O que é um sistema HMI e a programação HMI?

No mundo da automação industrial, os Controladores Lógicos Programáveis, ou PLCs, desempenham um papel vital no controlo e monitorização do equipamento no ambiente da fábrica para fabricar uma grande variedade de produtos.

Embora o domínio da automação tenha registado um enorme crescimento nas últimas décadas, o ser humano continua a ser uma parte essencial da operação, resolução de problemas e manutenção destes sistemas complexos.

Neste contexto, entra em ação o sistema HMI, que significa "Human Machine Interface". O sistema HMI é um dispositivo tecnológico concebido para permitir que um ser humano interaja eficazmente com os PLC que controlam e dirigem o processo de fabrico.

Essencialmente, o sistema HMI fornece uma interface intuitiva e visual que permite aos operadores introduzir comandos e receber feedback em tempo real sobre o estado e o desempenho das máquinas e processos industriais.

Por outras palavras, um sistema HMI funciona como uma ponte de comunicação essencial entre o mundo das máquinas controladas por PLC e os operadores humanos que monitorizam e gerem o processo de fabrico.

Este sistema desempenha um papel crucial ao permitir que os trabalhadores interajam com máquinas e equipamentos de forma eficiente e segura, o que contribui grandemente para a eficiência e produtividade no ambiente da fábrica.

O sistema HMI é uma parte integrante da automação industrial moderna e é utilizado numa variedade de indústrias, desde o fabrico de alimentos e bebidas até à indústria automóvel e à energia.

A sua capacidade de fornecer uma interface de utilizador intuitiva e visualmente apelativa ajuda os operadores a controlar e monitorizar os processos, a fazer ajustes em tempo real e a tomar decisões informadas.

Ao programar um sistema HMI, os engenheiros e técnicos trabalham para conceber uma interface que seja fácil de utilizar e que apresente informações críticas de uma forma clara e concisa. Isto envolve a criação de ecrãs, gráficos, alarmes e controlos personalizados que se alinham com os objectivos específicos da indústria e da fábrica.

O sistema HMI é programado utilizando linguagens e ferramentas especializadas que permitem configurar e personalizar a interface de acordo com as necessidades do processo de fabrico.

O sistema HMI desempenha um papel essencial na automação industrial, fornecendo uma interface intuitiva e visual que liga os operadores aos PLCs e ao equipamento no ambiente da fábrica.

Uma programação precisa e personalizada garante que os operadores têm acesso a informações críticas e podem tomar decisões eficazes para otimizar a produção e garantir a eficiência numa vasta gama de indústrias.

O que é um sistema HMI no controlo de processos industriais?

Uma IHM ou sistema de interface homem-máquina é uma aplicação de software ou interface de utilizador que permite a comunicação do estado de um processo a um operador e a implementação de instruções de controlo do operador pelo sistema industrial. Normalmente, esta informação é apresentada num formato gráfico.

Em termos simples, a HMI num sistema de controlo é um software ou um dispositivo que permite aos seres humanos ou aos seus utilizadores comunicar com várias máquinas e instalações de produção no sistema.

Para o efeito, converte grandes quantidades de dados complexos em informações acessíveis. O operador dispõe assim de todas as ferramentas necessárias para controlar os processos de produção.

A HMI fornece uma apresentação visual do processo em forma gráfica / digital / animada para dar aos operadores uma visão clara e em tempo real do processo e permite-lhes emitir comandos / carregar pontos de ajuste / modificar sequências para controlar o processo conforme necessário.

Embora a HMI seja o termo mais comum para esta tecnologia, é por vezes referida como Interface Homem-Máquina (MMI), Terminal de Interface de Operador (OIT), Interface de Operador Local (LOI) ou Terminal de Operador (OT). A HMI e a Interface Gráfica de Utilizador (GUI) são semelhantes mas não sinónimas: as GUIs são frequentemente utilizadas nas HMIs para capacidades de visualização.

O que é a programação do sistema HMI?

A programação de sistemas HMI é diferente da maioria das outras linguagens de programação. A razão é que uma HMI é uma representação visual do que está a acontecer no chão de fábrica.

Por conseguinte, a programação da IHM propriamente dita é geralmente designada por desenvolvimento da IHM, uma vez que a maior parte do tempo é gasto a conceber a disposição dos ecrãs e não a escrever código no sentido tradicional da definição.

Além disso, a programação que controlará as entradas e saídas de uma HMI residirá geralmente no PLC, dando ao programador do PLC a maior parte do controlo sobre a funcionalidade do funcionamento da HMI.

No entanto, ambas as funções são combinadas na maioria das instalações, e o programador do PLC criaria ou estaria suficientemente familiarizado com o processo para ditar a forma como a programação da HMI será efectuada.

