METODOLOGÍA DE DESARROLLO DE APLICACIONES BASADAS EN COMPONENTES PARA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. UNIVERSIDAD DE CANTABRIA.

1. Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Automatización y Control de Procesos Industriales
METODOLOGÍA DE DESARROLLO DE APLICACIONES BASADAS EN
COMPONENTES PARA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. UNIVERSIDAD DE
CANTABRIA.
Seminario: Estrategias de Automatización Industrial
Equipo SCADA
Vanessa A. Villalobos B. C.I.: 18.173.743
José D. Figuera M. C.I.: 16.516.398
Tutor: Judith Devia
Maturín, Marzo 2014

2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
MARCO TEORICO.................................................................................................. 2
1. CONCEPTOS BÁSICOS............................................................................... 2
1.1. Desarrollo Basado en Componentes .................................................. 2
1.2. Sistemas de Tiempo real...................................................................... 2
2. METODOLOGÍA PARA DESARROLLO DE APLICACIONES BASADAS
EN COMPONENTES PARA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL........................ 3
3. COMPONENTES PARA AUTOMATIZACIÓN.............................................. 5
2.1. DOMINIO: Adquisición de señales analógicas y digitales (Adq). ..... 5
2.2. DOMINIO: Adquisición y digitalización de imágenes de vídeo (IG).. 5
2.3. DOMINIO: Procesado digital de imágenes (Img)................................ 5
2.4. DOMINIO: Graphic Panel (GP) ............................................................. 5
2.5. DOMINIO: Ada Speaker Sound (ASS).................................................. 5
DISCUSIÓN ............................................................................................................ 6
CONCLUSIONES.................................................................................................... 8
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................ 9

3. 1
INTRODUCCIÓN
La ingeniería software trata de aplicar la tecnología de componentes a fin de
reducir los costos y plazos de desarrollo y abordar la creciente complejidad de las
aplicaciones informáticas.
Mientras que en muchos dominios de aplicación, como en multimedia,
ofimática, o interfaces gráficas, etc., la tecnología de componentes está
plenamente consolidada, en otros, como es el caso de los sistemas de tiempo real
su aplicación presenta problemas que no están aún resueltos y en consecuencia
su uso no es habitual.
Sin embargo, la tecnología de componentes en sistemas de tiempo real está
siendo requerida por la industria de automatización, de potencia y equipamientos
eléctricos, aviación, automoción, etc.
A continuación indagaremos más sobre cómo un grupo de profesores de la
Universidad de Cantabria en España está desarrollando una metodología que
fusione ambas tecnologías, y su aplicación al desarrollo de una gama de
componentes destinados al dominio de la automatización industrial.

4. 2
MARCO TEORICO
1. CONCEPTOS BÁSICOS
1.1. Desarrollo Basado en Componentes
La ingeniería de software basada en componentes (CBSE) (también conocida
como desarrollo basado en componentes (CBD)) es una rama de la ingeniería de
software que enfatiza la separación de asuntos, por lo que se refiere a la
funcionalidad de amplio rango disponible a través de un sistema de software dado.
Es un acercamiento basado en la reutilización para definir, implementar, y
componer componentes débilmente acoplados en sistemas. Esta práctica persigue
un amplio grado de beneficios tanto en el corto como el largo plazo, para el
software en sí mismo y para las organizaciones que patrocinan tal software.[3]
Un componente de software individual es un paquete de software, un servicio
web, o un módulo que encapsula un conjunto de funciones relacionadas (o de
datos).Todos los procesos del sistema son colocados en componentes separados
de tal manera que todos los datos y funciones dentro de cada componente
están semánticamente relacionados (justo como con el contenimiento de clases).
Debido a este principio, con frecuencia se dice que los componentes son
modulares y cohesivos.
Con respecto a la coordinación a lo largo del sistema, los componentes se
comunican uno con el otro por medio de interfaces. Cuando un componente ofrece
servicios al resto del sistema, éste adopta una interface proporcionada que
especifica los servicios que otros componentes pueden utilizar, y cómo pueden
hacerlo. Esta interface puede ser vista como una firma del componente - el cliente
no necesita saber sobre los funcionamientos internos del componente (su
implementación) para hacer uso de ella. Este principio resulta en componentes
referidos como encapsulados.
Un computador corriendo varios componentes de software con frecuencia es
llamado un servidor de aplicaciones. Usando esta combinación de servidores de
aplicaciones y componentes de software es usualmente llamado computación
distribuida. La usual aplicación del mundo real de esto es por ejemplo el software
de aplicaciones o de negocios. [3]
1.2. Sistemas de Tiempo real
Es un sistema informático que interactúa con su entorno físico, respondiendo a
los estímulos de él, en un plazo de tiempo determinado. No basta con que las
acciones del sistema sean correctas, sino que, además, tienen que ejecutarse
dentro de un intervalo de tiempo determinado. El tiempo en que se ejecutan las
acciones del sistema es significativo. Cabe destacar que suelen estar integrados
en un sistema de ingeniería más general, en el que realizan funciones de control

