Software HMI Industrial para la Automatización de Manufactura

La Interfaz Hombre-Máquina Industrial, o HMI por sus siglas en inglés, ha revolucionado la forma en que las industrias de todo el mundo operan y supervisan sus sistemas y maquinaria.

En la era actual de la automatización y la digitalización, el software HMI se ha convertido en un elemento crucial para mejorar la eficiencia, la seguridad y la productividad en diversos sectores industriales.

Este artículo se adentrará en el mundo del software HMI industrial, explorando sus aplicaciones, ventajas y desafíos, así como su impacto en la optimización de procesos y la toma de decisiones en entornos industriales.

¿Qué se entiende por software HMI Industrial para plantas de manufactura?

El software HMI Industrial de interfaz hombre-máquina, es una herramienta fundamental en la industria manufacturera que facilita la interacción entre los seres humanos y las máquinas industriales.

Proporciona una interfaz gráfica intuitiva que permite a los operadores supervisar y controlar equipos industriales altamente sofisticados de manera eficiente.

Este tipo de software ofrece una serie de elementos visuales, como botones, indicadores, gráficos y pantallas táctiles, que permiten a los usuarios interactuar de manera intuitiva con los sistemas y equipos industriales.

Los controles de entrada/salida permiten a los operadores enviar comandos a las máquinas y recibir información en tiempo real sobre su funcionamiento.

Una característica importante del software de HMI es su versatilidad. Puede ser instalado en hardware específico diseñado para este propósito, como pantallas táctiles industriales, o en dispositivos más comunes, como PCs, tabletas, dispositivos móviles y dispositivos vestibles.

Esto significa que los operadores pueden acceder y controlar los sistemas desde una variedad de ubicaciones y dispositivos, lo que aumenta la flexibilidad y la eficiencia en entornos industriales.

Arquitectura del Software HMI Industrial 

La arquitectura del software HMI Industrial desempeña un papel crucial en el funcionamiento eficiente de equipos industriales altamente sofisticados. En la mayoría de los casos, el software HMI Industrial actúa como el puente de comunicación entre un operador de equipo y un Controlador Lógico Programable (PLC) encargado de supervisar y controlar la maquinaria industrial.

Este sistema de interacción es fundamental para garantizar un funcionamiento suave y seguro de los equipos en diversos entornos industriales.

La secuencia de operación típica del Software HMI para plantas industriales comienza con un operador humano que utiliza un dispositivo de HMI, como una pantalla táctil o un panel de control, para enviar una solicitud de cambio o ejecutar una acción específica en el equipo industrial.

Esta solicitud se comunica al PLC, que es el cerebro de la maquinaria y está programado para ejecutar una serie de acciones en función de las entradas proporcionadas por el operador a través del software HMI Industrial.

Una vez que el PLC recibe la solicitud del software HMI Industrial, inicia la acción correspondiente en el equipo.

Esto podría ser cualquier cosa, desde iniciar una máquina, detener un proceso o ajustar parámetros de funcionamiento. El PLC es esencial en este proceso, ya que es responsable de asegurarse de que todas las acciones se ejecuten de manera segura y eficiente.

Además de las interacciones directas entre el operador y el equipo a través del software HMI Industrial, también es común que el PLC esté conectado a sensores y cámaras integrados en la maquinaria. Estos dispositivos proporcionan información en tiempo real sobre el estado de la máquina, como la temperatura, la presión, la velocidad o la posición.

Cuando se produce un cambio significativo en el estado de la maquinaria o se detecta una anomalía, los sensores y las cámaras envían esta información al PLC, que a su vez puede transmitirla al software HMI Industrial para su visualización. Esto permite al operador estar al tanto de lo que está sucediendo en el equipo en todo momento y tomar decisiones informadas.

En el pasado, la comunicación entre el software HMI Industrial y el PLC solía realizarse a través de cables Ethernet. Sin embargo, con el avance de la tecnología y la creciente adopción de soluciones en la nube, hoy en día es mucho más común y eficiente establecer la comunicación HMI-PLC a través de interfaces de programación de aplicaciones web (API) alojadas en servidores en la nube.

Esta evolución en la arquitectura del software HMI Industrial ha brindado numerosas ventajas a la industria.

La integración de sistemas de software HMI Industrial con la nube ofrece una serie de beneficios significativos.

