UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL SURESTE DE VERACRUZ

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Ingeniería enMantenimiento Industrial

ASIGNATURA:Visualización y control de procesos

DOCENTE:Ing. FRANCESCO CASISA

GRUPO:3

TAREA :INTERFAZ HOMBRE MAQUINA,CONCEPTOS,CLASIFICACION Y ESTRUCTURA

PARTICIPANTE:Saydel torres aburto

Titulo de la Tarea: investigación sobre los tipos de HMI y su arquitectura para implementarlos

Número de Tarea: 1

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Asignatura: Visualización y control de procesos Cuatrimestre. 10 Grupo: 1003Unidad temática: Interfaz Hombre -MaquinaTema: Estructura de HMINúmeros de participantes recomendables: 1 Duración: Nombre del alumno: Heder Daniel Garduza HernándezLugar : Salón de ClasesObjetivo: Intergrara sistemas de visualización de variables y control de un procesoMateriales: Libreta, investigaciones.

Equipos: N/AHojas de datos de seguridad: N/AEquipo de protección personal (EPP): N/ATratamiento de los residuos: N/ALista de cotejo/Verificación: N/A

INTRODUCCIÓN

El software HMI es un sistema que sirve de interfaz entre el hombre y la maquina, estos suelen usar indicadores y comandos, pilotos, paneles, pulsadores, etc., en la actualidad estos procesos están implementados con controladores y dispositivos electrónicos y que dejan disponibles puertas de comunicación.

Software HMI:

Los software HMI permiten realizar varias funciones entre las que se encuentran las interfaces graficas de modo de poder ver el proceso e interactuar con el registro en tiempo real de modo que se puede manejar el sistema desde una interfaz interactuando son el proceso.

Al igual que en las terminales, los operadores requieren de una herramienta de diseño o desarrollo, el cual es usado para configurar la aplicación deseada, esperando que este haga o realice el proceso des dispositivos externos, o bien lo puede hacer por medio de una interfaz o tarjeta adquisitora de datos.

5 DEFINICIÓNES DE HMI (INTERFASE PERSONA MAQUINA)

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1. HMI: Un sistema de Interfase Persona Máquina permite al operador humano realizar la supervisión del funcionamiento adecuado de un proceso de producción de manera gráfica mediante un dispositivo de interfase con el operador, de tal forma que él pueda tomar decisiones y acciones oportunas sobre el proceso aún sin la necesidad de estar presente en forma física. Para lograr todo lo anteriormente mencionado, el HMI debe proporcionar información confiable y a tiempo tanto desde el proceso hacia el operador, y viceversa.

2. HMI: es un término que se refiere a una relación dada entre el ser humano o la persona y la máquina a través de una interface. Nuestra definición está configurada en la comprensión que lleva al ser humano a realizar una extensión de sus capacidades. Por la extensión de nuestras capacidades por medio de las máquinas, se entiende las ventajas que dan al ser humano para realizar otras tareas concomitantes, dejando las rutinarias o de tipo autómata a las máquinas. Además por extensión se comprende la posibilidad de realizar tareas que comprendas a las máquinas como interface para la comunicación directa o indirecta con otros seres humanos.

3. HMI: el intercambio de símbolos entre dos o más partes, asignando a los participantes en el proceso comunicativo, los significados a esos símbolos", Booth (1989) o la de Johnson (1992), el cual considera a la interacción hombre máquina: "(…) como el estudio de la interacción entre la gente, los ordenadores y las tareas".

4. HMI: el dispositivo o sistema que permite el interfaz entre la persona y la máquina, responde principalmente a la necesidad de tener un control más preciso y agudo de las variables de producción y de contar con información relevante de los distintos procesos en tiempo real.

5. HMI: Una interfaz Hombre-Máquina o HMI, Human Machine Interface, por sus siglas en inglés, es un sistema que presenta datos a un operador y a través del cual éste controla un determinado proceso para estandarizar el monitoreo y control de sistemas a distancia, PLCs y otros mecanismos de control.

TIPOS DE HMI (INTERFASE PERSONA MAQUINA)

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En general podemos describir dos grandes clasificaciones: Aquellas cuyo software de programación es propio de cada marca y sus limitantes están

fijadas por esta misma, ejemplo de ellos serian CTC, GOT1000, Panel View. Otras nos permiten una mayor versatilidad ya que trabajan en ambiente windows y se

pueden programar en leguajes como Visual C, C++, Labview, entre otros, y por lo mismo sus capacidades son mayores, ejemplo de estas serian HPX, computadoras industriales entre otras.

