AUTOMATAS PROGRAMABLES - LECCION 7 - PARTE 1
ESTACION DE TRABAJO DE UN AUTOMATA

Habiendo definido cómo debe ser el software que maneje a un PLC desde una PC (vea la edición anterior) analizaremos ahora cómo debe ser la interfaz del operador, deteniéndonos en los aspectos tecnológicos del sistema a los efectos de que pueda evaluarse cuál es la mejor opción para cada caso. En este artículo comenzamos explicando algunos aspectos básicos sobre los requisitos que debe cumplir el elemento que presenta la información (pantalla). Cabe aclarar que, si Ud. desea descargar el curso completo que estamos describiendo (más de 300 páginas), puede hacerlo gratuitamente desde nuestra web con la clave "control204".

INTRODUCCION

En todo sistema de control existen vínculos que establecen una relación entre los operadores y el proceso. Estos vínculos se establecen por medio de equipos que constituyen la Interfaz al ser humano (Human Interface HI). Otras denominaciones utilizadas son: Human-Machine-Interface (HMI), Man-Machine-Interface (MMI), Operator Interface (OI), Graphical User Interface (GUI).

Las necesidades que la HMI debe satisfacer en una planta industrial, depende en gran medida de la función del usuario:

  • El personal de operaciones debe operar la planta dentro de especificaciones prefijadas.
  • El personal de mantenimiento debe tomar acciones preventivas y correctivas a fin de garantizar la continuidad de la operación.
  • El personal de procesos debe verificar que se cumplan las especificaciones de procesos, y establecer técnicas que maximicen el rendimiento de cada unidad.
  • El personal de producción debe establecer planes de producción adecuados para los distintos productos, maximizando el aprovechamiento de la planta en su conjunto.
  • El personal de control debe definir estrategias de control concurrentes con los objetivos especificados por procesos.
  • El personal de marketing y la gerencia deben utilizar la información de costos, planes de producción y capacidad ociosa para establecer estrategias que respondan a situaciones de mercado y de la empresa.

El operador de la planta es el usuario más tradicional. Algunos de los restantes usuarios no interactúan con la HMI sino a través del operador, por medio de planillas que éste debe completar con los datos del proceso. Otros usuarios, como el personal de marketing, no tienen tradicionalmente contacto directo o indirecto con la HMI.

El fácil acceso a la información que ofrece la nueva generación de sistemas de control transforma a todos, desde el operador hasta el personal de marketing, en usuarios directos, accediendo sin intermediarios a la información que necesitan. Uno de los eslabones en la cadena requerida para que cada uno de los usuarios cumpla con sus objetivos es un buen diseño de la HMI. Para ello, se deben considerar múltiples aspectos tecnológicos y humanos. En los siguientes puntos analizaremos las HMI desde los siguientes puntos de vista:

  • Evolución Histórica
  • Aspectos tecnológicos
  • Aspectos humanos
COMPONENTES DE UNA ESTACION DE TRABAJO
Los principales componentes de una estación de trabajo típica son similares a los de una computadora personal. El elemento predominante es el monitor, usualmente de tipo CRT. La estación de operación se completa con periféricos que permitan al operador interactuar con el proceso, incluyendo la impresora, mouse, teclado, etc. Estos elementos pueden ser instalados en un escritorio convencional, o integrarse en una consola de diseño ergonómico.

El Monitor
El monitor es un dispositivo utilizado para representar información relacionada con la operación de un sistema. La tecnología más usual utilizada para monitores es el tubo de rayos catódicos. En este caso, las características de un monitor responden al conjunto de CRT y adaptador de video utilizados. El adaptador de video, es una tarjeta que contiene circuitos electrónicos que actúan como interface entre el CRT y los buses internos de la computadora.

Las características de resolución y cantidad de colores de un monitor quedan determinadas por la norma de video utilizada. Las normas más populares son:

  • CGA (Color Graphics Adapter) 2 colores.
  • EGA (Expanded Graphics Adapter): 16 colores
  • VGA (Video Graphic Array): 16 colores
  • SVGA (super VGA): 256 colores
  • XGA (Extended Graphic Array): 25,536 colores

Se debe tener en cuenta que el uso de un determinado hardware no garantiza que el software aproveche estas características. Así, un software que utiliza pantallas creadas para monitores CGA, presentará estas imágenes con resolución de CGA con un monitor VGA. Un monitor típico utilizado para aplicaciones de control de procesos responde a la norma VGA, con una frecuencia de refresco de 50 o 60Hz, no entrelazado, y un tamaño de 19”. Es frecuente que se deba referir en forma específica al hardware o a las imágenes que éste muestra.

Desde el punto de vista de su instalación, los monitores pueden estar montados en consolas de diseño específico, o directamente en una mesa. También existen monitores robustecidos basados en CRTs, aptos para su instalación en intemperie. Estos permiten satisfacer la necesidad de distribuir estaciones de operación en la planta, para facilitar el acceso a la información al pie de equipo de procesos.