En primer lugar, permite el acceso remoto al software HMI Industrial desde cualquier lugar con una conexión a Internet. Esto es especialmente valioso en situaciones en las que los operadores deben supervisar y controlar equipos desde ubicaciones remotas o fuera del lugar de trabajo principal.

Con el acceso remoto, los operadores pueden monitorear y ajustar el funcionamiento de los equipos en tiempo real, lo que mejora la eficiencia operativa y reduce los tiempos de inactividad.

Además del acceso remoto, la integración con la nube facilita la recopilación de datos de la maquinaria. Los datos generados por los sensores y las cámaras integrados en la maquinaria se pueden almacenar y procesar de manera centralizada en la nube.

Esto simplifica la gestión de datos y brinda a las organizaciones la capacidad de realizar un seguimiento del rendimiento de sus equipos a lo largo del tiempo.

Una de las ventajas más notables de utilizar la nube en la arquitectura del software HMI Industrial es la capacidad de automatizar el análisis de datos en la nube. Los algoritmos y herramientas de análisis de datos pueden ejecutarse en la nube para identificar patrones, tendencias o posibles problemas en el funcionamiento de los equipos.

Esto puede ayudar a prevenir fallos costosos y programar el mantenimiento de manera más eficiente.

El software HMI Industrial es esencial en entornos industriales modernos. Facilita la comunicación eficiente entre operadores humanos y equipos industriales, asegurando un funcionamiento seguro y eficiente.

La evolución hacia la integración con la nube ha proporcionado ventajas adicionales, como el acceso remoto, la recopilación de datos centralizada y la automatización del análisis de datos, lo que mejora aún más la eficiencia y la productividad en la industria.

¿Cuáles son las ventajas de la programación personalizada a través del software HMI Industrial?

• Usabilidad. Suponiendo que se tenga en cuenta la simplicidad de un dispositivo de pantalla táctil que ejecuta un panel de control de software HMI Industrial en comparación con la complejidad de un equipo industrial convencional con múltiples botones, interruptores, palancas, diales, consolas de computadora y luces LED, rápidamente se hace evidente que el software HMI Industrial es más sencillo de aprender y utilizar para los operadores.
• Mayor funcionalidad y eficiencia. La forma en que el software HMI Industrial reúne todas las características de control y monitoreo de una máquina (o grupos de máquinas) en un solo panel o plataforma conveniente significa que el operador puede trabajar de manera mucho más eficiente. Los equipos tradicionales pueden requerir que el operador se desplace de un lugar a otro para acceder a diferentes paneles de control, pero el software HMI Industrial ahorra tiempo al eliminar esta necesidad.
• Mejora la seguridad de los empleados. El software HMI Industrial mejora la seguridad al crear más distancia entre el operador de la máquina y la propia máquina. En lugar de utilizar botones y controles conectados o cableados al dispositivo, el software HMI Industrial ofrece acceso remoto a través de un dispositivo portátil inalámbrico. Las inspecciones visuales de las máquinas se pueden realizar utilizando cámaras que transmiten las imágenes al dispositivo, en lugar de que el operador se acerque a la máquina y corra el riesgo de sufrir lesiones. Además, para procesos que involucran materiales peligrosos, el software HMI Industrial reduce la posibilidad de entrar en contacto con ellos.
• Aumenta la confiabilidad. La confiabilidad de las máquinas es una de las preocupaciones más importantes para los gerentes o propietarios de cualquier instalación industrial. El software HMI Industrial también actúa como software de supervisión, ayudando a hacer que las máquinas sean más confiables al proporcionar acceso continuo a los datos de monitoreo capturados por sensores y cámaras ubicados dentro de las máquinas. Los sensores de IoT pueden transferir automáticamente los datos a la nube, que se muestran en la pantalla de HMI Industrial. Los datos recopilados se pueden utilizar como parte de un programa de mantenimiento proactivo que tiene como objetivo solucionar problemas antes de que causen una falla en la máquina.
• Menos errores humanos. Los errores del operador pueden llevar a problemas significativos en términos de seguridad, costo de reparación y pérdida de funcionalidad. El software HMI Industrial reduce la posibilidad de errores del operador, ya que puede automatizar algunos de los sistemas de control o anular ciertos procesos en caso de un error. La facilidad de uso también hace que sea menos probable que ocurran errores en primer lugar, y las alertas son menos propensas a ser pasadas por alto.
• Reducción de costos. La mayoría de los beneficios mencionados anteriormente contribuyen a una reducción general de costos y gastos. Los principales ahorros que se obtienen al implementar el software HMI Industrial son los costos de mantenimiento y la capacitación del personal. La facilidad de uso de la interfaz significa que el personal de operación puede ser entrenado y reentrenado más rápidamente de lo que sería necesario para un diseño complejo de botones, interruptores y consolas de control. Habrá menos fallas de la máquina y menos tiempo de inactividad para reparaciones debido a la mayor confiabilidad del equipo y la capacidad de aplicar estrategias de mantenimiento proactivo.
• Retorno de inversión (ROI). El software HMI Industrial ofrece un buen ROI. El costo inicial relativamente bajo para implementar el software HMI Industrial, desarrollar la programación del HMI Industrial y adquirir los dispositivos móviles necesarios como pantallas HMI se verá rápidamente compensado por la reducción de costos y el aumento en la productividad general.

