Una interfaz hombre-máquina o HMI se define como una característica o componente de un dispositivo o aplicación de software en particular que permite a los humanos interactuar con las máquinas. Algunos ejemplos de dispositivos HMI comunes que encontramos en nuestra vida diaria incluyen pantallas táctiles y teclados.
Las HMI que se utilizan en entornos industriales son principalmente pantallas o pantallas táctiles que conectan a los usuarios con máquinas, sistemas o equipos. Los operadores de planta utilizan HMI para controlar y automatizar las máquinas y sus líneas de producción. Las HMI pueden ser pantallas simples montadas en las máquinas de la planta, pantallas táctiles avanzadas, paneles de control con capacidad multitáctil, botones, computadoras con teclados, dispositivos móviles o tabletas.
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La evolución de la interfaz hombre-máquina
Interactuar con máquinas mediante procesamiento por lotes
En la década de 1950, el procesamiento por lotes era el modo dominante de tratar con máquinas en lo que a insumos se refiere.
El procesamiento por lotes requería que el usuario especificara todos los detalles y la secuencia de tareas, generalmente mediante una tarjeta perforada. Esta tarjeta perforada se introducía en la máquina. La máquina la evaluaba y proporcionaba los resultados. El procesamiento por lotes no es un modo eficaz de interacción hombre-máquina porque la técnica es propensa a errores.
Interactuar con máquinas mediante la interfaz de línea de comandos
El desarrollo de la interfaz de línea de comandos sigue el proceso de procesamiento por lotes. El procesamiento por línea de comandos es una forma más interactiva para que el usuario interactúe con la máquina y le permite emitir comandos directos a la máquina. Esto se hace ingresando líneas sucesivas de texto mediante un programa que acepta texto. Esta era la forma principal de trabajar con máquinas en la década de 1960.
Interacción con máquinas mediante interfaces gráficas de usuario
Las interfaces gráficas de usuario (GUI) constituyen la siguiente etapa de la interacción entre humanos y computadoras. Estas interfaces permiten que los usuarios finales interactúen con las máquinas mediante elementos gráficos enriquecidos, como ventanas, botones e íconos. Esto se denomina modelo WIMP (ventanas, íconos, menús y punteros). Los dispositivos reales que se utilizan para la interacción incluyen dispositivos como teclados y ratones.
Fase post-WIMP
Con el aumento del uso de computadoras y tecnología en la sociedad moderna, se requiere un nivel más sofisticado de interacción entre humanos y computadoras. Esto ha llevado al desarrollo de pantallas táctiles e interfaces de usuario que permiten a los usuarios interactuar con objetos virtuales mediante manijas físicas.
HMI y fabricación
El papel de la HMI en los sistemas SCADA
La mayoría de los sistemas SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) dependen de componentes HMI integrados para funcionar de manera eficiente; el sistema SCADA es el principal sistema de control general de una planta o instalación y es responsable de regular todas las operaciones complejas que ocurren.
Tradicionalmente, para integrar una línea de producción con una HMI, esta debe estar conectada a un controlador lógico programable (PLC) y la HMI muestra los datos recibidos del PLC y proporciona información del usuario al PLC. Estas visualizaciones gráficas suelen ser muy simples.
Una HMI básica permite al operador o al gerente de la planta verificar parámetros típicos como la temperatura de la máquina, los recuentos de procesos, el estado de la máquina y los recuentos de materiales.
Ejemplos de HMI y SCADA
En muchas plantas de tratamiento de agua y aguas residuales se encuentran escenarios estándar que involucran HMI. Estas instalaciones a menudo enfrentan desafíos porque el tratamiento del agua involucra muchas etapas, como el tamizado, el bombeo y la eliminación de diversos microorganismos y residuos dañinos. Además, cada etapa del tratamiento puede ocurrir en áreas que están a kilómetros de distancia, lo que significa que monitorear y controlar los equipos y procesos puede ser un desafío.
Una pantalla HMI integrada en un sistema SCADA generalmente está conectada a un PLC, lo que permite al operador monitorear de forma remota los niveles de agua, pH, bombas, sólidos disueltos o niveles de ciertos químicos tóxicos.
