Guía Completa de Interfaces Hombre-Máquina (HMI)

Las máquinas están construidas para aliviar la carga de trabajo en la mano de obra manual, pero al final del día son controladas por usuarios. La plataforma que permite que estas máquinas sean controladas por usuarios se conoce como HMI o Interfaz Hombre-Máquina. Una HMI es simplemente una interfaz, y un término muy amplio que puede usarse para dispositivos como reproductores MP3 y electrodomésticos hasta sistemas de control de procesos en industrias manufactureras. Una HMI proporciona una representación visual de un sistema y da al usuario capacidades de monitoreo y control en tiempo real, aumentando la productividad de manera amigable.

Los productos HMI surgieron a medida que se desarrollaba maquinaria más compleja, y surgía la necesidad de una operación más fácil. Antes de HMI, productos como Interfaz por Lotes (1945-1968), Interfaz de Línea de Comandos (1969-presente), y GUI (1981-presente) estaban en uso. Aunque cada interfaz tenía su propia línea de tiempo, con algunas usándose incluso hoy, HMI surgió directamente de GUI o Interfaz Gráfica de Usuario.

Una GUI hace uso de botones, cuadros de texto, cuadros de mensaje, listas, formularios, etc. para proporcionar al usuario una interfaz interactiva y fácil de usar. Las HMIs se desarrollaron sobre estas para permitir que las máquinas se operaran más eficazmente.

HMI Explicada

Las Interfaces Hombre-Máquina varían ampliamente, desde paneles de control hasta instalaciones nucleares hasta pantallas móviles. Pero en este caso particular, las HMIs para procesos de manufactura estarían en discusión. Para líneas de manufactura, un panel de control HMI ofrece monitoreo y control centralizado para toda la industria. Un Controlador Lógico Programable (PLC) está estrechamente asociado con una HMI ya que sirve como control backend para cada bit de información de entrada/salida desde la HMI.

Las decisiones tomadas de manera visual son mucho más fáciles y comprensibles que las basadas en comandos o entornos manuales. Para proporcionar control total al usuario, la HMI debe estar en constante contacto con el PLC, permitiéndole servir información en tiempo real. La HMI accede a registros específicos dentro del controlador y los presenta al usuario de manera comprensible. De manera similar, cuando el usuario toma una decisión, la HMI simplemente altera los valores de los registros correspondientes en el controlador, elicando una reacción basada en hardware.

Tipos de HMI

Antes de que se introdujeran las HMIs, eran imitadas por un panel de control de hardware que consistía en cientos de LEDs y pulsadores para ofrecer al usuario funcionalidad similar. Hoy, el escenario es muy diferente.

Hay tres tipos básicos de HMIs:

• Reemplazador de pulsadores: Este tipo de HMI ha optimizado los procesos de manufactura y centralizado todas las funciones que anteriormente eran manejadas por pulsadores y controles de hardware similares.

• Manejador de Datos: Para sistemas que requerían retroalimentación constante de la maquinaria, se desarrollaron HMIs Manejador de Datos. El manejador de datos permite al usuario trabajar a través de funciones como tendencias de datos, registro de datos, manejo de alarmas, etc., poniendo una gran cantidad de datos a disposición.

• Supervisor: Una HMI Supervisor se instala cada vez que se incorporan sistemas SCADA o MES. Este tipo de HMI corre en Windows, y tiene varios puertos ethernet para comunicación. Estos sistemas monitorean áreas grandes, ej. sitios completos y complejos.

Propiedades Físicas de las HMIs

Las propiedades físicas reales de una HMI varían de modelo a modelo, dependiendo del tipo de aplicación y el fabricante elegido para el trabajo. Una HMI ubicada en una planta de agua se caracterizaría por varios sellos de agua para protegerla de malfuncionamientos. En retrospectiva, una HMI ubicada en un almacén no requeriría tales características. El tamaño de una HMI depende de la aplicación específica. Si se necesita controlar una función compleja, el sistema puede requerir varios LCDs grandes, mientras que una aplicación mezquina puede requerir solo un pequeño monitor en blanco y negro. Además, las especificaciones técnicas también varían. Para una HMI que debe rastrear y trabajar con toneladas de parámetros, se necesita una alta cantidad de memoria y potencia de procesamiento, pero para una HMI que solo tiene que proporcionar control básico, un grupo de recursos significativamente menor sería suficiente.

Aspectos Ambientales para una HMI

Considerar el entorno operativo es un paso importante que no debe perderse al seleccionar una HMI. Por ejemplo, una HMI instalada en un almacén puede tener que pasar por vibraciones excesivas. De manera similar, una HMI instalada en una industria de procesamiento de alimentos puede tener que lidiar con agua, químicos y otros agentes. Para una planta de acero, la temperatura siempre debe considerarse como un factor de selección.

Software de Programación

Hay tres categorías principales de software de programación para elegir para HMIs:

• Propietario
• Independiente de hardware
• Software abierto

El software propietario es proporcionado por el fabricante, y puede desplegarse fácilmente sin mucho lío. La desventaja de usar este software es la falta de soporte y flexibilidad para hardware de terceros.

El software independiente de hardware, por otro lado, es interoperable y soporta una gama de protocolos, dando gran libertad al desarrollador. Pero, le falta el nivel de amigabilidad dado por el software propietario.

El software abierto da al desarrollador total libertad en el proceso de diseño, pero solo debe usarse por empresas con alas dedicadas de I+D, ya que requieren una cantidad considerable de recursos.

Ventajas de la HMI

Las HMIs traen consigo una serie de beneficios para el usuario y el factor en su conjunto. Estos incluyen:

• Amigabilidad al usuario: Las HMIs son extremadamente amigables ya que hacen uso de la Interfaz Gráfica de Usuario, permitiendo fácil identificación y respuesta instantánea. Imágenes, iconos y otros elementos ricos reducen la necesidad de entrenamiento extensivo.

• Ventaja sobre un PLC: Usar solo un PLC le proporcionaría control básico sobre sus máquinas. Características como retroalimentación en tiempo real, gestión de alarmas y reprogramación no serían fáciles. Las HMIs, por otro lado, vienen con un alto nivel de funcionalidad y la capacidad de manejar gran sofisticación. Con diseños HMI emergentes, características como acceso remoto e IUs personalizables también están disponibles.

• Conveniencia: La facilidad de uso que viene con una HMI es inigualable. Las funcionalidades logradas a través de la digitalización de un sistema hacen a una HMI imbatible. La HMI combina las características de control encontradas a lo largo de una línea de automatización y las hace accesibles desde una sola ubicación. El acceso remoto permite a los operadores volverse independientes de la ubicación y asegurar la operación correcta desde todas partes. Además, cierra la brecha entre las divisiones corporativas y técnicas, permitiendo que la información se use a medida que se hace disponible.

• Flexibilidad de Interfaz: La capacidad de personalizar la interfaz es un gran punto de venta para una HMI. Anteriormente, los paneles de control tenían que diseñarse de manera que abarcaran cada control posible dentro de la alineación industrial. Esto dejaría muy poco margen, en caso de que se haga una actualización o se requiera un cambio en la funcionalidad. Las HMIs pueden modificarse en un momento, y permiten la instalación de nuevos componentes sin preocuparse por los líos de cablear pulsadores y LEDs.

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