módulo DSC en cadaequipo que requiera realizar consultas. Esta técnica consiste en una DLL tipo COM+de “Aplicación Servidor” con el servicio MTS habilitado, desarrollada y compilada enMicrosoft 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 mismoservidor (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 losclientes o aplicaciones remotas que los requieran.Con esta arquitectura se tiene el inconveniente de que es necesario instalar en losclientes remotos, la versión “Application Proxy” (componente del lado cliente) del mismocomponente COM+, por lo que ya no se cumple con el requerimiento establecido deque no debe ser necesario instalar ningún componente de software en los clientesEsta técnica permite que aplicaciones en clientes remotos puedan hacer uso del componenteCOM+ instalado en el servidor, de modo que una aplicación en Windows puedaencontrar las mismas clases definidas local o remotamente para crear una instancia ensu propio espacio de memoria.La arquitectura que se propone para la aplicación web, consiste en desarrollar una aplicaciónen ASP.NET que se instale en el mismo servidor que tiene el módulo DSC (paratener acceso al manejador ODBC) y que sirva de enlace entre los clientes remotos y elcomponente COM+ del servidor instalado.De esta forma, cualquier usuario en la red con una computadora con Microsoft InternetExplorer (IE) podrá tener acceso a la información histórica almacenada por el Sistema deinformación, 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. Cuandoun método del componente COM+ es invocado por un cliente remotodesde una aplicación web, primero envía como parámetros el “DataSource Name” (DSN), que especifica el nombre de la base de datosy después cadena SQL a consultar, asimismo, retorna un objetoRecordset tipo ADO con los resultados de la consulta vía el estándarODBC. De esta manera, la DLL del componente COM+ del servidor esla encargada de llevar a cabo la petición a la base de datos y retornarlos resultados. Una vez terminada la consulta, cierra las conexionescon la base de datos para optimizar el funcionamiento de la red.Con esta arquitectura es completamente factible llevar a caboconsultas adicionales a diversas bases de datos, incluso de tecnologíasdiferentes.Para el caso del Sistema de Información, se requiere acceso adicionala una base de datos en Microsoft Access que contiene la configuracióndinámica de variables adquiridas, procesadas y almacenadas, asícomo de configuración de usuarios para verificar en línea los privilegiosde acceso asignados.

55 Boletín IIE, abril-junio del 2007TecnologíaLa DLL originalmente proporcionada por National Instruments está desarrollada ycompilada en Visual Basic 6.0. Para que se permita la interacción adecuada con la tecnologíaseleccionada para la aplicación web (ASP.NET) es necesario adecuarla y actualizarlaal lenguaje Visual Basic.NET.Básicamente, el procedimiento de actualización consiste en abrir el proyecto originalen el editor de Visual Studio.NET, automáticamente se detecta la plataforma en quefue desarrollado, se copian las clases y funciones que lo componen y se crea un nuevoproyecto actualizando las funciones de la nueva tecnología .NET. Adicionalmente sedetecta si el proyecto es un ActiveX y se ofrece la opción de crearlo y registrarlo en labiblioteca de controles COM, como un archivo DLL.Figura 3. Estructura del archivo de ensamble de uncomponente COM+.Este procedimiento crea un ensamblado .NET que encapsula la funcionalidaddel componente, creando el espacio de nombre adecuadoque contiene todo lo necesario para generar componentes tipoCOM+.En el archivo AssemblyInfo.cs que se crea, se encuentran los atributosindispensables para que la aplicación pueda funcionar. El primeroespecifica el tipo de aplicación o tipo de biblioteca. El segundo es lamanera como se accede al control de la aplicación. El tercero es elGUID (Global Unique IDentifier), es un conjunto de números que constituyenun identificador único global, es decir, que tiene la particularidadde que es imposible (al menos en teoría) generar otro idéntico,aunque usemos el mismo algoritmo de la aplicación. El cuartoes el nombre de la aplicación con el que se identifica el componenteCOM+. Y el último atributo describe al componente (Wayne, 2006).Plataforma de desarrolloA 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 deaplicaciones.Esta plataforma proporciona todas las herramientas necesarias para el desarrollo de aplicacionesweb en forma distribuida entre las que se encuentran Microsoft.NET Frameworky Visual Studio.NET.Una de las principales características de .NET Framework es que su entorno de ejecuciónse basa en “Common Language RunTime” (CLR), el cual permite desarrollar aplicacionesen ASP.NET y así ejecutar aplicaciones en el servidor, con clientes distribuidos en interneto intranet. Asimismo, evita conflictos de versiones y proporciona seguridad de ejecuciónen la red.ASP.NET es un componente de .NET Framework, es un lenguaje de programación basadoen CLR que se utiliza en un servidor para generar aplicaciones web y puede contenerprogramas escritos en cualquier lenguaje soportado por .NET Framework, como VisualBasic.NET, C#, JScript.NET, entre otros. ASP.NET es un lenguaje completamente orientadoa objetos. Así pues, como ASP.NET es independiente del lenguaje, puede elegirseel lenguaje de programación que mejor se adapte a la aplicación o bien, dividir la aplicaciónen varios lenguajes.Una de las principales características que ofrece ASP.NET es que compila desde el códigonativo en el servidor, por lo que no es necesario que el cliente o navegador soporte estatecnología, lo que proporciona independencia a los clientes o usuarios remotos.

