Qué es un HMI y cómo funciona

Las pantallas HMI existen desde hace décadas y son responsables de muchos de los avances tecnológicos actuales.

En la actualidad, son una herramienta principal en la que confían los operarios industriales y los supervisores en la línea de producción para la coordinación y el control de los procesos de fabricación.

En este artículo vamos a analizar su papel en la industria manufacturera y por qué deberías instalar este tipo de sistemas en tu planta de producción.

Qué es un HMI y sus características.

HMI es el acrónimo de Human Machine Interface (interfaz humano-máquina). La definición de una interfaz humano-máquina es la de una interfaz de usuario o un panel de control que combina software y hardware para ayudar al operario a comunicarse entre sistemas y máquinas.

Aunque el término puede aplicarse técnicamente a cualquier pantalla que permita a un usuario interactuar con un dispositivo, la pantalla HMI se utiliza más comúnmente en el contexto de un proceso industrial.

Las pantallas HMI utilizadas en el contexto industrial son en su mayoría pantallas o pantallas táctiles que conectan a los usuarios con las máquinas, los sistemas o los dispositivos.

Los operarios de las fábricas utilizan los paneles de operador HMI para controlar y automatizar la maquinaria, así como sus líneas de producción.

En concreto, las pantallas HMI pueden ser simples pantallas montadas en las máquinas de la fábrica, pantallas táctiles avanzadas, paneles de control multitáctiles, pulsadores, ordenadores con teclados, dispositivos móviles o una tableta.

Su objetivo es aumentar la productividad, incrementar el tiempo de funcionamiento y proporcionar una calidad de producto constante.

¿Para qué sirve un HMI?

En un sistema de automatización industrial, la HMI es muy importante, mediante el uso de una interfaz hombre-máquina podemos visualizar la representación de los sistemas de control, y también se puede disponer de la adquisición de datos en tiempo real.

Además, dispone de un control centralizado que te ayudará a mejorar la eficiencia de la pantalla. Por otro lado, puede averiguar si algún dispositivo no está funcionando correctamente o si hay algún fallo, por lo que hará sonar una alarma, para que el operario pueda conocer el fallo y determinar dónde está el fallo.

Hay muchos detalles a tener en cuenta en este tipo de paneles de operador, como la señalización y la gestión de los sistemas de automatización, pudiendo transformar los datos de los sistemas de control industrial en datos que serán comprensibles para el operador.

Otra variante que se usa con la pantalla HMI es el acceso remoto: se puede supervisar de forma segura el acceso o el control de todas las funciones del sistema. Esta característica te ayudará a controlar el programa que utilices de control a otros dispositivos móviles.

En definitiva, una interfaz hombre-máquina debe servir para ahorrar tiempo y ser funcional.

Por ello, se utilizan en varias industrias, como las plantas de fabricación, las máquinas expendedoras, los alimentos y las bebidas, los productos farmacéuticos y los servicios públicos, por nombrar sólo algunos.

Los sistemas HMI, junto con los PLC, suelen ser la columna vertebral de la línea de producción en estas industrias.

La integración de la pantalla HMI en la fabricación ha mejorado enormemente las operaciones. Permiten el control de supervisión y la adquisición de datos en todo el sistema, por lo que los cambios de parámetros son factibles a elección del operario.

Por ejemplo, en la fabricación de metales, un panel de operador HMI puede controlar cómo se corta y se dobla el metal, y a qué velocidad hacerlo. Además, ofrece un mejor control de las existencias y su reposición, de modo que se requieren menos solicitudes a los proveedores.

También se utilizan en los procesos de embotellado para controlar todos los aspectos de la línea de fabricación, como la velocidad, la eficiencia, la detección y la corrección de errores.

Las empresas de servicios públicos utilizan las HMI para controlar la distribución de agua y el tratamiento de aguas residuales.

Los sistemas HMI se utilizan en todo tipo de industrias, como:

• Automoción.
• Electrónica.
• Entretenimiento.
• Energía.
• Alimentación y bebidas.
• Fabricación.
• Militar.
• Medicina.
• Petróleo y gas.
• Energía.
• Reciclaje.
• Robótica.
• Agua y aguas residuales.

 

¿Cómo funciona un sistema HMI?

Un sistema HMI consta de una pantalla de monitorización, un panel de mando y puertos de comunicación. Este puede integrarse en nuestro proceso con la ayuda de un PC y se hace mediante el uso de software específico para transferirlo a la HMI, que ejecutará el programa.

Los dispositivos de la fábrica pueden conectarse a la HMI, como la maquinaria de una línea de producción, los sensores de entrada-salida, que proporcionarán los datos al PLC.

La pantalla de monitorización en la HMI permite al operario interactuar con ella, mediante el panel de operación y por esto, el operario puede realizar las funciones requeridas.

