¿Qué es un sistema HMI y la programación HMI?

En el mundo de la automatización industrial, los Controladores Lógicos Programables, o PLCs, desempeñan un papel fundamental al controlar y supervisar los equipos en el entorno de planta para fabricar una amplia variedad de productos.

A medida que el campo de la automatización ha experimentado un crecimiento tremendo en las últimas décadas, los seres humanos siguen siendo una parte esencial en la operación, solución de problemas y mantenimiento de estos sistemas complejos.

En este contexto, entra en juego el Sistema HMI, que significa «Interfaz Hombre-Máquina». El Sistema HMI es un dispositivo tecnológico diseñado para permitir a un ser humano interactuar de manera efectiva con los PLCs que controlan y dirigen el proceso de fabricación.

En esencia, el Sistema HMI proporciona una interfaz visual e intuitiva que permite a los operadores ingresar comandos y recibir retroalimentación en tiempo real sobre el estado y el rendimiento de las máquinas y procesos industriales.

En otras palabras, un Sistema HMI actúa como un puente de comunicación esencial entre el mundo de las máquinas controladas por PLC y los operadores humanos que supervisan y gestionan el proceso de fabricación.

Este sistema desempeña un papel crucial al permitir a los trabajadores interactuar con las máquinas y equipos de manera eficiente y segura, lo que contribuye en gran medida a la eficacia y la productividad en el entorno de la planta.

El Sistema HMI es una parte integral de la automatización industrial moderna y se utiliza en una variedad de industrias, desde la fabricación de alimentos y bebidas hasta la automoción y la energía.

Su capacidad para proporcionar una interfaz de usuario intuitiva y visualmente atractiva ayuda a los operadores a controlar y supervisar procesos, realizar ajustes en tiempo real y tomar decisiones informadas.

En la programación de un Sistema HMI, los ingenieros y técnicos trabajan para diseñar una interfaz que sea fácil de usar y que muestre información crítica de manera clara y concisa. Esto implica la creación de pantallas personalizadas, gráficos, alarmas y controles que se alineen con los objetivos específicos de la industria y la planta.

La programación del Sistema HMI se realiza utilizando lenguajes y herramientas especializadas que permiten la configuración y personalización de la interfaz según las necesidades del proceso de fabricación.

El Sistema HMI desempeña un papel esencial en la automatización industrial al proporcionar una interfaz intuitiva y visual que conecta a los operadores con los PLCs y los equipos en el entorno de la planta.

Su programación precisa y personalizada garantiza que los operadores tengan acceso a la información crítica y puedan tomar decisiones efectivas para optimizar la producción y garantizar la eficiencia en una amplia gama de industrias.

¿Qué es un sistema HMI en procesos de control industrial?

Un sistema HMI o Interfaz Hombre-Máquina es una aplicación de software o interfaz de usuario que permite la comunicación del estado de un proceso a un operador y la implementación de las instrucciones de control del operador por parte del sistema industrial. Típicamente, esta información se muestra en un formato gráfico.

En términos simples, HMI en un sistema de control es un software o un dispositivo que permite a los seres humanos o a sus usuarios comunicarse con diversas máquinas y plantas de producción en el sistema.

Lo hace convirtiendo grandes cantidades de datos complejos en información accesible. El operador tiene así todas las herramientas necesarias para controlar los procesos de producción.

El HMI proporciona una visualización visual del proceso en forma gráfica / digital / animada para dar a los operadores una vista clara y en tiempo real del proceso y les permite emitir comandos / cargar puntos de ajuste / modificar secuencias para controlar el proceso según sea necesario.

Aunque HMI es el término más común para esta tecnología, a veces se le llama Interfaz Hombre-Máquina (MMI), Terminal de Interfaz del Operador (OIT), Interfaz de Operador Local (LOI) o Terminal de Operador (OT). HMI y la Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) son similares pero no sinónimos: las GUI a menudo se utilizan dentro de los HMI para capacidades de visualización.

¿Qué es la Programación de sistemas HMI?

La Programación de sistemas HMI es diferente de la mayoría de los otros lenguajes de programación. La razón es que un HMI es una representación visual de lo que está sucediendo en el piso de fabricación.

Por lo tanto, la programación real de HMI generalmente se denomina desarrollo de HMI, ya que la mayor parte del tiempo se dedica al diseño del diseño de las pantallas en lugar de escribir código en el sentido tradicional de la definición.

Además, la programación que controlará las entradas y salidas de un HMI generalmente residirá en el PLC, lo que otorga al programador del PLC la mayor parte del control sobre la funcionalidad de cómo operará el HMI.

Sin embargo, ambas de estas funciones se combinan en la mayoría de las instalaciones, y el programador del PLC crearía o estaría lo suficientemente familiarizado con el proceso como para dictar cómo se llevará a cabo la programación de HMI.

