Avances Tecnológicos de las Interfaces y sus Flexibilidad

lng. Enrique Granados e Ing. Gabriel Sevilla 
InTech México Automatización, 
Edición Abril  – Julio 2012. 

Al inicio de los años setenta, cuando apareció el primer PLC, el operador tuvo necesidad de comunicarse con la maquina ya que no era suficiente automatizar y dejar que trabajaran los equipos sin saber lo que estaba pasando en el proceso

INTRODUCCIÓN

De esta forma, al iniciar el camino de la automatización, las primeras interfaces fueron los potenciómetros, “displays” de 7 segmentos, botones de arranque y paro, y luces indicadoras, entre otros dispositivos. Con el paso del tiempo, muchas compañías comenzaron a desarrollar diversos dispositivos a manera de pantallas, estas fueron diseñadas con base en texto y botones solamente, limitadas a cierto número de renglones, dígitos y tamaños; después se empezaron a crear artefactos con la funcionalidad táctil para poder introducir datos a manera de recetas, desde luego esto incrementaría la capacidades en control y monitoreo; por último se hicieron equipos para poder ingresar gráficos e inclusive animaciones. Dependiendo de la compañía desarrolladora era el tipo de comunicación que se requería para interactuar con el PLC (de la misma marca), cada una ofrecía diversas soluciones, según la aplicación.

ACTUALIDAD

La interface humano máquina, interface de operador o terminal de operador (HMI, por el acrónimo en inglés Human Machine Interface), abarca desde un sistema de desplegado de una sola línea de texto, hasta un sistema de visualización gráfica distribuido geográficamente (SCADA), desde el cual un operador puede manipular, conocer el diagnóstico y evaluar la máquina o sistema de forma segura tanto para mismo como para el proceso; a su vez un supervisor puede conocer el comportamiento de la línea que está a su cargo, y de esta forma ir escalando niveles hasta el punto en el cual un director conozca el estado actual y comportamiento de su organización para tomar las decisiones adecuadas en tiempo y forma.

A partir de la implementación de un nodo hasta cientos de estaciones, y desde el punto en que uno se encuentre, ya sea fabricante, integrador de sistemas, ·constructor de máquinas (OEM), etcétera, es necesario llevar a cabo implementaciones adecuadas a la necesidad original, que cumplan con las legislaciones y normativas requeridas, así como considerar si será empleada por uno o múltiples operadores, diferentes áreas, distintos niveles dentro de la organización y que ayuden con la calidad del producto que se entrega al usuario final.

En la actualidad las compañías de automatización ofrecen diversas soluciones de operación, mantenimiento, visualización, y monitoreo, y como se mencionó anteriormente, el hardware no podría mejorar, sin que el software también lo haga, desde luego también el protocolo de comunicación requerido para su enlace con el PLC o un PAC (en algunos casos, debido a que ya son dispositivos multitarea) y la factibilidad de comunicación con otras marcas.

Es importante definir el hardware y software a emplear en la implementación; se puede utilizar un diseño propio (siempre que cumpla con la seguridad, características, normativas y legislaciones requeridas) o valerse de elementos comerciales; en ambos casos existen pros y contras que se deben analizar minuciosamente.

Las HMI están divididas a partir de diversos parámetros, como son: el costo, aplicación en la que se utilizará (local o remota), tamaño, nitidez de la pantalla cuando requieren registro de tendencias para sus históricos y gráficos, capacidad de memoria y velocidad de procesamiento, capacidad para soportar diversas aplicaciones a la vez (por ejemplo, abrir archivos con extensiones como PDP Viewer, Microsoft Office Viewer, XML, aplicaciones de bases de datos y en algunos casos fotografía y video), así como el medio y protocolo de comunicación para tener toda la gama de funcionalidad necesaria en su utilización.

En los sistemas de seguridad es impredecible es imposible conocer el estado del sistema y perpetuidad de las instalaciones, para asegurar siempre tiempos de paro corto , aumentar rentabilidad y sobre todo asegurar la protección de los operadores con  instrucciones claras e inequívocobodas que permiten subsanar posibles fallos. 