Por otro lado, los puertos de comunicación en los paneles de operador HMI se utilizan para programar la pantalla y comunicarla con otros dispositivos para que los dispositivos en una fábrica puedan comunicarse con la HMI.

Aspectos a tener en cuenta para el funcionamiento de un sistema HMI

En primer lugar, hay que tener en cuenta los demás componentes que son necesarios para que funcione un sistema de control de fabricación.

La línea de producción está formada por toda la maquinaria que realiza el trabajo necesario para la fabricación del producto.

A continuación, hay que considerar los distintos sensores de entrada/salida que controlan la temperatura, la velocidad, la presión, el peso y el avance.

En tercer lugar, hay que decidir el PLC que recibirá los datos de los sensores de entrada/salida y los convertirá en combinaciones lógicas.

Un sistema HMI puede parecer muy técnico, pero en la práctica funciona de forma muy parecida a muchos de nuestros objetos cotidianos.

Algunos operarios industriales pueden utilizar una pantalla HMI para examinar y controlar los depósitos de agua, los sistemas de aguas residuales y las bombas para garantizar temperaturas y flujos satisfactorios junto a un sistema de supervisión SCADA que funcione correctamente.

A fin de cuentas, un sistema HMI bien diseñado no se limita a presentar funciones de control e información, sino que proporciona al operario funciones activas para obtener información sobre los resultados de esas acciones e información sobre el rendimiento del sistema.

¿Cómo se programa un sistema HMI?

La programación de un HMI es diferente de la mayoría de los otros lenguajes de programación. La razón es que la pantalla HMI es una representación visual de lo que ocurre en la planta de fabricación.

Por lo tanto, la programación de los paneles de operador HMI se denomina normalmente desarrollo de HMI, ya que la mayor parte del tiempo se dedica a diseñar la disposición 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 una HMI generalmente se encuentra en el PLC, dando al programador del PLC la mayor parte del control sobre la funcionalidad de cómo operará la HMI.

Sin embargo, ambas funciones se combinan en la mayoría de las instalaciones, y el programador del PLC creará los diseños de las pantallas HMI o estará lo suficientemente familiarizado con el proceso para dictar cómo se realizará la programación de la HMI.

Existen 4 pasos básicos que debes tener en cuenta a la hora de programar un sistema HMI:

1º Instalar el software y familiarizarse con él.
2º Crear estructuras básicas de entrada y salida vinculadas a un proceso basado en PLC.
3º Explorar las funciones intermedias de un terminal HMI.
4º Trabajar en sus habilidades de diseño.

En primer lugar, instala el software para familiarizarte con las herramientas de dibujo esenciales. Estas herramientas son similares a las que se ven en un software de diseño visual como Microsoft Paint, pero crean una forma diferente de interactuar con los elementos.

En segundo lugar, crea estructuras básicas de entrada y salida vinculadas a un proceso basado en un PLC. Un proyecto para principiantes puede ser crear un sencillo sistema de alumbrado de las instalaciones de tu empresa que permita al usuario iniciar el proceso y mostrar el alumbrado adecuado en función de las necesidades de las diferentes plantas de producción o instalaciones.

En tercer lugar, una vez que te sientas cómodo con esto, te recomendamos que explores las funciones intermedias de un terminal HMI.

En una aplicación real, el usuario debería diseñar un sistema de navegación, para tener una forma de entrar en las pantallas basado en la pulsación de botones y/o iconos, así como en una forma de mostrar los fallos generales del sistema, etc.

Las funciones avanzadas de un terminal HMI autónomo pueden incluir alarmas notificadas por el sistema, un sistema de seguridad basado en los permisos para los usuarios, una serie de elementos que se ocultan a un operador pero que están disponibles para el equipo de mantenimiento, etc.

 

Aspectos a tener en cuenta al escoger un HMI

A la hora de seleccionar una pantalla HMI siempre hay que tener en cuenta el entorno de funcionamiento. Por ejemplo: para su uso en un almacén con excesivo ruido o vibraciones, se podría optar por una HMI de alta resistencia.

Si se utiliza en la industria alimentaria o en algún lugar que haya función de lavado de los alimentos, selecciona una pantalla HMI protegida contra el agua. También hay que tener en cuenta la temperatura como factor en el proceso de selección.

Si se utiliza en una planta siderúrgica, junto a un horno, se necesitará algo que pueda soportar temperaturas extremas.

¿Cuáles son los tipos de HMI?

Existen varios tipos de pantallas HMI según su funcionalidad y uso que analizaremos a continuación.

Reemplazo de botones pulsador

Este es el principal tipo de HMI, el panel de control central tiene varios botones y estos botones son para hacer tareas específicas. Este tipo será muy útil para fines industriales.

Mediante el HMI de tipo pulsador, se puede mejorar la productividad y la eficiencia de una fábrica. Así que, usando este tipo, el operario puede dar órdenes a la máquina para hacer varias operaciones.