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Buenas Prácticas de Diseño de sistemas HMI

La función principal de un sistema HMI es permitir que un operador controle el proceso. Cuando se implementa adecuadamente, un HMI debe ser:

• Funcionalmente sólido
• Eficiente
• Intuitivo de usar

Exploremos la distinción de cada uno por separado.

Funcionalidad del HMI | Conceptos Básicos y Funciones Avanzadas

El sistema HMI más básico permitirá al operador ver el estado actual de un proceso particular. Imagina por un momento que tienes una máquina de rectificado que puedes iniciar y detener con el simple toque de un botón. Se podría crear un HMI para proporcionar una indicación visual del estado actual de la máquina: detenida o en funcionamiento.

Sin embargo, un PLC podría extraer mucha más información de esta máquina, según las necesidades de la operación. Por lo tanto, el HMI podría usarse para transmitir esta información al operador y permitirle tomar decisiones mejores con respecto al proceso.

Imagina que la misma máquina de rectificado es capaz de detenerse debido a diferentes fallos. Puede detenerse debido a falta de mantenimiento (nivel bajo de aceite), avería imprevista (atascos en la alimentación) o un error del operador (apertura de la puerta de seguridad). Cada uno de estos estados de fallo se muestra mediante un LED directamente en el panel eléctrico.

Dado que tenemos esta información disponible, podríamos optar por agregarla a un HMI para proporcionar un mecanismo de retroalimentación más detallado al operador que eliminará el fallo inherente.

Ahora imagina que la máquina tiene numerosas características que pueden ajustarse por el operador. Esto puede incluir ajustes de velocidad, temperatura, ritmo y más.

En el pasado, cada uno de estos ajustes solía hacerse a través de una serie de potenciómetros. Ahora, la mayoría de estos ajustes se pueden cambiar directamente desde un HMI. Queremos hacer una rápida observación de que las buenas prácticas de diseño de HMI dictarían que ciertas funciones del HMI pueden estar restringidas para diferentes usuarios.

Por ejemplo, un operador debería poder iniciar, detener y seleccionar la velocidad de la máquina. No deberían poder ajustar los ajustes de temperatura que puedan afectar el producto final. Este ajuste puede estar restringido a un supervisor o personal de nivel de ingeniería. Más sobre esto más adelante.

Por último, un sistema HMI podría incluir características avanzadas del proceso, como el control de lotes, la gestión de recetas, el estado de la línea y mucho más.

A medida que los sistemas HMI se volvieron más potentes, comenzaron a transformarse de controlar una sola máquina a esquemas de control en toda la planta, que a veces se describen como sistemas de Adquisición de Datos y Control Supervisados, o SCADA. Existe una línea difusa en la que un HMI se considerará un sistema SCADA, pero para fines de comprensión, un HMI controlaría una sola línea de producción.

En contraste, un sistema SCADA supervisaría toda un área o toda la planta de fabricación.

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Eficiencia del Sistema HMI

El diseño de sistemas HMI es fácil de comprender, pero difícil de dominar. Un HMI bien diseñado permitiría al usuario de esa área tener acceso a la información correcta y al control sin necesidad de dar vueltas innecesarias.

En otras palabras, el diseño debe incluir los elementos necesarios para el operador y eliminar los que no lo son. Además, la eficiencia se traduce en las mejores prácticas de diseño de sistemas HMI cuando se trata del diseño de cada tipo de pantalla.

Debes tener en cuenta las siguientes consideraciones de diseño esenciales durante la etapa de desarrollo y programación de sistemas HMI en un proyecto de integración de sistemas:

• ¿Son del tamaño adecuado los botones?
• ¿Se puede acceder a cada pantalla sin bucles de navegación excesivos?
• ¿Puede el proceso iniciarse y detenerse desde cada pantalla relevante?
• ¿Puedes realizar un cambio en la receta que no se esté ejecutando actualmente?

Diseño Sencillo e Intuitivo del sistema HMI

La dificultad en la creación de un HMI realmente avanzado radica en ponerte en el lugar de la persona que utiliza tus pantallas.

Un programador experimentado de HMI tendrá en cuenta el conocimiento limitado de un operador en lo que respecta a los sistemas que controlan diferentes máquinas, creará un menú de navegación fácil de seguir y permitirá al usuario acceder rápidamente a elementos críticos.

Además, el flujo del sistema se mantendría consistente y retendría detalles íntimos que facilitarán que el usuario aprenda a moverse por el HMI. Por último, el diseño del sistema debería imitar lo suficiente al sistema real como para que el usuario se sienta cómodo utilizando la interfaz sin necesidad de acceder a información adicional.

Esto puede incluir nombres apropiados para las máquinas en el piso, iconos fáciles de entender y símbolos que representen con precisión los activos de la planta.

