eMadrid 2015 20 02 (UNED) Llanos Tobarra - "Laboratorios Remotos para cursos de Energías Renovables en Jordania"

1. Laboratorios Remotos para
cursos de Energías
Renovables en Jordania
Ll.Tobarra, S. Ros, R.Hernandez, R. Pastor, M. Castro, A. Robles-
Gomez & A.C. Caminero

2. Contenidos
1. Introducción al proyecto MUREE
2. Diseño y construcción de laboratorios remotos
3. Integración en un VLE

3. Proyecto MUREE
Web del proyecto:
http://mapec.ju.edu.jo/Muree/Home.aspx

4. Proyecto MUREE
 “Modernizing Undergraduate Renewable Energy Education: EU Experience
for Jordan”, MUREE, es un Proyecto TEMPUS número 530332-TEMPUS-1-
2012-1-JO-TEMPUS-JPCR, aprobado por la Comisión Europea mediante el
acuerdo 2012-3324/001-001.
 Objetivo:
 El principal objetivo de MUREE es el desarrollo, la integración, la acreditación y
la evaluación de un programa universitario de Energias Renovables en Jordania
siguiendo el proceso Bolonia, utilizando los laboratorios apropiados e impartido
a la vez en diversas universidades jordanas.
 URL: http://mapec.ju.edu.jo/Muree/Home.aspx
4

5. Análisis de mercado
 Un total de 23 compañias de varias regiones de Jordania con un conjunto de empleados
superior a 1500 empleados, han participado en un estudio de necesidades.
 Se han detectado las siguientes necesidades:
I. The concentration of business activities of companies working in RE in Jordan is within
sales/installations, with majority of employees working in sales and marketing of RE
systems.
II. Companies declare difficulties in finding qualified persons with skills related to
technical aspects and to general knowledge of RE.
III. About 80% of the companies that have participated into the previously referred
market analysis indicated the need to hire technicians in RE.
IV. Companies pointed out that although there is a clear need for qualified engineers,
engineers with multidisciplinary skills (knowledge of finance, marketing, or
economics) are also needed.

6. Cursos
 En base a los resultados del análisis de necesidades realizado, se han diseñado
los siguientes cursos:
 Energy Conversion.
 Solar-Thermal Energy.
 Wind Energy
 Drives and Machines
 Photovoltaic Systems.
 Renewable Energy Systems.
 Inicio en el primer cuatrimestre del curso 2014/2015.
 Combinar laboratorios presenciales con laboratorios remotos.

7. Laboratorios remotos
Ubicación
Local Remota
Equipos
Real Hands-on Remotos
Virtual
Simuladores
locales
Virtuales
Laboratorios
remotos
Coste del
equipo
Unicos Múltiples
Tipo de
Experimento
Batch Sensores Interactivos

8. Motivaciones
 Coste de los equipos
 Asegurar la manipulación correcta de equipos delicados.
 Proporcionar realismo .
 Diferente tipo de recurso educativo.
 Disponibilidad.

9. Diseño y Construcción
de Laboratorios
Remotos

10. Componentes de un laboratorio remoto

11. Laboratorios como Servicios (LaaS)
 Aproximación para construir laboratorios remotos.
 LaaS se basan en deconstruir los laboratorios remotos en pequeños componentes o
servicios, que se pueden combinar para dar lugar a experimentos adaptados.
 Tipos de servicios: servicios SOAP, RESTful, websockets.
 Ventajas:
 Combinación de diferentes elementos de varios laboratorios para dar lugar a un solo
experimento.
 Mayor capacidad de adaptación de los experimentos a las necesidades de los
estudiantes.
 Reutilización de servicios existentes.
 Acceso uniforme a los laboratorios.

12. Servicios básicos detectados
 Gestión del experimento: inicio y fin del experimento correlacionados con un
identificador de sesión.
 Lectura de los datos registrados en los sensores desplegados en el laboratorio.
 Trasladar los parámetros correspondientes a los actuadores del laboratorio para
modificar el estado del equipo.
 Indicar el estado del laboratorio:
 Si existe o no un error.
 Si hay un usuario en el laboratorio o no.

