Pasado, presente y futuro de los interfaces HMI

El interfaz de usuario, interfaz hombre-máquina, o más comúnmente conocido por sus iniciales en inglés HMI (Human-Machine Interface), es todo un conjunto de componentes, tanto de hardware como de software, que permiten al operario comunicarse e interactuar con el control de una máquina o proceso. A nivel doméstico y en entornos laborales, tales como oficinas, uno de los sistemas de control más habitual que tenemos es el PC u ordenador personal, y nos encontramos con multitud de componentes electrónicos de interfaz de usuario conocidos por todos, como monitores, teclados, ratones, altavoces, micrófonos, etc., mas todas las aplicaciones de visualización y multimedia que nos haga amigable nuestra relación con el aparato.

En el entorno industrial el número de dispositivos de interfaz y su diversidad se incrementa sobremanera para adaptarse a unas necesidades diferentes, y aparecen pulsanterías, terminales alfanuméricos y gráficos, volantes electrónicos, mandos, etc. Los principales requerimientos de los interfaces industriales siempre han sido, y deben de seguir siéndolo, tanto la operatividad como la robustez y estabilidad de comportamiento. Las condiciones ambientales en las que puede estar inmerso un sistema HMI industrial no siempre son las ideales, y nos podemos encontrar con situaciones no deseadas, pero inevitables, como temperaturas extremas, polución o humedad, a las cuales debe de estar preparado el interfaz.

Por otra parte, las propias aplicaciones gráficas priman su robustez de comportamiento frente a lo atractivo de su estética, evidentemente es más importante en una máquina o proceso el que funcione a que sea visualmente bonito.

A día de hoy podemos decir que los requerimientos de calidad industrial son suficientemente conseguidos por la mayoría de los dispositivos HMI diseñados y fabricados para el entorno al que nos estamos refiriendo. Es entonces donde nos encontramos con el otro factor que nos va a impulsar a decidirnos por un conjunto de interfaces HMI u otro: la apariencia, la estética, nos tiene que entrar por los ojos. Y es posible en este último apartado donde probablemente más ha evolucionado el concepto de nuevos dispositivos HMI.

En el ámbito de la visualización, hay una clara tendencia a los displays cada vez de mayores dimensiones, incremento de la resolución y mayor número de colores. Atrás han quedado los visualizadores alfanuméricos y pantallas monocromos. Desde el momento en que los controles tienen cada vez más capacidad gráfica, esto se ve reflejado en una mayor importancia al concepto imagen en nuestras máquinas y controles de proceso. Es el mercado doméstico el que determina en una parte importante cual será el futuro de la visualización industrial, y nuevos conceptos de visualización de consumo más masivo ven ya su entrada en el sector industrial. Uno de los puntos en los cuales más se ha avanzado en los últimos tiempos es el de los tamaños y formatos de la visualización, así como su calidad de imagen y la tecnología utilizada.

Empezamos a ver en industria los formatos panorámicos de imagen 16:9, 16:10 y 15:9, frente al más clásico y cuadrado 4:3. Esta tendencia lo observamos mayormente en tamaños pequeños como 7” que claramente está desbancando al display de 5,7”. Tampoco nos extrañan hoy en día grandes visualizaciones colgadas de máquina, ahí donde antes teníamos una enorme caja por ejemplo de CNC aparece ahora una pantalla muy superior en superficie de visualización, pero de fondo estrecho y forma más elegante y estilizada. Así como hace no mucho tiempo era prácticamente impensable una visualización de más de 15”, en estos momentos esquemas de imagen de 17”, 19”, 21”, o incluso 24”, nos muestran las aplicaciones gráficas de nuestras máquinas y procesos.

La tecnología CRT hace tiempo que se vio desplazada por las pantallas planas de cristal líquido (LCD). El concepto píxel empieza a tomar fuerza. A día de hoy LCD-TFT obtienen todavía mejores prestaciones en algunos puntos débiles del LCD, como el ángulo de visión o el indeseable “efecto quemado” de la pantalla provocado por la visualización de imagen estática muy prolongada en el tiempo. Las resoluciones de píxeles se duplican para la misma superficie, y es más complicado encontrar un display de 10,4” con resolución 640x480 que 800x600. Debido al aumento de la superficie de visualización y de la resolución de imagen, al estándar _GA se le han acabado las letras iniciales, y pasamos del CGA, VGA y XGA al WXGA, SXGA, WSXGA y WSXGA+. Aunque la calidad de color de una aplicación dependa en gran medida de la potencia gráfica de CPU, es de lo más habitual encontrar nuestras visualizaciones en una profundidad de 8 bits por color. La retroiluminación mediante tecnología LED ya la tenemos en el ámbito industrial, constituyendo electrónicas más compactas y duraderas al eliminar las lámparas fluorescentes y los consecuentes inverters y sus cableados, además de mejorar sustancialmente en luminosidad y contraste.

