Introduccion a...HMI

Pensar en un proceso industrial que no brinde información al usuario y que no permita correcciones en sus set points es ilógico pues, como todos sabemos, el constante avance de las tecnologías de comunicaciones hacen posible que los equipos integrados en una planta transmitan información con el fin de aprovecharla para distintos tipos de diagnósticos que pueden ir desde mantenimiento preventivo, aumentar la eficiencia de la producción, detectar fallas o reducir mermas. 

Si bien hay distintos equipos que nos pueden facilitar la recepción de esta información, las HMI son (probablemente) los más sencillos que existen en el entorno industrial, es por eso que iniciamos una nueva serie de artículos dedicados a HMI y su importancia en el control de procesos.

Fig. 1: Ejemplo de HMI.

¿Qué es una HMI?

Muchas veces he escuchado la frase "es como una iPad/tablet para automatizar" y a pesar de que hay cierta verdad en dicha afirmación, es pertinente mencionar más detalles sobre éstas.

Significando Interfaz Humano-Máquina (Human-Machine Interface), las HMI cumplen la función de ser un enlace entre el proceso y los operarios, brindando información importante de los estados actuales del proceso donde se presenta información en tiempo real e históricos sobre el comportamiento del mismo, a partir de la cual es posible tomar decisiones y hacer ajustes a las variables que se ven implicadas. Cabe resaltar que la HMI no es la pantalla o panel que adquirimos de los proveedores como son PanlView de Rockwell, Simatic HMI de Siemens o las series Mageli y Harmony de Schneider Electric sino que la HMI es el programa que existe dentro del panel donde podemos interactuar y hacer la funciones indicadas anteriormente.

Fig. 2: Paneles Simatic HMI de Siemens.

¿Qué podemos hacer y qué no podemos hace con una HMI?

Una HMI es como una ventana al proceso, a través de ella podemos ver lo que está afuera, podemos ver cómo funcionan las cosas, qué comportamiento están teniendo y quizás sea posible cambiar unas cuantas cosas, sin embargo, no disponemos de un control total, no es posible reemplazar ni cambiar las cosas que existen en ese entorno.

Como ya hemos mencionado y como su nombre lo indica, esta programación solo es una interfaz entre el usuario y el proceso la cual incluye un gran número de indicadores para poder interpretar el estado de los equipos que conforman un proceso y de las variables que les corresponden. Si bien es posible que al programarlas dejemos disponible la opción de modificar los valores deseados (set points), es imposible cambiar la lógica del proceso. 

Un ejemplo de esto sería un proceso térmico, pensemos en un horno. 

Fig. 3: HMI para un proceso térmico.

El horno elevará la temperatura hasta un valor previamente pero, en caso de que se requiera hacer una modificación a, digamos, un valor de temperatura más alto, una HMI sería de gran ayuda pues permitiría hacer dicho ajuste, sin embargo, este tipo de cambios no pueden alterar el funcionamiento del diagrama ladder dentro del controlador (o el lenguaje que se haya elegido para programar) por el simple hecho de que son plataformas distintas y dados los niveles de seguridad informática típicos de cada proceso, no se permite el acceso a modificar la lógica interna.

Normatividad

Si bien existe bastante libertad en lo que se refiere al diseño de interfaces, la necesidad de unificar y normalizar los elementos que estas incluyen llevó a la creación de la norma ANSI/ISA-101 que en su primera parte (titulada "Interfaces Humano-Máquina para Sistemas de Automatización de Procesos") detalla diversos factores a tomar en cuenta con el objetivo de realizar un diseño funcional revisando cuestiones que van desde la filosofía, la guía de estilo y el paquete de herramientas necesarias para el diseño, la implementación y la operación de la HMI.

Fig. 4: Logo ISA.

De los criterios mencionado anteriormente, se hace mucho hincapié en la filosofía del diseño pues se debe considerar que cada proceso industrial en su estado actual es la representación de un avance constante en las metodologías de operación, esto conlleva al uso de nuevas prácticas y tecnologías que permitan resolver las inquietudes propias de un sistema en constante evolución, sin embargo, esto también significa que habrá equipos y herramientas que se dejen en desuso por cuestiones de obsolescencia y, para que una HMI, no sufra el mismo destino, será prudente el realizar actualizaciones periódicas a partir de cómo evolucione el proceso. Esto nos permitirá no solo mejorar el diseño hasta conseguir una versión más eficiente, sino que alargará el tiempo de vida de la interfaz.

Probablemente el apartado más curioso en esta norma es el referente a la ergonomía pues aquí se detallan aspectos que favorecerán a la operario en el uso de la interfaz, siendo uno de estos la paleta de colores que deberá usarse, la cual se clasifica de la siguiente manera dependiendo del elemento en cuestión:

Fondos	Estados	Alarmas	Materiales
Sinápticos: arena	Encendido: verde	Critica: rojo	Gas: amarillo
Máquinas: verde oscuro	Apagado: blanco	Advertencia: amarillo	Aceite: café oscuro
Menús: gris/plata		Mensaje gral: azul claro	Agua: verde
Tablas: blanco			Aire: azul claro

Además de lo anterior, al utilizar señales analógicas, los indicadores deben llevar los siguientes colores, dependiendo de la naturaleza de la variable:

Temperatura	Marrón
Presión	Azul rey
Potencia	Violeta
Caudal	Azul marino
Velocidad	Verde oscuro
Otras	Negro

Conclusiones

La tecnología que envuelve a las HMI es realmente fascinante pues es una síntesis perfecta de lo que representa un sistema automatizado pues no basta con solo conectar diversos equipos y esperar que todo funcione de manera armónica como estamos acostumbrados, sino que, se ven involucrados diversos factores como la posibilidad de la planta de enviar información a los operarios, la posibilidad de éstos de decidir en qué momento realizar un mantenimiento preventivo, la comunicación existente entre los distintos dispositivos y herramientas del sistema e incluso cuestiones como qué tan ergonómico es un diseño y cómo puede ser mejorado en favor del usuario.

Tal vez sea sencillo diseñar una HMI y ponerla en marcha, sin embargo, realizar un diseño funcional es una cuestión más compleja que debe ser considerada para favorecer el entorno que representa.

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-AHN