13. Otros servicios
 Otros servicios necesarios:
 Federación de laboratorios.
 Autorización y seguridad.
 Control de acceso gestionado mediante calendarios o colas.
 Registro de las acciones de los estudiantes durante los experimentos:
 Uso del equipamiento.
 Seguimiento por parte del equipo docente del desarrollo de los experimentos.
 Investigación activa.
 Delegarla a terceros: más adelante.

14. Diseño de un experimento asociado a un laboratorio remoto
Descripción del
experimento
•Objetivos educativos
•Descripción de la
actividad
•Resultados esperados
Diseño del
laboratorio físico
•Búsqueda de los
componentes físicos
•Mecanismos de
acquisición
•Mecanismos de
interacción
Crear laboratorio
remoto: servidor y
cliente
•Programar los servicios
necesarios
•Programar una interfaz
de acceso adecuada a
los niveles de nuestros
estudiantes
Experimentación
•Integrar el experimento
dentro del proceso de
aprendizaje
•Correcciones

15. Descripción de los experimentos: prototipos
 Primero se han creado dos prototipos básicos para guiar el proceso.
 Nivel: educación secundaria.
 Los estudiantes deben experimentar sobre la producción de energías renovables:
 Eólica: variando la potencia del viento y comprobando como influye en el giro de las
aspas del molino de viento, incrementando o decrementando la corriente generada.
 Solar: variando la luminosidad del sol así como el ángulo de incidencia en una placa solar,
viendo como afecta a la producción lumínica.

16. Descripción de los experimentos: laboratorios reales
 Después, se van a desplegar cuatro laboratorios remotos:
 Laboratorio de estudio de energía solar y eólica. Los experimentos son:
 Introduction to the trainer, the load box, and parameters configuration
 Measuring IV Characteristics Curve of the Solar Cell Module
 Measuring Photocurrent by Incidence Angle and distance
 Theory of Wind Generation Characteristics
 Wind and Solar Combined Power Generation
 Laboratorio de energías híbridas. Los experimentos son:
 Wind Mills Characteristics
 Solar Panels Characteristics
 Using Fuel Cells for Electrical Generation
 Configuring Combined Alternative Energy Systems
 Laboratorio de producción de energía por electrolisis. Experimentos:
 Solar Cell Characteristics
 Solar Cell as Diode
 Electrolysis Characteristics
 Fuel Cell Characteristics
 Laboratorio Control de Seguimiento del sol para placas solares. Experimento:
 Real-time control of the location of solar panels based on irradiation and sun location
 2-axis control of solar panels

17. Distribución de tecnologías (2008)
http://www.online-journals.org/index.php/i-joe/article/view/480/391

18. Protipos de laboratorios
 Uso de robot Lego Mindstorm NXT 2,0 junto con el Kit de Energías
Renovables.
 Programación con Labview 2013 y tecnologías web adaptativas (AJAX,
HTML5,…)

19. Diseño físico de los laboratorios prototipos
 A LabVIEW project is in charge of acquiring and sending data towards clients.
 Clients can be web oriented applications or desktop applications.
LabVIEW:
RESTful WS
AJAX/HTML5
Web client
Lego NXT
2,0
19

20. Aeolian Robot
 http://62.204.199.219:8080/web2/index.html
20
En mantenimiento

21. Solar Version
 http://62.204.199.229:8080/solarlab/index.html
21

22. Servidor del Laboratorio: Paneles remotos
 Primera aproximación: creación de paneles remotos de LabVIEW.
 Problemas encontrados:
 No podemos registrar la actividad del usuario.
 Dependiente de un plugin para instalado que sólo es compatible con Microsoft
Explorer.
 No se puede ejecutar en dispotivos móviles (smartphones, tabletas digitales,…)
 SOLUCIÓN: uso de los servicios web RESTful

23. Servidor del laboratori: Creación de servicios restful con
LabVIEW
 Creación de un proyecto de
LabVIEW.
 Creación de variables globales
para el intercambio de
información y un programa
principal.
 Creación de los servicios RESTFUL
y exponerlos.