El ámbito de la interacción del operario con la pantalla es uno de los pocos casos en los que el sector industrial pareció tomar la delantera al mercado de consumo. Las pantallas táctiles comenzaron en maquinaria bastante antes que en nuestras casas, en parte a la imposibilidad en muchos entornos industriales del uso de los muy expandidos teclados y ratones. De todas formas hemos sentido, hasta ahora, el rechazo de muchas personas y empresas a la tecnología táctil debido a su injustificada fama de producto frágil y poco apropiado a las condiciones de trabajo de las empresas, por la rudeza y agresividad de ambiente.

Los cristales táctiles en sus diferentes tecnologías tales como resistivas, capacitivas o SAW (ondas acústicas), son un componente robusto y duradero frente a los delicados ratones o teclados estándar. Por supuesto hay que tomar ciertas precauciones como los productos químicos agresivos o las ralladuras, pero esto también es aplicable al resto de dispositivos. Si es caso, el único inconveniente claro de las interfaces táctiles es la mayor complicación de su sustitución frente a teclados y ratones. Por otra parte las pantallas táctiles permiten una interacción gráfica excelente frente a otras opciones de interfaz, mucho más intuitivo. Los armarios son mucho más compactos al eliminar complicadas placas de pulsadores y huecos para teclados.

En el presente dispositivos domésticos como PDAs, teléfonos móviles, E-books e incluso PCs disponen de interacción táctil de la persona con la pantalla. Esto ha abierto el camino a nuevos desarrollos de tecnologías que prontamente se verán reflejadas en el sector industrial.

Una de las novedades más vistosas es el de la interacción doble-táctil o incluso multitáctil, frente al habitual pulsado simple de las pantallas hasta hoy convencionales. Si bien inicialmente los interfaces multitáctiles fueron desarrollados con tecnología infrarroja, lo cual limitaba sobremanera el ámbito de aplicación de estos dispositivos, actualmente los grandes fabricantes de tecnología táctil desarrollan y testean cristales táctiles capacitivos multitáctiles. Incluso lo que era impensable hasta hace poco, como táctiles doble-táctil resistivo, empieza a ver la luz. De todas formas, no es suficiente con disponer de una pantalla doble-táctil o multitáctil, sino que su funcionalidad debe de estar soportada y aprovechada por las herramientas de software con las que se desarrollan las aplicaciones gráficas. En este sentido hay grandes avances en el mercado y seguro que hay un gran potencial de evolución futura.

Aun y cuando las pantallas táctiles minimizan el uso de interfaces externos de interacción del operario con la aplicación, es bastante habitual encontrarnos con unas mínimas necesidades de cuadros de pulsadores, selectores y señales luminosas.

Una configuración muy normal en el interface de usuario de una máquina podría ser el de la visualización con pantalla táctil junto con un pulsador de emergencia y, por ejemplo, unos pulsadores de marcha y paro. Incluso la dimensión de algunas instalaciones obligan a la implementación de diferentes cuadros de manejo en diferentes puntos de máquina. En este punto las instalaciones de pulsadores y pilotos luminosos de las grandes instalaciones han pasado de centralizadas a distribuidas, minimizando cableado, por lo tanto costes y complejidad, y mejorando en compactado y capacidad de diagnosis y mantenimiento. Para la conexión distribuida de todos estos interfaces se emplean diferentes buses tales como el universalmente extendido CAN hasta los nuevos protocolos de Tiempo Real basados en tecnología Ethernet, tales como ProfiNET, PowerLink, EtherCat, …

Hay una tendencia en pulsantería a la sustitución del pulsado meramente mecánico por tecnología electrónica. En este sentido grandes casas de la industria electrónica llevan tiempo trabajando en ello y en estos momentos la tecnología de pulsantería capacitiva ha prosperado sobremanera, por ejemplo, frente a los clásicos teclados de membrana, empezando a proliferar en paneles y cuadros de máquina. Además de su concepto robusto y compacto, la pulsantería capacitiva sobre circuito impreso abre las puertas a todo un mundo de posibilidades de indicación luminosa mediante la utilización de pequeños leds.

Si está clara la evolución de los sistemas HMI en cuanto a hardware se refiere, las diferentes herramientas de software no se han quedado atrás. El desarrollo de las CPU cada vez más potentes, tanto en procesador como en memoria, y la aparición de sistemas operativos de 64 bits como MS WindowsTM 7 o nuevas versiones de Linux, han permitido a los desarrolladores de herramientas de software sobrepasar puertas hasta hace poco vedadas para el común de las aplicaciones.

Los sistemas Scada permiten el desarrollo de aplicaciones gráficas complejas en un intervalo de tiempo bastante razonable, debido a su extenso elenco de librerías y herramientas de controles gráficos y de gestión de datos. La incorporación de las CPU de 64 bits permite graficas en tres dimensiones elegantes y flexibles de manejar. Ya hoy en día hemos pasado de las gráficas meramente esquemáticas y funcionales a nuevas representaciones tridimensionales, navegando virtualmente por nuestra máquina o planta de procesos para interactuar con ella.