Características Clave del Software HMI Industrial

En el sector de manufactura industrial, la eficiencia y la seguridad son esenciales para el éxito. Las soluciones de HMI juegan un papel crucial al proporcionar a los operadores las herramientas necesarias para controlar y monitorear equipos y procesos industriales de manera efectiva. Las características clave del software HMI son fundamentales para garantizar un funcionamiento fluido y seguro en entornos industriales diversificados.

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Seguridad

La seguridad es una prioridad crítica en cualquier entorno industrial. El software HMI ofrece características de seguridad esenciales para garantizar que solo las personas autorizadas tengan acceso a datos y funciones vitales. Algunas de las características de seguridad incluyen:

• Control de Acceso Basado en Roles: El software HMI permite asignar diferentes roles a los usuarios, lo que determina sus niveles de acceso a los datos y funciones. Esto asegura que solo aquellos con la autoridad adecuada puedan realizar ciertas acciones.
• Restricciones de Visualización de Datos: A veces, ciertos datos requieren un nivel más alto de autorización para ser visualizados. El software HMI puede automatizar este proceso, garantizando que los datos sensibles no sean accesibles para usuarios no autorizados.

Input Control (Control de Entrada)

El control efectivo de entrada es esencial para operar maquinaria y procesos industriales. El software HMI industrial ofrece funciones clave para gestionar la entrada de datos y activar cambios en el comportamiento de la maquinaria. Algunas de las características de control de entrada incluyen:

• Entrada de Datos: Los operadores pueden utilizar el software HMI para introducir datos que desencadenan acciones específicas en la maquinaria. Esto permite ajustes y modificaciones en tiempo real para optimizar el rendimiento.
• Recetas de Datos: Las recetas de datos son conjuntos predefinidos de acciones que se pueden activar con un solo comando. Esto simplifica y acelera los procesos complejos al permitir que los operadores ejecuten múltiples acciones de manera eficiente.

Output Monitoring (Monitoreo de Salida)

El monitoreo de la salida es crucial para garantizar que los procesos industriales se ejecuten sin problemas y de acuerdo con las especificaciones. El software HMI industrial proporciona herramientas para supervisar y comunicar el estado de los sistemas. Algunas de las características de monitoreo de salida incluyen:

• Visualización del Proceso: El software HMI permite la visualización en tiempo real de los flujos de trabajo industriales. Esto se logra a través de representaciones gráficas en pantalla que muestran el estado actual de los procesos de manera animada y comprensible.
• Acciones Automatizadas de Cambio de Estado: El software HMI puede enviar notificaciones automáticas a los operadores a través de mensajes en pantalla, alertas de sonido, correos electrónicos o entradas en registros de errores cuando se detecta un cambio de estado significativo en los sistemas. Esto permite una respuesta rápida a situaciones críticas.

Otras características técnicas del software HMI Industrial

Además de las categorías mencionadas, el software HMI industrial también ofrece una serie de características adicionales que pueden variar según las necesidades específicas de la industria y la aplicación. Una de estas características es:

• Personalización del Panel de Control: El software HMI permite a los operadores de maquinaria personalizar sus paneles de control según sus preferencias y necesidades. Esto les permite seleccionar las herramientas necesarias y organizar su propio espacio de trabajo virtual para una mayor eficiencia y comodidad.