24. Programa principal
 Se encarga de las lecturas, realizar los cambios
necesaros y monitorizar el estado del equipo

25. Servicios diseñados para los prototipos
Service URL Method Access Format Description
http://62.204.199.229:8080/SolarWS/status GET HTTP JSON Reports about lab status and if there is an experiment running
›http://62.204.199.229:8080/SolarWS/ Start?InitCode=scode GET HTTP JSON Starts a new experiment session correlated with the id scode.
http://62.204.199.229:8080/SolarWS/End?EndCode=scode GET HTTP JSON Ends a new experiment session with the id scode
http://62.204.199.229:8080/SolarWS/actuator?Angle=v GET HTTP JSON Changes the inclination angle of the solar panel v degrees (from
-30 to 30)
›http://62.204.199.229:8080/SolarWS/sensor GET HTTP JSON Reads the Energy Meter values for the produced energy
Service URL Method Access Format Description
http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/status GET HTTP JSON Reports about lab status and if there is an experiment running
›http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/Start?InitCod
e=scode
GET HTTP JSON Starts a new experiment session correlated with the id scode.
http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/End?EndCod
e=scode
GET HTTP JSON Ends a new experiment session with the id scode
http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/WebIn?Moto
r=v
GET HTTP JSON Changes the power value that emulates wind (from 0 to 100)
›http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/WebOut GET HTTP JSON Reads the Energy Meter values for the produced energy

26. Video Streaming
 Web Cam normal
 http://www.yawcam.com/
26

27. Seguridad en los servicios web
 Uso de los mecanismos de seguridad ofrecidos por Labview.
 Servicios públicos:
 Estado del laboratorio.
 Lectura de los sensores.
 Servicios protegidos:
 Inicio y fin de la sesión.
 Comandos sobre los actuadores del laboratorio.
GET /SolarWS/Start?code=1234 HTTP/1.1 ‘n’
x-ni-date: 2014-12-01 22:41:02Z ‘n’
x-ni-authentication: NIWS
PqVr/ifkAQh+lVrdPIykXlFvg12GhhQFR8H9cUhphgg=:EB/UfbO60N
ZrVPkhJ1JrNg8egkK5iwJg9HT6p3zZmbU= ‘n’
‘n’

28. Clientes del laboratorio
 Tipos de clientes:
 Aplicaciones Web
 Aplicaciones de escritorio.
 Funciones esperadas de un cliente:
 Iniciar el experimento.
 Recibir los datos y mostrarlos como una gráfica.
 Mandar el valor correspondiente para los diferentes actuadores del
laboratorio.
 Finalizar el experimento.
 Devolver los datos al usuario en un fichero csv.
 Uso de ayudas contextuales para guiar al alumno.

29. Cliente
Variable a
mostrar
en el
grafico
Gráfico de
acumulación de
valores
Control del ángulo
de inclinación
Ventana con la
descripción del ejercicio
Guardar datos en un
fichero
Iniciar experimento
Visión del
laboratorio
Tiempo del
experimento

30. Ejemplo: Lego Solar
Más información de nuestro
prototipos:
http://mercurio.scc.uned.es

31. Laboratorios reales en Princess Sumaya University of
Technology (Amman – Jordania)

32. Integración en una
plataforma educativa

33. Cuestiones sobre el diseño de un laboratorio remoto
 Una vez hemos diseñado un laboratorio y sus servicios básicos hemos de
preocuparnos de su integración dentro del proceso educativo.
 Y además necesitamos otros servicios o características a tener en cuenta:
 Disponibilidad,
 Rendimiento,
 Accesibilidad,
 Seguridad,
 ….
 Otros servicios educativos: foros, cuestionarios, videos, ….