Las HMI de diagnóstico alfanumérico se usan para el desplegado de información y nos indican datos breves de qué es lo que está sucediendo de manera local en la máquina o proceso, como la ubicación de un paro de emergencia activado, la falla de cierto sensor o simplemente si la máquina está o no operando; por lo general sólo tienen ciertas funciones y el número de I/O’s (entradas y salidas del dispositivo que generalmente viajan por un medio de comunicación al controlador) a manipular es mínimo, son muy útiles en procesos pequeños o con poca interacción entre el operador y la máquina.

Las HMI de visualización gráfica (conocidos como GUI, Interface Gráfica de Usuario) son las más comunes a encontrar en la industria, ayudan rápidamente a conocer el estado o modo de operación de manera local de la máquina o proceso y por lo general se apoyan en diagramas de proceso o dibujos que ejemplifican cómo y dónde están los elementos que se están manipulando, pueden almacenar paneles de alarmas, pequeños gráficos de tendencia sobre parámetros, y se caracterizan por tener un menú principal desde el cual se puede acceder a diversas páginas que como un libro pueden desplegar la parte de monitoreo y operación de la máquina. Existen de diferentes tipos, algunos fabricantes incluyen en la compra de una pantalla el software para configurar la misma, y algunos otros lo venden por separado para economizar el costo del hardware. La flexibilidad que brinda el poder manejar diversos protocolos y medios de comunicación entre fabricantes ayuda a que este tipo de HMl sea de los más distribuidos.

La mayoría de los software de HMl de visualización gráfica comerciales son similares en su configuración, sin embargo “similar” no significa igual. El hecho de conocer cómo se configura el equipo de cierto fabricante de HMl no asegura el saber cómo utilizar o maximizar las características que cada marca ofrece, lo que en ocasiones resulta en aplicaciones que sobrepasan o mal emplean el uso de I10 ‘s por no conocer cómo se configura, o en aplicaciones en las cuales el gráfico sobrepasa las capacidades de la pantalla, dando gráficos de difícil manipulación o complicada identificación.

Existen pantallas que cuentan con botones de interacción embebidos para poder navegar dentro de la aplicación, y también hay pantallas que son de tecnologia táctil, las cuales han resultado muy atractivas pues disminuyen la necesidad de comprar elementos adicionales de interacción.

Es importante dimensionar adecuadamente el número de IIO’s a manipular y si está planeado un crecimiento de éstos; pues de ello dependerá la selección adecuada del HMl; existen fabricantes que manejan licencias dependiendo el número de puntos a controlar, y algunos otros dependiendo del tamaño de la pantalla es la memoria y capacidad de l/O’s que se pueden configurar, también hay pantallas capaces de realizar operaciones con ciertos algoritmos sin llegar a ser controladores.

En otro sector de HMl, se encuentran las iPC (computadoras industriales), éstas tienen características similares a las de una PC pero con la robustez que la industria exige, las computadoras de este tipo son las más desperdiciadas en la industria pues muchas veces se utilizan como un HMl de visualización gráfico sencillo, siendo estos dispositivos capaces de manejar grandes bases de datos, generar reportes, gráficos dinámicos, almacenamiento de datos históricos e intercambio de información con servidores, con una gran estabilidad y baja tasa de mantenimiento, incluso teniendo redundancia en almacenamiento de información y procesamiento.

El sistema SCADA es una aplicación de software que se utiliza principalmente para adquisición de datos de procesos de manera remota, cada elemento del sistema SCADA se divide en subsistemas locales y está orientado al control de la producción. Es capaz de enviar información a diferentes usuarios y los dividen en niveles para proporcionar diferentes accesos, estos requieren un monitoreo constante y a la vez de poder ir guardando estos registros en servidores (todo en tiempo real), equipos con la capacidad de poder monitorear varios equipos a la vez con una sola interface o varios paneles para visualizar diversas secciones de la máquina o proceso. Existen aplicaciones que requieren solamente trabajar como equipos aislados o “stand alone”, en otros casos se requieren paneles que estén en red para tener un sólo sistema de monitoreo y control; por lo tanto se requieren equipos eficientes para cubrir las diferentes necesidades.