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Boas práticas de conceção de sistemas HMI

A principal função de um sistema HMI é permitir que um operador controle o processo. Quando corretamente implementada, uma HMI deve ser:

• Funcionalmente sólido
• Eficiente
• Utilização intuitiva

Vamos explorar a distinção de cada um separadamente.

Funcionalidade HMI | Conceitos básicos e funções avançadas

O sistema HMI mais básico permitirá ao operador ver o estado atual de um determinado processo. Imagine, por um momento, que tem uma máquina de moagem que pode arrancar e parar com o toque de um botão. Poderá ser criada uma HMI para fornecer uma indicação visual do estado atual da máquina: parada ou em funcionamento.

No entanto, um autómato poderia extrair muito mais informações desta máquina, em função das necessidades da operação. Assim, a HMI pode ser utilizada para transmitir esta informação ao operador e permitir-lhe tomar melhores decisões relativamente ao processo.

Imagine que a mesma máquina de moagem pode parar devido a diferentes falhas. Pode parar devido a falta de manutenção (baixo nível de óleo), falha imprevista (encravamentos de alimentação) ou erro do operador (abertura da porta de segurança). Cada um destes estados de avaria é indicado por um LED diretamente no quadro elétrico.

Dado que temos esta informação disponível, podemos optar por adicioná-la a uma HMI para fornecer um mecanismo de feedback mais detalhado ao operador, que eliminará a falha inerente.

Agora imagine que a máquina tem inúmeras características que podem ser ajustadas pelo operador. Isto pode incluir definições de velocidade, temperatura, ritmo e muito mais.

No passado, cada uma destas definições era feita através de uma série de potenciómetros. Atualmente, a maioria destas definições pode ser alterada diretamente a partir de uma HMI. Queremos fazer uma observação rápida de que as boas práticas de conceção da HMI ditam que certas funções da HMI podem ser restringidas para diferentes utilizadores.

Por exemplo, um operador deve ser capaz de arrancar, parar e selecionar a velocidade da máquina. Não deve ser capaz de ajustar as definições de temperatura que possam afetar o produto final. Este ajuste pode ser restringido a um supervisor ou pessoal de nível de engenharia. Mais sobre este assunto mais tarde.

Por fim, um sistema HMI pode incluir funcionalidades avançadas de processo, como controlo de lotes, gestão de receitas, estado da linha e muito mais.

À medida que os sistemas HMI se tornaram mais potentes, começaram a passar do controlo de uma única máquina para esquemas de controlo em toda a fábrica, por vezes descritos como sistemas de Controlo de Supervisão e Aquisição de Dados, ou SCADA. Existe uma linha difusa onde uma HMI seria considerada um sistema SCADA, mas para efeitos de compreensão, uma HMI controlaria uma única linha de produção.

Em contrapartida, um sistema SCADA monitorizaria toda uma área ou toda a fábrica.

CONTEÚDO ÚTIL - Software IHM industrial para automação do fabrico

Eficiência do sistema HMI

A conceção do sistema HMI é fácil de compreender, mas difícil de dominar. Uma HMI bem concebida permite que o utilizador dessa área tenha acesso à informação e ao controlo correctos, sem necessidade de se preocupar desnecessariamente.

Por outras palavras, a conceção deve incluir os elementos que são necessários para o operador e eliminar os que não o são. Além disso, a eficiência traduz-se nas melhores práticas de conceção do sistema HMI no que diz respeito à conceção de cada tipo de ecrã.

As seguintes considerações essenciais de conceção devem ser tidas em conta durante a fase de desenvolvimento e implementação do projeto programação de sistemas HMI num projeto de integração de sistemas:

• Os botões têm o tamanho correto?
• É possível aceder a cada um dos ecrãs sem ter de fazer demasiados loops de navegação?
• O processo pode ser iniciado e interrompido a partir de cada ecrã relevante?
• É possível fazer uma alteração à receita que não está a ser executada?

Conceção simples e intuitiva do sistema HMI

A dificuldade em criar uma IHM verdadeiramente avançada reside no facto de se colocar no lugar da pessoa que utiliza os seus ecrãs.

Um programador de HMI experiente terá em conta os conhecimentos limitados de um operador sobre os sistemas que controlam as diferentes máquinas, criará um menu de navegação fácil de seguir e permitirá ao utilizador aceder rapidamente aos elementos críticos.

Além disso, o fluxo do sistema deve manter-se coerente e conservar pormenores íntimos que facilitem ao utilizador a aprendizagem da navegação na IHM. Por último, a conceção do sistema deve imitar suficientemente o sistema real para permitir que o utilizador se sinta confortável a utilizar a interface sem necessidade de aceder a informações adicionais.

Isto pode incluir nomes apropriados para as máquinas no chão de fábrica, ícones e símbolos fáceis de entender que representem com precisão os activos da fábrica.

