Ya sea que nos damos cuenta o no, la mayoría de nosotros, como consumidores cotidianos, hemos formado algunas de nuestras propias opiniones sobre el aspecto y el uso de interfaces de máquina humana (HMI). Esto se debe a que nuestro uso regular de teléfonos inteligentes, sitios web e incluso los controles en nuestros automóviles realmente involucran HMI digitales. Cuando interactuamos con ellos, entendemos intuitivamente lo que está claro, qué es fácil de realizar y lo que es problemático o difícil.
Para equipos y sistemas de plantas, HMI industrial especializados han existido durante muchos años. El hardware y el software se han mejorado para proporcionar más opciones, pero a veces hay demasiadas opciones, lo que resulta en configuraciones más complejas de las que realmente se necesitan. Por otro lado, los estándares integrales se han desarrollado recientemente. Sin embargo, los estándares no siempre son apropiados para cada industria, tipo de sistema o preferencia, y es posible que no sean lo suficientemente específicos para todos los elementos que un HMI debe mostrar.
Los desarrolladores del Sistema Industrial y el Fabricante de Equipos Originales (OEM), que necesitan HMIS y quieren que sean útiles, pueden no tener el tiempo o el personal dedicado para crear sus propios estándares y estilos de HMI. La mejor opción para resolver este problema suele ser la simplicidad y la claridad, un método probado para proporcionar una conciencia y usabilidad situacional óptimas para los HMI. Este artículo proporciona consejos básicos y mejores prácticas para planificar e implementar un HMI de automatización de fábrica efectiva.
Verificación de recursos disponibles
Es importante verificar los recursos disponibles antes de comenzar cualquier diseño desde cero. Los documentos y estándares de la industria proporcionados por ISA101 y otras organizaciones proporcionan pautas de diseño HMI, pero muchos se centran en la industria de procesos, la industria petroquímica y la industria nuclear.
Dependiendo de la plataforma HMI utilizada, el entorno de desarrollo puede proporcionar bibliotecas de objetos estándar u opcionales, así como otras ayudas para crear nuevos proyectos, y vale la pena ver estos recursos. Tenga en cuenta que deberán hacerse algunas modificaciones antes de que estos objetos de la biblioteca puedan adoptarse como un estándar de la empresa.
Crear una planta HMI efectiva para una nueva aplicación es a menudo un proceso iterativo que puede simplificarse si comienza con los estándares o muestras aplicables. Definir objetos de bloques de construcción es un buen lugar para comenzar.
Determinar elementos de diseño
Es probable que cada usuario final use una combinación de elementos de la industria típicos, como válvulas y bombas, así como algunos componentes especializados, todos los cuales deben mostrarse en el HMI. El primer paso debe ser identificar los elementos que se reutilizarán y crear un diseño estándar para cada uno.
No todos los elementos de diseño HMI están asociados con dispositivos físicos. Los objetos HMI, como los botones de inicio/parada, los indicadores de encendido/apagado, los valores de las recetas y las etiquetas de entrada de datos, son construcciones lógicas que son necesarias para que el HMI interactúe con el controlador, pero no se describen necesariamente en ningún documento de diseño mecánico o eléctrico.
Cuando se trata de controladores, generalmente controladores lógicos programables (PLC), el HMI debe desarrollarse en estrecha conjunción con el código PLC. Si el PLC tiene alarmas especiales del dispositivo u otros valores derivados, como los tiempos de ejecución del motor, entonces el HMI debe manejar esas alarmas.
Construyendo un guión gráfico
Los guiones gráficos son una forma de mapear el proceso creativo. A menudo se asocian con películas, pero también pueden ser útiles para crear novelas, arquitectura y software. Al desarrollar HMIS de las plantas, los guiones gráficos permiten a los diseñadores preplanar el número de pantallas y jerarquías requeridas para que el equipo pueda revisar el proceso antes de realizar un importante trabajo de configuración de HMI.
Los diseñadores pueden crear guiones gráficos utilizando contornos basados en texto, hojas de cálculo, bocetos o una combinación de técnicas.
Independientemente del método que se utilice, debe ser flexible y permitir que el equipo de revisión comprenda y ayude a hacer buenos arreglos.
El guión gráfico debe mostrar cómo se interrelacionan el sistema, los subsistemas y otros detalles, lo que en términos de Layman significa lo que se muestra en cada pantalla. Esta disposición depende en gran medida de la complejidad de la automatización y los objetos de componentes de construcción que deben mostrarse.
Una máquina básica se puede configurar con solo una o dos pantallas para representar todas las condiciones de funcionamiento y proporcionar algunos objetos para la interacción del operador. Las máquinas más complejas tienen más pantallas, algunas de las cuales proporcionan entradas detalladas del operador, tendencias de datos históricos, registros de alarma/eventos e información de diagnóstico y rendimiento derivado.
Una vez que la complejidad de la automatización de fábrica alcanza un cierto nivel, puede ser útil introducir el concepto de jerarquía organizacional HMI, por ejemplo:
● Panel de nivel 1: proporciona una "descripción general" de información operativa;
● Control típico de nivel 2: una pantalla operativa simplificada que proporciona opciones básicas de monitoreo y control;
● Controles detallados de nivel 3: pantallas operativas detalladas que proporcionan más información que el nivel 2;
● Controles específicos de nivel 4: ventanas emergentes con configuración muy detallada o información de diagnóstico que se usa con poca frecuencia.