Las nuevas generaciones de pantallas multitáctiles han cambiado la forma en que las herramientas de software gestionan la navegación. Ahora, si queremos ampliar un área de pantalla para consultar unos estados de una parte de máquina, ya no buscamos un icono con forma de lupa o seleccionamos un área de pantalla, sino que interactuamos con la imagen a través de dos dedos que acercamos o separamos para encoger o aumentar una superficie. Nos encontramos con todo un nuevo lenguaje de signos de navegación, y con nuestras manos actuamos directamente sobre la imagen para aumentarla, desplazarla o rotarla en el espacio según nos interese.

El departamento de innovación de Larraioz trabaja en el diseño y desarrollo de nuevas plataformas de interface hombre-máquina. Además de la robustez y estabilidad necesaria en el sector industrial, se prima la estética y acabado de sus productos.

Las líneas de visualización de los ordenadores industriales de la gama MIPC pasan desde una compacta 7” con retroiluminación LED hasta grandes dimensiones de 24”. Con sus dos formatos, PC panelable o PC externo, cubre las necesidades de control y visualización de la inmensa mayoría de las aplicaciones de máquinas y control de procesos. Los diferentes materiales utilizados en marcos y cajas, tales como aluminio, acero inoxidable u otros higienizables, así como diversos tipos de acabado, garantizan estanqueidad frontal o completa hasta IP67, cumpliendo así los requisitos demandados por sectores tales como alimentación, química o farmacia.

Los interfaces modulares LEIKB, conectables a los ordenadores industriales MIPC, permiten configuraciones flexibles de pulsantería capacitiva luminosa realmente robusta eliminando el trabajo de cableado. Con sus diferentes formatos de hasta 4 pulsadores capacitivos por módulo, se puede definir fácilmente una configuración personalizada para cada caso. Cada uno de sus pulsadores de tecnología capacitiva dispone de un anillo luminoso, y los diferentes tipos de funcionalidad implementada permiten los diversos modos luminosos de los anillos de pulsadores. Mediante comandos enviados a los LEIKB, la iluminación de cada uno de los pulsadores puede, entre otros, encenderse o apagarse, parpadear en diferentes frecuencias, girar en los diferentes sentidos más o menos rápido, e incluso cambiar de color dependiendo del módulo utilizado.

Cristales táctiles resistivos y capacitivos, desde simple táctil a multitáctil, cubren las demandas de interacción con las aplicaciones gráficas de los diferentes formatos de pantallas. Larraioz acaba de presentar un nuevo modelo de ordenador industrial con pantalla táctil de 22”. Este equipo de propiedades inéditas en el mercado ofrece la posibilidad de la tecnología multitáctil adaptada para uso industrial. Con unas dimensiones de 496 mm x 330 mm, ofrece una resolución de pantalla nativa de 1.440 x 900 píxeles, y 16,2 millones de colores. Gracias a la transparencia del cristal táctil, se consigue una luminosidad de 256 Cd/m² y un contraste de 1000:1, características adecuadas para su visualización en ambientes de elevada luminosidad. Sumado a esto, los ángulos de visión son superiores al 80%, permitiendo una visualización de calidad aún desde posiciones difíciles. El cristal multitáctil de fabricación laminada y gran duración, basa su funcionamiento en la tecnología “capacitiva de proyección” (patentada) y permite una transmisión de la imagen en torno al 90%. Gracias a su novedosa tecnología multitáctil, se es capaz de reconocer hasta 10 pulsados simultáneos. Drivers para MS Windows 7 implementan los comandos ‘Gesture’ de interacción de todos los dedos de las manos con la aplicación gráfica.

Entornos SCADA como Genesis32, Genesis64 y BisViz permiten diseñar espectaculares aplicaciones gráficas con un óptimo tiempo de desarrollo. Herramientas como GraphWorX, TrendWorX, AlarmWorX, WebHMI o MMX, completamente modulares, dan lugar a aplicaciones gráficas tan diversas como las de una máquina simple, plantas de control de proceso, o la gestión de obra pública como aeropuertos, autopistas, líneas ferroviarias, … El nuevo Genesis64 sobre MS Windows 7 de 64 bits soporta impresionantes animaciones en 3D, además de interacción doble táctil con la aplicación, lo que permite zooms, desplazamientos, rotaciones, … Todo ello cumpliendo los estándares de comunicación OPC UA, y admitiendo conectividades tan complejas como bridging o tunneling de datos.

Todo esto, combinado con eficacia, acaba constituyendo una completa y óptima herramienta de visualización y gestión de datos que cumple los requisitos más exigentes de cualquier aplicación, desde la más sencilla y simples a la de mayor complejidad, un interface HMI moderno y visual que supone el contrapunto ideal a nuestra máquina o proceso.