Software HMI para el control de procesos industriales 

En el mundo de los sistemas de control el software HMI Proface es el entorno de desarrollo de software para Interfaces Hombre-Máquina ideal. Puedes pensar en este software como una herramienta capaz de reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones y recopilar datos/monitorizar sin necesidad de programación.

Los productos de software de Pro-face incluyen la creación de aplicaciones HMI, la adquisición de una variedad de información de dispositivos y el control y monitorización remotos.

Además, se dispone de otras aplicaciones adecuadas para su aplicación, como el software SCADA que se puede utilizar para el análisis de datos relacionados con la calidad.

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Entendiendo el Hardware de HMI y la Selección de Terminales HMI

Las aplicaciones construidas para terminales HMI requerirán hardware diferente según su naturaleza. Según nuestra experiencia, los HMI suelen implementarse en uno de los tres tipos de equipos:

• Solución HMI basada en PC: se implementa una computadora personal de grado industrial con Windows o una variación industrial del sistema operativo, como Windows IoT o Linux Core.
• Solución HMI dedicada: Una solución HMI dedicada se refiere a un tipo de hardware específicamente diseñado y fabricado por un proveedor en particular para funcionar con su propio software HMI. Estos dispositivos de HMI están preconfigurados y optimizados para trabajar en conjunto con el software de ese proveedor en particular. Por lo general, no son compatibles con software HMI de otros fabricantes y están diseñados para un uso específico en aplicaciones que requieren una interfaz hombre-máquina.
• Solución HMI distribuida: similar a la versión dedicada, cada proveedor especificaría el hardware capaz de ejecutar su versión distribuida de las herramientas.
• Terminales de pantalla HMI: Los terminales de pantalla HMI  son dispositivos utilizados en entornos industriales para proporcionar una interfaz gráfica entre los operadores humanos y los sistemas de control automatizados. Estos terminales permiten a los operadores supervisar y controlar máquinas, procesos y sistemas en tiempo real de manera intuitiva y eficiente.

  Los terminales de pantalla HMI constan de una pantalla táctil o un teclado, y en algunos casos, botones físicos, que permiten a los operadores interactuar con el sistema. La pantalla muestra información relevante en forma de gráficos, texto, alarmas y controles que representan el estado y las operaciones del sistema.

  Estos terminales son ampliamente utilizados en diversas industrias, como la manufactura, la automatización industrial, la energía, la agricultura y la atención médica, entre otras. Proporcionan beneficios clave, como:

  • Visualización en tiempo real: Los operadores pueden ver el estado actual de los procesos y las máquinas, lo que les permite tomar decisiones informadas y responder rápidamente a las situaciones cambiantes.
  • Control intuitivo: La interfaz de usuario gráfica facilita la interacción con el sistema, lo que reduce la curva de aprendizaje y aumenta la eficiencia del operador.
  • Supervisión remota: Algunos terminales HMI permiten el acceso remoto, lo que permite a los operadores monitorear y controlar sistemas desde ubicaciones fuera de la planta o la instalación.
  • Registro de datos y alarmas: Los HMI pueden registrar datos históricos y generar alarmas cuando se detectan condiciones anormales o eventos importantes, lo que ayuda en la resolución de problemas y la toma de decisiones.

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¿Cuál es la diferencia entre HMI y SCADA?

SCADA significa Supervisory Control and Data Acquisition. Aunque a veces se utilizan indistintamente en conversaciones informales, existen componentes que serían más comunes en uno que en el otro.

Un HMI generalmente será un terminal independiente que se comunicará con uno (en la mayoría de los casos) o varios PLC en el campo. Dichos terminales pueden estar distribuidos por toda la planta y a menudo no tienen conocimiento entre sí.

Un sistema SCADA interactuará con una gran cantidad de sistemas de control. Tendrá acceso a la red de los PLC, así como a los HMI en toda la planta. Basándose en la información recopilada, un sistema SCADA procesará la información y la enviará a los terminales o HMI correspondientes. Es consciente de todos los HMI en el campo y asignará inteligentemente la información que se mostrará.

Componentes Clave de SCADA

• Infraestructura del Servidor: Permite que el SCADA recopile y almacene datos en una base de datos dedicada y redundante. El SCADA puede almacenar y mostrar datos históricos en los terminales HMI.
• Red de Planta: Permite que el sistema SCADA se conecte a todos los PLC, HMI y dispositivos de campo (normalmente a través de un PLC). Además, un sistema SCADA generalmente tendría acceso a la WAN para proporcionar datos a usuarios externos (acceso remoto, alertas por correo electrónico, etc.).
• Datos Históricos: Permite a los usuarios ver los datos que ha recopilado el sistema con el tiempo.