Software HMI para controlo de processos industriais 

No mundo dos sistemas de controlo, o Software HMI Proface é o ambiente de desenvolvimento de software ideal para Interfaces Homem-Máquina. Pode pensar-se neste software como uma ferramenta capaz de reduzir o tempo de desenvolvimento de aplicações e de recolher/monitorizar dados sem necessidade de programação.

Os produtos de software da Pro-face incluem a criação de aplicações HMI, a aquisição de uma variedade de informações sobre dispositivos e o controlo e monitorização remotos.

Além disso, estão disponíveis outras aplicações adequadas, como o software SCADA, que pode ser utilizado para a análise de dados relacionados com a qualidade.

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Compreender o hardware da HMI e a seleção do terminal da HMI

As aplicações criadas para terminais HMI requerem hardware diferente consoante a sua natureza. De acordo com a nossa experiência, as HMIs são tipicamente implementadas num de três tipos de equipamento:

• Solução HMI baseada em PCÉ implementado um computador pessoal de nível industrial com Windows ou uma variação industrial do sistema operativo, como o Windows IoT ou o Linux Core.
• Solução HMI dedicadaUma solução HMI dedicada refere-se a um tipo de hardware especificamente concebido e fabricado por um determinado fornecedor para funcionar com o seu próprio software HMI. Estes dispositivos HMI são pré-configurados e optimizados para funcionarem em conjunto com o software desse fornecedor específico. Geralmente não são compatíveis com o software HMI de outros fabricantes e são concebidos para utilização específica em aplicações que requerem uma interface homem-máquina.
• Solução HMI distribuídaÀ semelhança da versão dedicada, cada fornecedor especificaria o hardware capaz de executar a sua versão distribuída das ferramentas.
• Terminais de ecrã HMIOs terminais HMI são dispositivos utilizados em ambientes industriais para fornecer uma interface gráfica entre os operadores humanos e os sistemas de controlo automatizados. Estes terminais permitem aos operadores monitorizar e controlar máquinas, processos e sistemas em tempo real, de forma intuitiva e eficiente.

  Os terminais de visualização HMI são constituídos por um ecrã tátil ou teclado e, em alguns casos, por botões físicos, que permitem aos operadores interagir com o sistema. O ecrã apresenta informações relevantes sob a forma de gráficos, texto, alarmes e controlos que representam o estado e as operações do sistema.

  Estes terminais são amplamente utilizados em vários sectores, como o fabrico, a automação industrial, a energia, a agricultura, os cuidados de saúde e outros. Proporcionam vantagens importantes, tais como:

  • Visualização em tempo real: Os operadores podem ver o estado atual dos processos e das máquinas, o que lhes permite tomar decisões informadas e responder rapidamente a situações em mudança.
  • Controlo intuitivo: A interface gráfica do utilizador facilita a interação com o sistema, reduzindo a curva de aprendizagem e aumentando a eficiência do operador.
  • Monitorização remota: Alguns terminais HMI permitem o acesso remoto, permitindo aos operadores monitorizar e controlar sistemas a partir de locais fora da fábrica ou instalação.
  • Registo de dados e alarmes: As HMIs podem registar dados históricos e gerar alarmes quando são detectadas condições anormais ou eventos importantes, ajudando na resolução de problemas e na tomada de decisões.

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Qual é a diferença entre HMI e SCADA?

SCADA significa Controlo de Supervisão e Aquisição de Dados. Embora sejam por vezes utilizados indistintamente em conversas informais, há componentes que seriam mais comuns num do que no outro.

Uma HMI é geralmente um terminal autónomo que comunica com um (na maioria dos casos) ou vários PLCs no terreno. Esses terminais podem estar distribuídos por toda a fábrica e muitas vezes não têm conhecimento uns dos outros.

Um sistema SCADA faz a interface com um grande número de sistemas de controlo. Terá acesso à rede de PLCs, bem como às HMIs em toda a fábrica. Com base na informação recolhida, um sistema SCADA processa a informação e envia-a para os terminais ou HMIs correspondentes. Tem conhecimento de todas as HMIs no terreno e atribui de forma inteligente a informação a ser apresentada.

Principais componentes SCADA

• Infraestrutura do servidorSCADA: Permite que o SCADA recolha e armazene dados numa base de dados dedicada e redundante. O SCADA pode armazenar e apresentar dados históricos nos terminais HMI.
• Rede de plantasSistema SCADA: Permite que o sistema SCADA se ligue a todos os PLC, HMI e dispositivos de campo (normalmente através de um PLC). Além disso, um sistema SCADA tem geralmente acesso à WAN para fornecer dados a utilizadores externos (acesso remoto, alertas por correio eletrónico, etc.).
• Dados históricosPermite aos utilizadores visualizar os dados que o sistema recolheu ao longo do tempo.