Lenguajes de programación visual

Lenguajes de programación visual :Se utilizan para desarrollar software HMI a medida del usuario. Una vez generado el software el usuario no tiene la posibilidad de reprogramarlo. Un ejemplo de este lenguaje es VISUAL BASIC.

Desarrollados a medida. Se desarrollan en un entorno de programación grafica como VC++,Deldhi,etc.

Paquetes enlatados HMI.Son paquetes de software que contenplan la mayoría de las funciones estándares de los sistemas SCADA.Ejemplos son FIX,WinCC,etc.

Paquetes de desarrollo orientados a tareas HMI :Pueden ser utilizados para desarrollar un HMI a medida del usuario y/o ejecutar un HMI desarrollado para el usuario. El usuario podrá reprogramarlo si tiene la llave (software) para hacerlo. Un ejemplo de estos paquetes es WONDERWARE.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS HMI

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SCADA(Control de Supervisión y Adquisición de Datos)Es un sistema basado en computadores que permite supervisar y controlar variables de proceso a distancia, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo

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(controladores autónomos) y controlando el proceso de forma automática por medio de un software especializado. También provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros usuarios supervisores dentro de la empresa (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos, etc.).La realimentación, también denominada retroalimentación o feedback es, en una organización, el proceso de compartir observaciones, preocupaciones y sugerencias, con la intención de recabar información, a nivel individual o colectivo, para mejorar o modificar diversos aspectos del funcionamiento de una organización. La realimentación tiene que ser bidireccional de modo que la mejora continua sea posible, en el escalafón jerárquico, de arriba para abajo y de abajo para arriba.

Componentes del sistemaLos tres componentes de un sistema SCADA son:

1. Múltiples Unidades de Terminal Remota (también conocida como UTR, RTU o Estaciones Externas).

2. Estación Maestra y Computador con HMI.3. Infraestructura de Comunicación.

Unidad de Terminal Remota (RTU)La RTU se conecta al equipo físicamente y lee los datos de estado como los estados abierto/cerrado desde una válvula o un interruptor, lee las medidas como presión, flujo, voltaje o corriente. Por el equipo el UTR puede enviar señales que pueden controlarlo: abrirlo, cerrarlo, intercambiar la válvula o configurar la velocidad de la bomba, ponerla en marcha, pararla.La RTU puede leer el estado de los datos digitales o medidas de datos analógicos y envía comandos digitales de salida o puntos de ajuste analógicos.Una de las partes más importantes de la implementación de SCADA son las alarmas. Una alarma es un punto de estado digital que tiene cada valor NORMAL o ALARMA. La alarma se puede crear en cada paso que los requerimientos lo necesiten. Un ejemplo de un alarma es la luz de "tanque de combustible vacío"del automóvil. El operador de SCADA pone atención a la parte del sistema que lo requiera, por la alarma. Pueden enviarse por correo electrónico o mensajes de texto con la activación de una alarma, alertando al administrador o incluso al operador de SCADA.

Estación Maestra

El termino "Estación Maestra" se refiere a los servidores y al software responsable para

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comunicarse con el equipo del campo (RTUs, PLCs, etc) en estos se encuentra el software HMI corriendo para las estaciones de trabajo en el cuarto de control, o en cualquier otro lado. En un sistema SCADA pequeño, la estación maestra puede estar en un solo computador, A gran escala, en los sistemas SCADA la estación maestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de software distribuido, y sitios de recuperación de desastres.El sistema SCADA usualmente presenta la información al personal operativo de manera gráfica, en forma de un diagrama de representación. Esto significa que el operador puede ver un esquema que representa la planta que está siendo controlada. Por ejemplo un dibujo de una bomba conectada a la tubería puede mostrar al operador cuanto fluido está siendo bombeado desde la bomba a través de la tubería en un momento dado o bien el nivel de líquido de un tanque o si la válvula está abierta o cerrada. Los diagramas de representación puede consistir en gráficos de líneas y símbolos esquemáticos para representar los elementos del proceso, o pueden consistir en fotografías digitales de los equipos sobre los cuales se animan las secuencias.Los bloques software de un SCADA (módulos), permiten actividades de adquisición, supervisión y control.