Aplicaciones tecnológicas56Figura 4. Diseño de la aplicación Web.Aplicación webPara iniciar los servicios de ASP.NET, se requiere de un servidor webcomo el “Internet Information Server” (IIS) que permite configurar eldirectorio virtual, motor de arranque de la aplicación web tanto localcomo remotamente, así como ejecutar los servicios de la DLL COM+ yactivar el .NET Framework que normalmente se encuentra instaladocomo parte del sistema operativo.Para utilizar un componente COM en la plataforma.NET, sólo esnecesario agregar una referencia al componente y entonces.NETFramework será el responsable de la interacción entre el código y loscomponentes.Para llevar a cabo la conexión a la base de datos, en el servidor se creaun DNS por medio del cual se indican los parámetros, la ruta de accesoy las características. En el caso del Sistema de Información descrito,el servicio para la base de datos CITADEL es “National InstrumentsCitadel 5 database”. Para la consulta de los datos se utiliza el motorde Microsoft SQL Server mediante los estándares de acceso a datosODBC y OLEDB.Figura 5. Configuración y Administración de Componentes COM+(Servicios de Componentes).Posteriormente se diseña y crea la interfaz gráfica de la aplicaciónweb. La Fig. 4 muestra el ejemplo para el Sistema de Información.La Fig. 5 muestra las aplicaciones COM+ que se encuentran en laconfiguración y administración local de Servicios de ComponentesCOM+ del servidor, donde se puede ubicar a la DLL funcionando cadavez que es invocada local o remotamente desde un equipo cliente, através de los objetos de la interfaz de la aplicación.ValidaciónLabVIEW optima el espacio en disco del registro histórico, por lo quees necesario interpretar los resultados de una consulta en un períododeterminado.Las pruebas para verificar los datos consultados en la aplicación webconsideran las siguientes reglas:• Búsqueda de valores nulos al inicio. El sistema debe mostrar unvalor “NaN” que significa que no hay datos registrados en eselapso.• Búsqueda de valores nulos en registros intermedios. El sistemadebe mostrar un valor “NaN”.• Búsqueda de valores al final. Si no se encuentran registros al finalde la consulta, se aplica una extrapolación del último valor registradoen la base de datos y se repite hasta completar el total de laconsulta.Resultados obtenidosPara 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 CentralTermoeléctrica.• Seleccionar el intervalo de tiempo de consulta.