En la actualidad muchas compañías están estandarizando los equipos para que tengan un sólo protocolo de red, de manera global se pueden definir como: paneles a nivel de operación y control, paneles a nivel monitoreo y sistemas supervisores, llevando datos a un nivel administrativo como a un sistema de bases de datos, enviando información de producción, paros de línea, alarmas específicas por el nivel de riesgo, tiempos muertos, etcétera; pero a un nivel corporativo, tanto de manera local como a nivel mundial, por ejemplo si una planta X que se encuentra en una localidad de México y su gerente corporativo quisiera revisar estadísticos desde Japón -sólo por poner un ejemplo-, lo podría revisar vía internet, a manera de monitoreo sin ningún problema siempre y cuando los equipos relacionados, como los controladores, paneles y servidores, estén acorde al mismo protocolo de comunicación y así poder llevarlo hasta ese nivel.

En otro punto de control, en los sistemas de seguridad es indispensable conocer el estado del sistema y perpetuidad de la instalación, para asegurar siempre tiempos de paro cortos, aumentar rentabilidad y sobretodo asegurar la protección de los operadores con instrucciones claras e inequívocas que permiten subsanar posibles fallos; existen pantallas diseñadas específicamente para este tipo de aplicaciones y con una configuración muy sencilla, incluso pueden alimentarse desde un HMl de diferentes fabricantes pero con la introducción del módulo específico de seguridad.

Este sector tiene una tendencia muy importante en estos tiempos ya que no es lo mismo al hacer control con equipos de seguridad y monitoreados de la misma forma a un sistema estándar¡ no es que los equipos estén peleados uno con el otro, sino que el hecho de dividir especialidades ayuda al usuario a elegir equipos dedicados al monitoreo de seguridad, esto tiene como propósito dar al usuario datos de una forma segura como parte de su monitor ea a nivel aislado y si se desea llevar esta información a un nivel estadístico· por medio de otros dispositivos adicionales sin perder el objetivo de seguridad.

TECNOLOGÍA Y DECISIONES PRUDENTES

La tecnología sigue desarrollándose cada vez más, por lo cual siempre se buscan mejoras en cuanto a capacidades de transferencia de información, almacenamiento, operaciones multitarea, costos de mantenimiento, entrenamiento, almacenamiento y sencillez de operación, entre otras cualidades según las necesidades existentes.

A partir de la comunicación inalámbrica y la relación estrecha que se tiene con las redes Ethernet, la mayoría de las compañías, si no es que todas, han estado trabajando para estandarizar este tipo de comunicación sin embargo es importante recalcar que no por el hecho de que las diversas marcas mencionen que tienen comunicación Ethernet, todas se puedan comunicar. Cada una de ellas tiene protocolos específicos dentro de las capas de Ethernet, pero también se puede lograr la comunicación mediante otros dispositivos especializados para ello.

Esto se menciona debido a que ya se oye hablar acerca de sistemas de monitoreo inalámbrico, y la forma de llevarlo a cabo de una manera sencilla es a través de Ethernet en actualidad se tiene la posibilidad de enviar datos de alarmas desde un PAC hacia un smartphone, o en su defecto visualizar una pantalla de monitoreo desde una tableta electrónica, entre otras muchas aplicaciones de este tipo que desde luego son mejoras para la parte operativa dentro de una planta.

Por todo lo anterior, se resume que un HMI con la información adecuada puede ayudar a diferentes áreas, como producción, calidad, logística, mantenimiento, etcétera, a diferencia de un HMI que sólo contenga datos que no se reflejen en información útil y que casi no será empleada, incluso se puede considerar retirarlo debido a su inefectividad: recuerden que consumirá energía eléctrica, nodos de comunicación y un espacio dentro de nuestro proceso debe ser rentable.

ACERCA DEL AUTOR

Los autores son Ingenieros de Servicios en Pilz de México.

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