Infraestructura y Métodos de Comunicación

Los sistemas SCADA tienen tradicionalmente una combinación de radios y señales directas seriales o conexiones de módem para conocer los requerimientos de comunicaciones, incluso Ethernet e IP sobre SONET (fibra óptica) es también frecuentemente usada en sitios muy grandes como ferrocarriles y estaciones de energía eléctrica. Es más, los métodos de conexión entre sistemas puede incluso que sea a través de comunicación wireless (por ejemplo si queremos enviar la señal a una PDA, a un teléfono móvil,...) y así no tener que emplear cables.Para que la instalación de un SCADA sea perfectamente aprovechada, debe de cumplir varios objetivos:

1. Deben ser sistemas de arquitectura abierta (capaces de adaptarse según las necesidades de la empresa).

2. Deben comunicarse con facilidad al usuario con el equipo de planta y resto de la empresa (redes locales y de gestión).

3. Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware. También tienen que ser de utilización fácil.

Esquema de un sistema típico

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Este esquema es un ejemplo de la aplicación del sistema SCADA en áreas industriales. Éstas áreas pueden ser:

Monitorizar procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de suministro de agua, para controlar la generación y distribución de energía eléctrica, de gas o en oleoductos y otros procesos de distribución.

Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación). Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y determinar

modos de fallo, MTBF, índices de Fiabilidad, entre otros). Control de Calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios para

calcular índices de estabilidad de la producción CP y CPk, tolerancias, índice de piezas NOK/OK, etc.

Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con un servidor ERP (Enterprise Resource Planning o sistema de planificación de recursos empresariales), e integrarse como un módulo más).

Tratamiento histórico de información (mediante su incorporación en bases de datos).

ARQUITECURA Y PASOS PARA DISEÑAR UN HMI

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Existen tres puntos de vista distintos en una HMI: el del usuario, el del programador y el del diseñador. Cada uno tiene un modelo mental propio de la interfaz, que contiene los conceptos y expectativas acerca de la interfaz, desarrollados a través de su experiencia.mental propio de la interfaz, que contiene los conceptos y expectativas acerca de la interfaz, desarrollados a través de su experiencia.o Modelo del usuario. El usuario tiene su visión personal del sistema, y espera que éste se comporte de una cierta forma, que se puede conocer estudiando al usuario (realizando tests de usabilidad, entrevistas, o a través de una realimentación). Una interfaz debe facilitar el proceso de crear un modelo mental efectivo. Para ello son de gran utilidad las metáforas, que asocian un dominio nuevo a uno ya conocido por el usuario. Las metáforas relacionan el sistema con algo ya conocido por el usuario: ejemplo del escritorio (Figura 1), Metáfora de proceso industrial (Figura 2).

FIGURA 1

FIGURA 2

Modelo del programador.

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Es el más fácil de visualizar, al poderse especificar formalmente. Está constituido por los objetos que manipula el programador (ejemplo: base de datos - agenda telefónica). Estos objetos se deben esconder del usuario.Los conocimientos del programador incluyen la plataforma de desarrollo, el sistema operativo, las herramientas de desarrollo, especificaciones. Sin embargo, esto no significa necesariamente que tenga la habilidad de proporcionar al usuario los modelos y metáforas más adecuadas.

Modelo del diseñador.

El diseñador mezcla las necesidades, ideas, deseos del usuario y los materiales de que dispone el programador para diseñar un producto de software. Es un intermediario entre ambos. El modelo del diseñador describe los objetos que utilizan el usuario, su presentación al mismo y las técnicas de interacción para su manipulación.

El modelo tiene tres partes: presentación, interacción y relaciones entre los objetos.

Presentación: es lo que primero capta la atención del usuario, pero más tarde pasa a un segundo plano. La presentación no es lo más

Relevante, y un abuso en la misma (por ejemplo, en el color) puede ser contraproducente, distrayendo al usuario.

Interacción: a través de diversos dispositivos que utiliza el usuario. Relaciones entre los objetos: es donde el diseñador determina la metáfora adecuada

que encaja con el modelo mental del usuario.

Reglas para el diseño de interfaces

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Reglas de oro del diseño de interfaces: Dar control al usuario. Reducir la carga de memoria del usuario. Consistencia.

Regla 1: Dar control al usuario.

El diseñador debe dar al usuario la posibilidad de hacer su trabajo, en lugar de suponer qué es lo que éste desea hacer. La interfaz debe ser suficientemente flexible para adaptarse a las exigencias de los distintos usuarios del programa.Principios:1. Usar adecuadamente los modos de trabajo.2. Permitir a los usuarios utilizar el teclado o el mouse.3. Permitir al usuario interrumpir su tarea y continuarla más tarde.4. Utilizar mensajes y textos descriptivos.5. Permitir deshacer las acciones, e informar de su resultado.6. Permitir una cómoda navegación dentro del producto y una fácil salida del mismo.7. Permitir distintos niveles de uso del producto para usuarios con distintos niveles de experiencia.8. Hacer transparente la interfaz al usuario, que debe tener la impresión de manipular directamente los objetos con los que está trabajando.9. Permitir al usuario personalizar la interfaz (presentación, comportamiento e interacción).10. Permitir al usuario manipular directamente los objetos de la interfaz.En suma, el usuario debe sentir que tiene el control del sistema.