Al construir un guión gráfico, es importante recordar que los miembros del equipo deben incluir no solo programadores, sino también personas de otras disciplinas de ingeniería, así como personal de operaciones, miembros de mantenimiento y administradores. Cada miembro debe contribuir de acuerdo con su papel.
Definiendo el estilo de un HMI
El estilo de un HMI abarca una serie de factores de apariencia, sensación y funcionalidad. El concepto actual de un HMI de "alto rendimiento" requiere un color mínimo, objetos simples y lo que el usuario adopta debe ser apropiado para su aplicación particular. Las cosas a tener en cuenta al crear una guía de estilo HMI incluyen navegación y validez, selección de color, definiciones de texto de datos, gráficos simples y usabilidad.
1. Configuración de navegación. El sentido común sugiere que los controles más importantes suelen ser los comandos de inicio y parada, y los botones de navegación, que siempre deben ser fáciles de usar. Es una práctica común reservar algo de espacio en cada pantalla para estos controles.
Las ventanas emergentes suelen ser pantallas más pequeñas que aparecen frente a la pantalla completamente mostrada y se pueden usar para ver temporalmente e ingresar información muy específica y luego cerrarlas. A veces es útil permitir que las ventanas emergentes persistan, como el panel de ajuste de diferencial de integral proporcional (PID). Sin embargo, si bien las ventanas emergentes son útiles para tareas detalladas de uso frecuente, pueden interferir con las operaciones normales y ocupar espacio en la pantalla, por lo que deben evitarse tanto como sea posible.
Las contraseñas deben usarse según sea necesario para la seguridad, pero deben usarse con precaución para evitar bloquear el sistema e impedir al personal de operaciones. A menudo es útil lograr ajustes a los parámetros de la máquina en una sola pantalla protegida con contraseña.
2. Use el color con precaución. Los colores se pueden usar para fondos, fuentes, elementos estáticos y objetos animados, pero pueden ser un tema HMI muy controvertido. La mayoría de los estándares recomiendan usar fondos gris claro y objetos en escala de grises y un color de reserva para condiciones de trabajo inusuales. Esto proporciona una fácil visibilidad e indica eventos importantes al usuario. Sin embargo, ciertas industrias o equipos pueden decidir usar el color. La industria eléctrica generalmente usa rojo para la energización (peligro) y verde para la falla de energía (seguridad). Si el elemento del equipo tiene tres subsistemas codificados por colores, estos colores deben incluirse en la barra de título para una fácil identificación.
Además, evite usar la codificación de color animada que depende solo del objeto. Si es posible, es mejor proporcionar símbolos suplementarios auxiliares para indicar el estado o condición de.
3. Defina los datos de texto. Los estilos también se extienden a qué fuentes se usan y si el texto está capitalizado. Defina solo unas pocas fuentes para cubrir las opciones necesarias. Reserve fuentes más grandes o audaces para encabezados y contenido importante y fuentes más pequeñas para más detalles. Calcule qué valores son solo para visualización y cuáles pueden ingresar por el personal de operaciones. Incluya unidades de ingeniería y rangos permitidos.
4. Simplifique los gráficos para mejorar la eficiencia operativa. Uno de los principales beneficios de HMI digital es la capacidad de presentar a los usuarios imágenes e íconos gráficos reconocibles que no necesitan ser leídos o reducir posibles malentendidos debido a las barreras del idioma. Sin embargo, esto no significa que los gráficos deberían ser dibujos de ingeniería detallados, fotografías complejas o cualquier animación.
En cambio, la mejor práctica moderna es proporcionar gráficos icónicos simplificados siempre que sea posible. La animación puede ser útil en ciertas situaciones limitadas, pero consume recursos de procesamiento y a menudo se considera una distracción.
Si bien se desaconseja el uso de imágenes de mapa de bits, hay muchas buenas razones para incluirlas en la automatización de fábrica. Por ejemplo, los diseñadores pueden etiquetar imágenes de equipos y componentes con flechas para indicar claramente al usuario dónde está ocurriendo un problema.
5. Usabilidad primero. Busque otras características avanzadas que ayuden al operador a hacer su trabajo. En lugar de mostrar el nivel actual de un recipiente, muestre el nivel como una tendencia para que el operador pueda ver qué tan recientemente ha estado funcionando el sistema. Va un paso más allá y muestre los valores del indicador clave en la pantalla a través de mini tendencias.
Un concepto similar se aplica a las alarmas. Para la mayoría de los sistemas, es importante indicar alarmas actualmente activas. Un registro de alarma/evento histórico detallado con sellos de fecha/hora puede ayudar con la resolución oportuna al permitir que el usuario vea cómo se desarrolla un problema.
La conciencia situacional es el objetivo
El concepto de conciencia situacional se desarrolló a partir de la doctrina militar y más recientemente a partir de la aviación, pero también se aplica al diseño de automatización de fábricas industriales. El objetivo final de HMI para los sistemas de automatización es proporcionar toda la información relevante para que el usuario pueda comprender lo que está sucediendo y saber lo que debe hacerse.
Si bien las grandes empresas de ingeniería o las empresas de instalaciones de procesos pueden tener recursos significativos para dedicar al desarrollo de HMI, las empresas más pequeñas, los integradores de sistemas y los OEM pueden aprovechar al máximo los últimos conceptos de diseño. Considere los temas y experiencias de diseño descritos anteriormente al comienzo del proceso de diseño, e involucra personal clave para garantizar una experiencia HMI limpia y fácil de usar.