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

Contenidos

1. Introducción al proyecto MUREE

2. Diseño y construcción de laboratorios remotos

3. Integración en un VLE

Proyecto MUREE

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

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 Jordaniasiguiendo el proceso Bolonia, utilizando los laboratorios apropiados e impartidoa la vez en diversas universidades jordanas.

URL: http://mapec.ju.edu.jo/Muree/Home.aspx

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Análisis de mercado

Un total de 23 compañias de varias regiones de Jordania con un conjunto de empleadossuperior 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.

Cursos

En base a los resultados del análisis de necesidades realizado, se han diseñadolos 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.

Laboratorios remotos

Ubicación

Local Remota

Equipos

Real Hands-on Remotos

VirtualSimuladores

localesVirtuales

Laboratorios remotos

Coste del equipo

Unicos Múltiples

Tipo de Experimento

Batch Sensores Interactivos

Motivaciones

Coste de los equipos

Asegurar la manipulación correcta de equipos delicados.

Proporcionar realismo .

Diferente tipo de recurso educativo.

Disponibilidad.

Diseño y Construcción de Laboratorios Remotos

Componentes de un laboratorio remoto

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.

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.

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.

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

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.

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

Distribución de tecnologías (2008)

http://www.online-journals.org/index.php/i-joe/article/view/480/391

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,…)

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

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Aeolian Robot

http://62.204.199.219:8080/web2/index.html

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En mantenimiento

Solar Version

http://62.204.199.229:8080/solarlab/index.html

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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

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.

Programa principal

Se encarga de las lecturas, realizar los cambiosnecesaros y monitorizar el estado del equipo

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?InitCode=scode

GET HTTP JSON Starts a new experiment session correlated with the id scode.

http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/End?EndCode=scode

GET HTTP JSON Ends a new experiment session with the id scode

http://62.204.199.219:8080/WindTurbineWS3/WebIn?Motor=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

Video Streaming

Web Cam normal

http://www.yawcam.com/

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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/UfbO60NZrVPkhJ1JrNg8egkK5iwJg9HT6p3zZmbU= ‘\n’‘\n’

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.

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

Ejemplo: Lego Solar

Más información de nuestro prototipos:http://mercurio.scc.uned.es

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

Integración en una plataforma educativa

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, ….

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.

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 remotelaboratories for industrial electronics disciplines,” Industrial ElectronicsMagazine, IEEE, vol. 7, no. 1, pp. 41–49, March 2013.

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.

….

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.

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/

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.

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