Controlador de datos

Este tipo de HMI se utiliza para la recopilación de datos y estos datos serán transferidos a un disco duro de acuerdo a la necesidad del usuario.

Además, será útil para manejar aplicaciones que utilizan una gran cantidad de datos.

Supervisor

Este es otro tipo de HMI y se utiliza con el sistema operativo Windows. Este tipo tiene una gran interacción visual entre el operador humano y la máquina. Por lo que tendrá una pantalla táctil que permitiría una interfaz gráfica.

Estos son los tipos de HMI más utilizados y el usuario puede seleccionarlos según sus aplicaciones.

Ventajas de un sistema HMI

Los sistemas HMI están en todas partes y seguramente no van a desaparecer pronto. Aunque utilizamos las pantallas HMI en nuestros smartphones y ordenadores portátiles, los lugares de trabajo empresariales e industriales dependen de los HMI para una comunicación eficiente, la productividad, la prevención de errores y el registro de datos.

El impacto interactivo de la interfaz hombre-máquina es mucho más importante que su funcionalidad básica. La pantalla HMI es el principal punto de contacto entre el usuario y una máquina o proceso.

A continuación te cito los beneficios más destacados de utilizar pantallas HMI en tu empresa.

Mejora la comunicación

Si entras en una oficina, te darás cuenta al instante de que casi todo el mundo está delante de un ordenador. Es probable que todos los miembros de la oficina se comuniquen de este modo, ya sea mediante circulares, correos electrónicos o mensajería instantánea.

También es común ver fabricantes y almacenes de producción con HMI que aumentan la comunicación entre los diferentes departamentos de una empresa.

Mejora la productividad

El hecho de que una persona pueda realizar algo de forma manual no significa que sea la mejor idea; después de todo, las máquinas son más rápidas. Los HMI ayudan a las máquinas a producir más trabajo en menos tiempo, mejorando la productividad y la eficiencia.

Previene las lesiones relacionadas con el trabajo

En lugar de manejar de forma manual una máquina, los trabajadores pueden utilizar las funciones de la misma a través de pantallas táctiles (HMI). Esto también hace que haya menos riesgo de lesiones y que los trabajadores estén más contentos.

Registro y traducción de datos

Los paneles de operador HMI son conocidos por su capacidad de registrar datos, lo que es ideal en entornos industriales.

Al introducir comandos en un HMI, el sistema correspondiente puede registrar la información. Ésta puede utilizarse posteriormente para otros fines, como la resolución de problemas y el ajuste de la configuración.

El uso de una pantalla HMI como un ordenador también permite a las empresas comunicarse eficazmente con sus clientes.

En el caso de las empresas de fabricación, los clientes pueden hacer pedidos en línea. El procesador transmite los datos del pedido al almacén, lo que permite agilizar su realización y envío.

Por otra parte, los paneles de operador HMI convierten los datos del sistema de control industrial en datos comprensibles para el operario, sobre todo en forma de representación visual, por lo que el operario podrá ver la representación gráfica del sistema y podrá controlarlo.

Se puede reducir el coste del hardware

Al utilizar la HMI estamos reduciendo los costes industriales al eliminar o reducir las consolas, paneles, cables, etc.

Internet de las cosas

El IoT (Internet de las Cosas) puede considerarse como una colección de dispositivos. En este caso el sistema HMI también está conectado a Internet y por ello es posible el control remoto y la supervisión de la red.

¿En qué se diferencia un HMI de un SCADA?

Los sistemas SCADA se utilizan para supervisar y controlar grandes áreas, normalmente una parte concreta o una planta completa. En resumen,  es una combinación de muchos sistemas que incluyen sensores, RTU y PLC.

Los datos de todos estos sistemas se envían a la unidad central SCADA para procesarlos. A su vez, esta unidad tiene su propia pantalla HMI. Por eso mucha gente se confunde y piensa que SCADA y HMI son lo mismo.

En cambio, una unidad HMI está integrada al SCADA para supervisar y controlar cualquier dispositivo que esté conectada a la pantalla. En conclusión, la HMI puede formar parte del SCADA, pero el SCADA no puede formar parte de una HMI. Es así de sencillo.

Para tener más información sobre los sistemas SCADA, consulta nuestro artículo: «¿Qué es un SCADA?»

Conclusión

Las interfaces hombre-máquina están en continuo desarrollo. Evolucionando a partir de la pulsación de un botón, las HMI se utilizan para mejorar nuestra vida cotidiana, de modo que las tareas se realizan prácticamente sin esfuerzo.

También se utilizan para contribuir al avance de la tecnología y de las empresas, ya que mejoran las comunicaciones, evitan errores, aumentan la productividad y registran datos vitales.

En conclusión, proporcionan una importante visión de lo que ocurre dentro del sistema de control. Además, es una forma fácil de ver múltiples eventos en tiempo real y facilitan una mayor seguridad al operario, aumenta la productividad y facilita la resolución de problemas.

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