Para algunas aplicaciones especiales, los CRTs, son reemplazados por otras tecnologías que brindan una funcionalidad similar. Tal es el caso de los paneles planos (flat panel display), una tecnología que permite fabricar monitores muy delgados, utilizados en computadoras de pequeño tamaño como las laptop o notebook. Estos tienen mayor inmunidad a la vibración e interferencia que un CRT; por lo que resultan particularmente apropiados para la implementación de estaciones de operación en planta, en ambientes agresivos y a la intemperie. Los paneles planos pueden estar basados en distintas tecnologías:

Cristal Líquido (Liquid Cristal Display), LCD):
Esta tecnología es utilizada en relojes digitales, calculadoras y monitores de notebooks y laptops. Consta de dos hojas de material especial, entre las cuales hay una solución de cristal líquido. Cuando una corriente eléctrica circula por una parte de la solución, los cristales se alinean evitando el paso de la luz. Típicamente se utiliza en monitores monocromos, con letras azuladas sobre un fondo grisáceo.

Monitor electroluminiscente (Electroluminescent display):
Esta tecnología se basa en una película de material fosforescente, recubierta a ambos lados por varias placas. Una de las placas tiene alambres finos horizontalmente dispuestos, mientras que la otra los tiene verticalmente dispuestos.

Cuando circula corriente por un conductor horizontal y otro vertical, la parte correspondiente de la película fosforescente brilla, creando un punto de luz (o sea un píxel). Usualmente son de color blanco o verde.

Transistores de película fina (Thin film transistor, TFT):
Es un tipo particular de panel LCD, en el que cada píxel consta de tres transistores separados, uno para el rojo, otro para el verde, y otro para el azul. Esta tecnología tiene una definición mejor que la de las demás tecnologías de panel plano, e incluso mejor que muchos CRTs, pero es también la más costosa.

 
CREACION DE PANTALLAS
La creación de pantallas se realiza mediante un paquete de software que debe crear dos cosas: una parte estática de la pantalla (denominada comúnmente “Template”) y una parte dinámica, que se “conecta” a variables de la base de datos de control.

El template contiene imágenes estáticas que representan partes del proceso, el frente de un instrumento, etc. La conexión con la base de datos define qué información debe presentarse en la pantalla, en qué parte, y en qué formato (numérico, barras, colores, etc.). Según el diseñador, estas dos funciones pueden estar integradas en un único paquete, o ser dos funciones separadas, creándose primero el template, y conectándolo después. En la mayor parte de los casos, la información del template y las conexiones se almacenan en archivos separados, en los discos duros.

La forma de creación de los templates está influida por la calidad del monitor utilizado. Los primeros paquetes de software para control basado en PC utilizaban monitores CGA, en los que los templates se creaban combinando caracteres en una resolución de 80 x 25 caracteres.

Esta técnica es utilizada todavía en muchos DCS. La aparición de monitores de mayor resolución como los EGA o VGA, permitió un mayor detalle, sofisticación y facilidad en la creación de templates. En general, se utilizaban generadores de gráficos que permiten el trazado de rectas, círculos, arcos, rectángulos, textos, etc, utilizando generalmente un ambiente iconizado o por menúes, y la asistencia de un mouse.

Según la forma en que se almacena la información del template, podemos definir dos tecnologías:

  • Basadas en pixels:
    En la que se almacena el template guardando la información del color que tiene cada píxel. La pantalla se construye luego poniendo cada píxel del monitor en el color indicado por el archivo.
  • Por vectores y objetos:
    En este caso, se almacenan vectores matemáticos que describen a un objeto dibujado. Por ejemplo, para una recta, el vector podrá contener la siguiente información: coordenadas de los píxel de origen y final, color, tipo de trazo, ancho, etc.

Visualización de pantallas
El programa de visualización presenta al usuario la pantalla, formada por el template y los datos obtenidos de la base de datos. Para eso recupera del disco duro el template, y el archivo que contiene la información relativa a las conexiones a la base de datos. Inmediatamente presenta en el monitor el template, y busca en la base de datos la información indicada en el archivo de conexiones. Esta información es volcada en el template. Los datos de la base de datos de control son dinámicos, por lo que la información mostrada en pantalla debe ser actualizada. Generalmente se la actualiza sobre una base de tiempos fijos, en un ciclo periódico. Por ejemplo, cada un segundo el programa de visualización busca en la base de datos los valores de las variables indicadas en el archivo de conexiones, y los presenta en la pantalla. Otra tecnología consiste en actualizar por excepción sólo aquellas variables cuyo valor cambia. Esta tecnología disminuye en forma importante el tráfico de información en la red.

Formatos para la presentación de información
Dependiendo del proveedor, los sistemas digitales suelen ofrecer dos posibilidades básicas para el diseño de las pantallas destinadas a servir como interfaz al proceso:

  • Pantallas predefinidas o preconfiguradas, de rápida implementación, pero con escasa flexibilidad.
  • Pantallas libres, que pueden ser diseñadas virtualmente sin limitaciones, con gran flexibilidad. Generalmente, permiten el diseño de pantallas de operación más efectivas. Este diseño requiere más tiempo y conocimiento del proceso que las anteriores. Se las conoce usualmente como pantallas tipo mímico.

En ambos casos se requiere un cuidadoso diseño, ya que por su medio el operador debe dar respuestas rápidas y certeras a los requerimientos del proceso, especialmente durante los transitorios (arranques, paradas, cambio de modo operativo, emergencias, fallas, etc.) Particularmente, las plantas de procesos continuos suelen tener largos períodos en los que el estado es estacionario y prácticamente no se requiere la acción del mantenerlo alerta en condiciones normales de operación.

Continuará
Sobre un trabajo del Ing. Fernando Ventura Gutiérrez
y la coordinación del Ing. Horacio D. Vallejo
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3 - 4
 
 
 
 
 
PROMOCIONES
 
 
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