Regla 2: Reducir la carga de memoria del usuario. La interfaz debe evitar que el usuario tenga que almacenar y recordar información.Principios:1. Aliviar la carga de la memoria de corto alcance (permitir deshacer, copiar y pegar; mantener los últimos datos introducidos).2. Basarse en el reconocimiento antes que en el recuerdo (ejemplo: elegir de entre una lista en lugar de teclear de nuevo).3. Proporcionar indicaciones visuales de dónde está el usuario, qué está haciendo y qué puede hacer a continuación.

4. Proporcionar funciones deshacer, rehacer y acciones por defecto.

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5. Proporcionar atajos de teclado (iniciales en menús, teclas rápidas).6. Asociar acciones a los objetos (menú contextual).7. Utilizar metáforas del mundo real (sistema telefónico, agenda, Figura 3). Ejemplo de mala metáfora: iconos de Lotus Organizer(Figura 4).

FIGURA 3

8. Presentar al usuario sólo la información que necesita (menús simples/avanzados, wizardsasistentes).

9. Hacer clara la presentación visual (colocación/agrupación de objetos, evitar la presentación

FIGURA 4

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de excesiva información; véase en laFigura 5).

Regla 3: Consistencia. Permite al usuario utilizar conocimiento adquirido en otros programas. Ejemplo: mostrar siempre el mismomensaje ante un mismo tipo de situación, aunque se produzca en distintos lugares. Principios:1. Consistencia en la realización de las tareas: proporcionar al usuario indicaciones sobre el proceso que está siguiendo.2. Consistencia dentro del propio producto y de un producto a otro. La consistencia se aplica a la presentación (lo que es igual debeaparecer igual: color del texto estático), el comportamiento (un objeto se comporta igual en todas partes) y la interacción (los atajos yoperaciones con el mouse se mantienen).

ANÁLISIS Y MODELIZACIÓN DE TAREAS

FIGURA 5

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Una HMI permite la automatización de tareas que se realizan en forma no computarizada. Antes de su diseño es necesario hacer un análisis de las tareas que el usuario desempeña en su actividad actual.El diseñador de interfaces debe conocer y comprender las tareas que realizan los humanos en el entorno a considerar, para luego poder transformarlas en un conjunto parecido de tareas que se implementan en la HMI. Un enfoque alternativo para el análisis de tareas es el orientado a los objetos, donde el diseñador observa los objetos físicos utilizados por el futuro usuario y las acciones que se aplican a cada objeto.Una vez que cada tarea o acción se ha definido se puede comenzar con el diseño de la interfaz, que puede realizarse siguiendo el siguiente orden:

1. Establecer los objetivos e intenciones de cada tarea.2. Asignar a cada objetivo/intención una secuencia de acciones específicas.3. Especificar la secuencia de acciones tal y como se ejecutarán en el nivel de interfaz.4. Indicar el estado del sistema, es decir, qué aspecto tiene la interfaz en el momento en que se ejecuta una acción de lasecuencia.5. Definir los mecanismos de control, es decir, los dispositivos y acciones accesibles al usuario para modificar el sistema.6. Indicar cómo afectan los mecanismos de control al estado del sistema.7. Indicar cómo interpreta el usuario el estado del sistema a partir de la información suministrada a través de la interfaz. Es importante, en suma, realizar un diseño que parta del usuario, y no del sistema.

CONCLUSIONES

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Una HMI (interfaz hombre-máquina) es el lugar donde interactúan humanos con computadores, y por lo tanto un concepto amplio y en el que hay que tener en cuenta el entorno cultural, físico y social. El diseño de la HMI debe estar centrado en el usuario. Debe ser un medio abierto y sencillo que facilite la interacción y que simplifique las tareas de la actividad que este realiza. Su objetivo fundamental es la usabilidad.Un buen diseño aúna la funcionalidad con la estética y está basado en conocimientos fundados sobre la percepción humana. Existen reglas de fácil aplicación, estándares y guías de estilo que facilitan el diseño de interfaces y además facilitan el aprendizaje y reducenlos errores al permitir al usuario aprovechar el conocimiento adquirido en otros productos.

BILIOGRAFIA:

www.google.com

http://www.lsi.us.es/docencia/asignaturas/dihm.html