5. 3
y/o monitorización (Sistema empotrados). [2]
Las características de los STR son:
• Determinismo temporal: Es fundamental que el comportamiento
temporal de los STR sea determinista, lo cual no hay que confundirlo
con la necesidad de que sea eficiente. Además, el sistema debe
responder correctamente en todas las situaciones, se debe prever el
comportamiento en el peor caso posible.
• Fiabilidad y Seguridad: Un fallo en un sistema de control puede hacer
que el sistema controlado se comporte de forma peligrosa o
antieconómica. Es importante asegurar que si el sistema de control falla,
lo haga de forma que el sistema controlado quede en un estado seguro;
hay que tener en cuenta los posibles fallos o excepciones en el diseño.
• Concurrencia: Los componentes del sistema controlado funcionan
simultáneamente. El sistema de control debe atenderlo y generar las
acciones de control simultáneamente. [2]
Algunas de las aplicaciones de los sistemas de tiempo real son:
• Dominio Industrial: Controlador de la planta, Robot para tratamiento de
material peligroso.
• Uso militar: Sistema de reconocimiento de blancos automático, Sistema
de guiado de misiles y navegación.
• Sistemas altamente críticos: Plantas nucleares, Sistemas de aviónica.
[4]
2. METODOLOGÍA PARA DESARROLLO DE APLICACIONES BASADAS EN
COMPONENTES PARA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL.
Fue presentada en las XXIV Jornadas de Automática el 11 de septiembre de
2003, en la Universidad de León, España; Jornadas auspiciadas por el Comité
Español de Automática. Está desarrollada por Patricia López Martínez, Pedro
Espeso, Julio Luis Medina y José M. Drake, un grupo de profesores de la
Universidad de Cantabria, en España.
El diseño de componentes de tiempo real es más complejo que el diseño de
componentes que tienen sólo requerimientos funcionales. En primer lugar, los
requisitos de temporización implican especificar las capacidades de colaboración y
sincronización entre componentes a un nivel más bajo del que proporcionan las
interfaces. En segundo lugar, las plataformas habituales de los sistemas de tiempo
real son heterogéneas y proporcionan tan sólo recursos limitados. Y en tercer
lugar, para que un componente pueda ofrecer prestaciones de tiempo real, debe
estar soportado por sistemas operativos, sistemas de comunicación, bases de
datos, etc. Que ofrezcan servicios específicos de gestión de tiempo, de

6. 4
sincronización y de planificación predecibles. Sin embargo, está actualmente
admitido, que la principal dificultad para la implantación de la tecnología de
componentes de tiempo real surge de la falta de estrategias y experiencia de
cómo implementar la tecnología de componentes en los entornos de tiempo real.
[1]
La metodología se enfoca en el modelado, diseño y análisis de componentes
de tiempo real. Se apoya en las características de componibilidad y robustez que
son la base de la tecnología de componentes, y la característica de predictibilidad
de los sistemas de tiempo real.
Para ello, se deben tomar en cuenta la especificaciones de los componentes,
el cual es un descriptor tanto el contrato de uso, el cual que describe los servicios
que ofrece el componente, como el contrato de instalación que especifica el
entorno y los servicios que se requieren para que pueda operar un componente de
tiempo real. Estos deben incorporar un modelo específico que describa las
características temporales de las respuestas que ofrece y las de los recursos que
para ello se necesitan.
Además es importante tomar en cuenta la “interfaz”, la cual es el recurso de
interoperabilidad funcional entre los componentes, y permiten modelar, describir y
gestionar el dominio de la aplicación. La interfaz se formula mediante un modelo
UML. Toda la información relativa al componente se encapsula en un estereotipo
UML <<component_model>>.
Se requiere disponer de una metodología que incorpore a la especificación del
componente como parte de los contratos de uso y de instalación, la descripción
del comportamiento temporal de los servicios que ofrece con independencia de la
implementación concreta del componente que se esté utilizando. Se ha
desarrollado el entorno MAST de modelado, diseño y análisis de tiempo real. Es la
concepción de cada situación de tiempo real que se presente en la aplicación
como un conjunto de transacciones cuyas ejecuciones concurren en la plataforma.
A fin de formular el modelo de tiempo real de un componente y de construir el
modelo de tiempo real de una aplicación a partir de los modelos de tiempo real de
los componentes con que se construye, se ha definido el perfil CBSE-Mast que se
formula como un metamodelo UML.
Habitualmente los sistemas de tiempo real se implementan como sistemas
cerrados en los que todos los elementos hardware y software están dedicados a
él, Actualmente comienzan a tener relevancia los sistemas de tiempo real
implementados totalmente o parcialmente sobre entornos abiertos, esto es, el
sistema de tiempo real comparte la plataforma con otras aplicaciones no
modeladas desde el punto de vista de tiempo real y que pueden interferir sobre su
comportamiento temporal.
El planteamiento sobre el que se trabaja actualmente, consiste en incorporar a
los componentes que deban operar en un entorno abierto un planificador local que
durante la fase de instanciación negocia con el sistema operativo un contrato de