La HMI se puede utilizar para encender y apagar las bombas en función del nivel del tanque. Además, si el pH cae por debajo de un determinado nivel, la HMI suele mostrar una alarma, que se puede ajustar mediante el monitor de pantalla táctil. De esta manera, la HMI permite al operador supervisar y controlar los procesos y las etapas del tratamiento del agua.
Muchas de las HMI industriales modernas desarrolladas para el entorno de las fábricas inteligentes cuentan con numerosas funciones multimedia. Permiten a los usuarios recibir alertas SMS integradas sobre el estado de las máquinas, alertas por correo electrónico y también ver videos integrados de los procesos de la planta. Las HMI más sofisticadas permiten el control remoto de múltiples máquinas y operaciones en múltiples sitios, así como el análisis de las operaciones de la planta. Las HMI también pueden mostrar paneles con indicadores clave de rendimiento relacionados con la fabricación y la planta.
Como resultado, el papel de la HMI está evolucionando rápidamente a medida que se continúan integrando nuevas tecnologías.
Principales beneficios de invertir en una HMI avanzada para su planta
En la actualidad, existen en el mercado una serie de HMI avanzados que pueden supervisar y controlar la maquinaria de la planta. En términos de invertir en un HMI avanzado con múltiples funciones, como la capacidad de supervisar máquinas de forma remota y utilizar paneles de resultados de KPI, el principal beneficio es la optimización de los procesos y las operaciones de la planta.
Otra ventaja importante es la posibilidad de visualizar fácilmente datos críticos en tiempo real. Estos atributos de las HMI avanzadas modernas ayudan en gran medida a reducir la complejidad del entorno de la planta.
Además, los propietarios de plantas pueden utilizar las HMI para responder rápidamente a condiciones cambiantes o desafiantes. Como resultado, se aumenta la eficiencia debido a la reducción del tiempo de inactividad. Esto proporciona a los propietarios de plantas sistemas inteligentes que pueden reducir los costos y el desperdicio y, en última instancia, mejorar los procesos y la rentabilidad.
En el futuro, las HMI de borde o de nivel de máquina serán aún más potentes y tendrán la oportunidad de competir en tiempo real.
¿Debería construir o comprar una HMI?
La pregunta que los propietarios de fábricas suelen plantearse es: "¿Debería construir o comprar una HMI?". Se trata de una pregunta muy amplia que no tiene una respuesta sencilla porque hay muchas variables que tener en cuenta. Algunas de las preguntas que hay que plantearse son:
- ¿Qué procesos y operaciones deben controlar las HMI en una fábrica?
- ¿Qué máquinas y parámetros necesita monitorizar la planta?
- ¿Qué tan compleja debe ser la HMI?
- ¿Tiene la organización experiencia y conocimientos internos?
- ¿Tiene el propietario de la fábrica tiempo para diseñar, desarrollar y probar la HMI?
- La necesidad del mercado de modernizar rápidamente los productos y si es factible dentro de la empresa hacerlo
- El mercado también está impulsando rápidos avances tecnológicos, por lo que se aplican las mismas consideraciones.
- ¿Es posible incorporar tecnología externa al equipo de desarrollo interno existente?
- ¿Cuál es el presupuesto disponible?
- ¿Cuál es el objetivo final: un prototipo simple para un proyecto de investigación o una versión controlada y totalmente funcional de la HMI?
En definitiva, a menos que el propietario de la planta o el fabricante tengan experiencia en el diseño, desarrollo y construcción de HMI, suele tener más sentido comprar. Esto ahorrará tiempo y proporcionará una solución que ha sido probada. Como mínimo, se debe investigar y el fabricante o el propietario de la planta deben consultar a un consultor o experto antes de embarcarse en el diseño de su propia HMI.
El futuro de la interacción hombre-ordenador
Actualmente, existen diversas predicciones sobre cómo podría ser el futuro del próximo nivel de HCI. Se espera que tecnologías como la computación en la nube, la computación cognitiva y la Internet de las cosas (IdC) desempeñen un papel en el desarrollo del próximo nivel de HCI.
Predecir qué surgirá en el próximo nivel de interacción es un desafío. Sin embargo, no hay duda de que habrá un nivel más alto de asociaciones entre humanos y computadoras que impulsarán la productividad en todas las industrias.
En términos de las demandas de la Industria 4.0, la HMI industrial también verá una mayor integración de tecnologías nuevas y emergentes que tendrán un impacto en la HMI en su conjunto.