57 Boletín IIE, abril-junio del 2007• Realizar consultas a la base de datos histórica del sistema de información. Estasconsultas pueden ser por ejemplo, los datos adquiridos hasta un minuto antes de lahora 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.ConclusionesEl desarrollo de la aplicación web se llevó a cabo de manera eficiente, con el uso de loscomponentes COM+ y la tecnología Visual Studio.NET, debido a que los componentesCOM+ facilitan el manejo o transacciones de datos en la red, proporcionando seguridadal establecer restricciones de acceso a la información que es transmitida y evitan elconsumo de recursos mientras están en operación por medio del mecanismo JIT (activaciónjusto 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 múltiplesusuarios de forma concurrente, realizando consultas a la base de datos histórica delsistema, sin tener que instalar ningún componente de software en los equipos de losusuarios y sin generar ningún conflicto entre ellos.Debido a que todos los procesos son ejecutados en el Servidor, los usuarios sólo invocanlas funciones por medio de los objetos de la interfaz gráfica de la aplicación web, que deigual manera se encarga de visualizar los resultados.ReferenciasA. Burns y A. Wellings. Real-time Systems and their Programming Languages. Addison Wesley. 1996.Wayne S. Freeze Visual Basic Developer’s Guide to COM and COM+. 2006.Alfredo Espinosa Reza, Agustín Quintero Reyes Sistema de adquisición, procesamiento y presentaciónde datos. Gerencia de Supervisión de Procesos, IIE, Julio, 2005.National Instruments Corporation, Citadel 5 Remote Database Access Using COM+ and ADO. (Obtenidoel 15 junio de 2006).http://zone.ni.com/devzone/conceptd.nsf/webmain/725A6C3843F13C8786256EA600633724National Instruments Corporation LabVIEW Dataloggin and Supervisory Control Module DeveloperManual. (Obtenido el 16 de junio de 2006).http://digital.ni.com/manuals.nsf/websearch/E78D9071D31BBF7086256D2C0068FBE3Visual Studio .NET Introducción a la plataforma Microsoft Visual Studio .NET. (Obtenido el 22 de juniode 2006).http://www.willydev.net/descargas/Cursos/vbnet/index.htmlAlfredo Espinosa RezaIngeniero Mecánico-Electricista por la Universidad Nacional Autónoma deMéxico en 1994. Desde 1995 se desempeña como investigador de la Gerenciade Supervisión de Procesos (GSP), desarrollando e integrando sistemas deinformación en tiempo real para centrales generadoras de energía eléctrica,centros de control de distribución e industrias afines. Es asesor e instructor decursos para desarrollo de sistemas basados en tecnología de componentesen plataformas visuales y ha sido catedrático en la Universidad Autónoma delEstado de Morelos y la Universidad del Sol.

Aplicaciones tecnológicas58Ha colaborado en proyectos de sistemas de información en tiempo real, adquisiciónde datos, tecnologías de información e integración de sistemas multiplataformapara 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 subestacionesy centros de distribución de LyFC, así como de la interfaz de datos multiplataformapara sistemas de información en tiempo real, instalada en la CentralNucleoeléctrica de Laguna Verde.Actualmente es el jefe del proyecto para el desarrollo de un Simulador delSistema Eléctrico de Distribución, para centros regionales de control de distribuciónde la CFE.aer@iie.org.mxBrisa Marisol Silva FloresLicenciada en Informática por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos(UAEM) en 2006, obteniendo mención honorífica. En el año 2006 desarrollóuna estancia de Adiestramiento en Investigación Tecnológica en el Institutode Investigaciones Eléctricas, en la Gerencia de Supervisión de Procesos conel tema “Diseño gráfico y desarrollo del módulo web de un sistema en tiemporeal, para diagnóstico de equipos”.De agosto de 2006 a mayo de 2007, colaboró en la Gerencia de Supervisiónde Procesos con la especificación funcional, diseño y pruebas prototipo deuna interfaz de datos para extracción y acondicionamiento de la informaciónadquirida y generada por los dos sistemas SCADA, del centro de control dedistribución de la Zona Tampico de la División de Distribución Golfo Centrode la Comisión Federal de Electricidad. La interfaz de datos está basada en elprotocolo DNP 3.0 tipo serial y tipo TCP/IP.Agustín Quintero ReyesIngeniero Electrónico en Instrumentación, egresado del Instituto Tecnológicode Ciudad Guzmán en 1987. Obtuvo el grado de Maestro en Ciencias de laElectrónica, con la especialidad en Control en el Cenidet, en 1990, año en elque también ingresó a la Gerencia de Supervisión de Procesos del IIE, dondeha trabajado principalmente en el área de Desarrollo e Integración de Sistemaspara Centrales Generadoras de Energía Eléctrica. Ha dirigido proyectos deespecificación, diseño, desarrollo y/o evaluación de sistemas para la automatizaciónde procesos industriales. Llevó a cabo el desarrollo e implantaciónde un sistema inteligente de ayuda para la operación de unidades termoeléctricas,en el cual incursionó en el área de inteligencia artificial para el desarrollode sistemas basados en conocimiento.aqr@iie.org.mx