7. 5
servicio. Si el contrato es aceptado, el planificador local garantizará que los
requerimientos temporales ofertados en el contrato de uso del componente serán
satisfechos.
Para la aplicación de esta metodología, sobre la que actualmente se está
trabajando, hay que desarrollar aún los siguientes aspectos:
• Adaptar el sistema operativo para que tenga capacidad de negociar y
dar soporte a los contratos de servicio. Por ello se ha desarrollado un
núcleo de sistema operativo de tiempo real que satisface el estándar
POSIX.13 (Interfaz portable de sistema operativo) que define el perfil de
sistemas de tiempo real mínimos.
• Definir técnicas de análisis de planificabilidad de tiempo real basadas en
los contratos de servicio.
• Formular una metodología de diseño de componentes de tiempo real
fundamentada en los contratos de servicio. [1]
3. COMPONENTES PARA AUTOMATIZACIÓN
2.1. DOMINIO: Adquisición de señales analógicas y digitales (Adq).
Tiene como objetivo la adquisición y generación de señales analógicas y
digitales a través de tarjetas de IO de propósito general instaladas en
computadores con arquitectura PC.
2.2. DOMINIO: Adquisición y digitalización de imágenes de vídeo (IG).
Conjuntos de recursos para la configuración de la tarjeta de digitalización de
imágenes de vídeo, captura de imágenes, y transferencia de imágenes en vivo a
ventanas del PC.
2.3. DOMINIO: Procesado digital de imágenes (Img).
Corresponde a diferentes recursos para la gestión, procesado digital, análisis,
caracterización estadística etc. de imágenes almacenadas en el ordenador.
2.4. DOMINIO: Graphic Panel (GP)
Define el conjunto de conceptos y recursos informáticos relacionados con el
control y la supervisión de un panel gráfico sensible al tacto.
2.5. DOMINIO: Ada Speaker Sound (ASS)
Ofrece recursos para interpretar sonidos y melodías musicales a través del
altavoz de un PC. Así mismo ofrece recursos para componer melodías a partir de
la información habitual en un pentagrama.