34. Inclusión en el proceso educativo: VLE
 Los entornos de aprendizaje educativos nos permiten combinar diferentes servicios y
herramientas de aprendizaje para dar forma al proceso de aprendizaje.
 Son el contexto ideal para incluir los laboratorios remotos como un recurso más.
 En la bibliografía encontramos diversas aproximaciones para integrar los laboratorios remotos
dentro de diversos VLE:
 Remote Management Learning Systems (RMLS) que ofrecen servicios adicionales para los
laboratorios remotos y además, en algunos casos, facilitan su integración en las plataformas de
aprendizaje online.
 Soluciones ad-hoc donde se agregan al propio laboratorio las herramientas adicionales educativas
necesarias.
 Integración directa en los VLE mediante la creación de plugins/adaptadores o explotando los
estándares soportados por los VLE.

35. RMLS
 Ventajas:
 Reutilización de servicios
existentes.
 Posibilidad de federar y crear
redes de laboratorios remotos.
 Desventajas:
 Adaptar el laboratorio para
poder integrarlo en la
plataforma.
 Mecanismos de inclusión de
RMLS directamente en las
plataformas on-line como
Moodle, Sakai,…
(1). Más información sobre esta comparativa: M. Tawfik, E. Sancristobal, S. Martin, G. Diaz, J. Peire, and M.
Castro, “Expanding the boundaries of the classroom: Implementation of remote
laboratories for industrial electronics disciplines,” Industrial Electronics
Magazine, IEEE, vol. 7, no. 1, pp. 41–49, March 2013.

36. Plugins para integrar laboratorios remotos en Moodle
 Creación de plugins adaptados:
 E. Sancristobal Ruiz, A. Pesquera Martin, P. Orduna, S. Martin, R. Gil, E. Ruiz Larrocha, M.
Albert, G. Diaz, R. Meier, and M. Castro, “Virtual and remote industrial laboratory:
Integration in learning management systems,” Industrial Electronics Magazine, IEEE, vol.
8, no. 4, pp. 45– 58, Dec 2014.
 Plugin de Moodle y aLF para actividades con laboratorios remotos.
 Integración con WebLab Deusto.
 EJSApp. https://moodle.org/plugins/browse.php?list=set&id=27
 Basado en el lenguaje EJS y Java.
 Ofrece varios plugins:
 Actividad relacionada con laboratorios remotos y virtuales.
 Gestión de sesiones de experimentos.
 Gestión de ficheros asociados a sesiones.
 ….

37. Plugins para integrar laboratorios remotos en Moodle
 Explotación de estándares existentes:
 Proyecto OCELOT. http://ocelot.telecom-st-etienne.fr/index.htm
 Orientado hacia experimentos colaborativos.
 Programado en Java, ofrece un middleware junto con la integración en VLE.
 Uso del estándar IMS content packages.
 Proyecto LILA. http://www.lila-project.org/.
 Integración de los laboratorios dentro de paquetes de contenidos SCORM.

38. Iniciativas hacia la estandarización
 Es evidente que existen una necesidad clara de estandarizar el acceso a los
laboratorios remotos para facilitar su compartición.
 Iniciativas:
 Lab2go. http://www.lab2go.net/
 GOLC Global Online Laboratory Consortium. http://online-lab.org/
 Go-Lab Project. http://www.go-lab-project.eu/

39. Conclusiones
 Importancia de los laboratorios remotos en la educación a distancia.
 Necesidad de reutilizar y compartir recursos en la actualidad entre diferentes
instituciones que mejoren la educación.
 Necesidad de crear estándares y adoptarlos por parte de la comunidad
educativa e investigadora en relación a los laboratorios remotos.

40. Bibliografía adicional
 Book: Advances on remote laboratories and e-learning experiences. Ed. Deusto.
Editores: Luiz Gomes y Javier García Zubía. 2007
 State of the art about remote laboratories paradigms - foundations of ongoing
mutations. C. Gravier, J. Fayolle, B. Bayard , M. Ates and J. Lardon. 2008.
 Current Trends in Remote Laboratories. Luís Gomes, and Seta Bogosyan. 2009.
 Evolving Remote Laboratory Architectures to Leverage Emerging Internet
Technologies. David Lowe, Steve Murray, Euan Lindsay, and Dikai Liu. 2009.
 Book: Using Remote Labs in Education. Two Little Ducks in Remote
Experimentation. Editorial Deusto. Editores: Javier García Zubía and Gustavo R.
Alves. 2011