En resumen, el software HMI es una parte fundamental de los entornos industriales modernos. Sus características clave, como la seguridad, el control de entrada, el monitoreo de salida y muchas otras, garantizan un funcionamiento eficiente y seguro en diversas aplicaciones industriales.

La capacidad de personalización también juega un papel importante al permitir a los operadores adaptar sus paneles de control para satisfacer sus necesidades específicas. Estas características hacen del software HMI una herramienta esencial en la optimización de procesos industriales y en la garantía de una operación eficiente y segura.

Integraciones Importantes del Software HMI industrial 

En la manufactura industrial, la colaboración y la interconexión de diversas soluciones tecnológicas son esenciales para lograr una operación eficiente y efectiva. El software HMI es una parte crucial de este ecosistema, ya que actúa como el punto de entrada y salida para el control y monitoreo de maquinaria y procesos industriales.

Sin embargo, para aprovechar al máximo su potencial, es fundamental integrar el software HMI con otras soluciones industriales clave. Estas son algunas de las integraciones más importantes en los proyectos de HMI:

PLC (Controlador Lógico Programable)

La comunicación con PLC es esencial en muchos entornos industriales. Esta integración se logra a través de una API web en soluciones de mediana y gran escala o mediante Ethernet en soluciones de pequeña escala. Al permitir que el software HMI se comunique con el PLC, se habilita el control y la supervisión de maquinaria y procesos industriales.

Esto es esencial para garantizar que la maquinaria funcione de acuerdo con las especificaciones y para permitir cambios en tiempo real en la operación.

SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos)

La integración con SCADA permite la vinculación de múltiples HMI en una red que puede ser supervisada y controlada a través de software de supervisión centralizado. Esto es especialmente útil en entornos industriales donde se gestionan múltiples sistemas y ubicaciones.

La integración con SCADA proporciona una visión más amplia y un mayor control sobre los procesos industriales, lo que facilita la toma de decisiones informadas y la optimización de la eficiencia.

Aplicaciones ERP

La integración con sistemas ERP es fundamental para la gestión eficiente de la empresa. Permite que el ERP reciba regularmente los registros de actividad de los operadores de equipos, lo que ayuda a medir la eficiencia laboral. Esto es crucial para el seguimiento de la productividad, la planificación de recursos y la toma de decisiones estratégicas.

Además, la integración con ERP garantiza que los datos relevantes de producción y operaciones estén disponibles en tiempo real, lo que mejora la capacidad de respuesta y la coordinación en toda la organización.

Las integraciones del software HMI industrial con sistemas como PLC, SCADA y ERP son esenciales para optimizar la operación industrial. Estas integraciones permiten un mayor control, supervisión y gestión de los procesos y recursos industriales, lo que se traduce en una mayor eficiencia y productividad.

La capacidad de comunicarse y colaborar con otras soluciones tecnológicas es fundamental en la era moderna de la industria, y el software HMI desempeña un papel fundamental en este ecosistema al actuar como el enlace entre los operadores y la maquinaria.

Factores que Determinan el Éxito del Software HMI 

La experiencia acumulada de la empresa implantadora del software HMI en la industria manufacturera ha permitido comprender que el trabajo de los operadores de equipos conlleva niveles elevados de responsabilidad, estrés y fatiga.

Por esta razón, se considera que la conformidad de la interfaz gráfica del usuario del HMI con la norma ISA101 es un factor fundamental para el éxito de una solución HMI.

Al diseñar el software HMI industrial, se garantiza que las interfaces estén diseñadas para proporcionar una alta conciencia situacional y un control sencillo de la situación, lo que ayuda a:

• Enfocar la atención de los operadores de equipos en procesos de alta prioridad y alto riesgo.
• Hacer que los problemas críticos y los errores sean instantáneamente notorios.
• Ofrecer una navegación intuitiva para una respuesta inmediata a cualquier cambio en el estado del equipo.

El éxito de una interfaz HMI radica en su capacidad para proporcionar a los operadores una experiencia de usuario eficiente y segura.

La conformidad con la norma ISA101 es esencial para garantizar que la interfaz gráfica del usuario esté diseñada de manera que los operadores puedan concentrarse en las tareas prioritarias y detectar rápidamente problemas críticos o errores.

Además, una navegación intuitiva facilita la respuesta inmediata a cualquier cambio en el estado del equipo, lo que es fundamental para mantener un alto nivel de eficiencia y seguridad en entornos industriales.