8. 6
DISCUSIÓN
En el mundo físico y real es preciso controlar acciones que se están dando
de forma simultánea. Una forma de enfrentarse a este cometido es preparar un
conjunto de programas que se comuniquen entre sí, de tal manera que cada uno
controle un aspecto de la funcionalidad del sistema, está haciendo cambiar la
forma en la que se desarrollan actualmente las aplicaciones software. Esto ha
provocado, entre otras cosas, que los modelos de programación existentes se
vean desbordados, siendo incapaces de manejar de forma natural la complejidad
de los requisitos que se les exigen para ese tipo de sistemas. Comienzan a
aparecer por tanto nuevos paradigmas de programación, como pueden ser la
coordinación, la programación orientada a componentes, o la movilidad, que
persiguen una mejora en los procesos de construcción de aplicaciones software.
El desarrollo basado en componentes software y aplicaciones de tiempo
real es un área nueva y poco explorada. Uno de los principales problemas que
enfrenta esta área es el de definir las tareas a desarrollar y las técnicas a aplicar
para la producción de software de buena calidad. El constante cambio en los
requerimientos es uno de los aspectos más característicos del desarrollo
actualmente, un software de calidad debe estar preparado para absorber este tipo
de cambios con el menor impacto posible. La definición de una arquitectura de
componentes resulta fundamental en este sentido por permitir observar y manejar
globalmente los cambios. Inclusive, el cambio se experimenta a nivel de las
tecnologías aplicables, tanto para el desarrollo como para los sistemas, por lo que
dicha arquitectura de componentes no debe apoyarse en una implementación
particular sino en una especificación de los mismos. Es necesario definir una
metodología para la representación y análisis del comportamiento de tiempo real
de sistemas para ser diseñados utilizando el paradigma de orientación a objetos.
La metodología que se propone concilia las diferencias entre la visión de sistemas
de tiempo real y la del de sistemas orientados a objetos. A tal fin define un nivel de
abstracción adecuado para los elementos de modelado del comportamiento de
tiempo real, que permite formularlos con una estructura paralela a la arquitectura
lógica del sistema, y vincularlos a esta.
Esta metodología permite analizar, y en su caso certificar, el cumplimiento de
los requisitos de tiempo real en aplicaciones que se construyen ensamblando
componentes software reutilizables, esto es, componentes que han sido
previamente diseñados con independencia de las aplicaciones en que van a ser
utilizados, y que además son manejados en segundo plano. De la misma manera
se define una metodología de modelado que facilita la construcción del modelo de
tiempo real de aplicaciones basadas en componentes, al ofrecer elementos de
modelado de alto nivel de abstracción y orientados a la composición. Con ella, se
puede formular el modelo de comportamiento temporal de un componente con

9. 7
parámetros y reutilizable. En general se puede decir la utilización de esta
metodología aunque todavía está en desarrollo lo que persigue es crear bases
sólidas para desarrollar aplicaciones basadas en componentes para
automatización industrial que permitan de reducir los costos, plazos de desarrollo y
abordar la creciente complejidad de las aplicaciones informáticas.

10. 8
CONCLUSIONES
La tecnología de componentes proporciona unos beneficios pertenecientes
a la ingeniería de software, para disminuir tiempos de desarrollo y crear
aplicaciones seguras dentro del aumento constante de la complejidad. Por otra
parte existen conflictos esta metodología entre la especificación y su
implementación con la característica de predictibilidad que requieren las
aplicaciones de tiempo real, en las que el comportamiento temporal de la
respuesta, que es parte fundamental de su especificación, depende claramente
de su estructura interna y de la plataforma sobre la que opera.
Por otra de debido a su fase de desarrollo y su complejidad, es difícil hoy en
día su adaptación, sin embargo el desarrollo de esta metodología permite tener la
capacidad de satisfacer tareas en un tiempo de respuesta mínimo otra
característica radica en su constante desarrollo puesto que con los avances
tecnológicos se construyen nuevas mecanismos que operan en tiempo real y que
por consiguiente necesitan tener sistemas controlados por un computador que
tenga la capacidad de interactuar con el mundo físico. Dela misma manera el
proceso de trabajo que se ha visualizado y que sigue en desarrollo propone
fusionar una metodología de modelado del comportamiento temporal de los
servicios al contrato de uso del componente. Estos modelos tienen las
necesarias características de asegurar un método de diseño que permita los
componentes de un programa una vez diseñados y construidos, pueden reusarse
para crear otros sistemas y permitir construir un modelo fiable de una aplicación a
partir de los modelos de los componentes que utiliza y de la plataforma sobre la
que se ejecutan.

11. 9
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] López P., Espeso P., Medina J. y Drake J. (2003) Metodología de
Desarrollo de Aplicaciones basadas en Componentes para Automatización
Industrial. [Documento en línea] Disponible en:
http://www.ceautomatica.es/old/actividades/jornadas/XXIV/documentos/tire/1
46.pdf
[2] Villarroel, J. Sistemas de Tiempo Real. [Documento en línea] Disponible
en: http://webdiis.unizar.es/~joseluis/STR.pdf
[3] Ingeniería de Software Basada en Componentes. [Artículo en línea]
Disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_software_basada_en_co
mponentes
[4] Aplicaciones de Sistemas de Tiempo Real. [Presentación en línea]
Disponible en:
http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:vocykw7QzK8J:delt
a.cs.cinvestav.mx/~pmejia/capi2tr.ppt+&cd=7&hl=es-419&ct=clnk&gl=ve