Todo mundo que trabalha na indústria, não faz parte da equipe de automação e ouve falar de IHM fica na dúvida sobre o que seria este termo, e mais ainda, seria IHM ou HMI? O intuito deste post é esclarecer melhor este termo e mostrar quais os tipos de IHMs, como selecionar e qual o procedimento para programar este equipamento. No final deste artigo, espero que você tenha um maior conhecimento que possa ser aplicado no seu dia a dia.

Uma IHM (Interface Homem Máquina) é a tradução do termo HMI (Human Machine Interface) e como o próprio nome diz é uma interface gráfica que permite o homem interagir com a máquina. As interfaces IHM de mercado variam bastante, podendo ser aplicadas desde no controle de plantas nucleares até na tela de um Iphone (Isso mesmo, um APP no Iphone que permite a interface com a máquina é uma HMI). Para um melhor entendimento, vamos nos concentrar nas IHMs para controle de processos de manufatura, onde ela exige um controle centralizado aplicado nas linhas de produção. Nestes casos, temos IHMs equipadas com receitas, registros de eventos, sistema de vídeo, alarmes, enfim todas as informações de máquina, processo ou produção que tenham a necessidade de acesso instantâneo. Para que uma linha de manufatura possa ser equipada com uma IHM, primeiramente é necessário que exista um CLP que coleta a informação dos sensores, a transforma em álgebra booleana, para que então a HMI possa conectar no CLP e “ler” a informação a fim de mostrar a mesma de forma visual e também possibilitando uma melhor tomada de decisões.

Tipos Básicos de IHM

Existem três tipos básicos de IHM: a substituta das botoeiras, a que faz a coleta e tratativa de dados e a de supervisão. Antes do surgimento das IHMs, o controle consistia de milhares de botoeiras e LEDs instalados em painéis que exibiam informações de diferentes operações. Veja Figura abaixo:

IHM

Como você pode ver, a IHM possibilitou a centralização de todas as funções de cada botão em um único local, sendo assim o modelo mais simples denominada de substituta das botoeiras.

ihm botoeiras

Já a IHM para tratativa de dados (Data Logger) é perfeita para aplicações que requerem feedback constante do sistema ou impressões de relatórios de produção. Com a tratativa de dados, você deve assegurar que a tela da IHM seja grande o suficiente para esta finalidade, devendo suportar gráficos, elementos visuais e sumários de produção. Estas HMIs incluem funções como receitas, tendências, registro de dados e alarmes. Finalmente, qualquer aplicação que envolva um SCADA ou MES necessita da HMI de supervisão que geralmente deverá ser capaz de rodar um sistema operacional como o Windows e e possuir várias portas de comunicação tais como Ethernet.

Como Selecionar uma IHM?

A aquisição de IHMs impacta nos custos de investimento da empresa e por este motivo é muito importante saber exatamente quais são os requisitos e necessidades desejadas antes da sua aquisição. Voltando aos três tipos de IHMs, vamos detalhar melhor as suas aplicações:

IHM para substituir botoeiras e LEDs (OIT)

Como vimos, ela substitui botões liga/desliga, LEDs, chaves e qualquer dispositivo eletromecânico que faz a função de controle. A eliminação destes dispositivos é possível porque a IHM pode prover uma representação visual de todos estes componentes em uma tela LCD agregando ao mesmo tempo todas as funções em um só dispositivo.

Também é chamada de OIT (Operator Interface Terminal) pelo motivo de oferecer geralmente apenas botões, textos e números. Gráficos podem ser programados, mas bem limitados. Por exemplo, um display de 4 linhas pode ter somente 4 linhas de caracteres, embora cada linha possa ser customizada. De maneira similar, os pontos do touchscreen serão fixados em lugares predefinidos limitando realmente a sua customização.

Ainda com relação à customização, possui apenas um ou dois protocolos capazes de se comunicar com CLPs e drives. O acesso remoto dificilmente é disponibilizado para estes modelos e o armazenamento de dados também é bastando limitado devido a baixa memória. As vantagens é que um OIT possui um excelente custo, é simples de programar e a manutenção é descomplicada, sendo perfeita para pequenas aplicações

IHM para Tratativa de Dados (Embedded)

Estas IHMs são utilizadas em aplicações que requerem monitoramento e feedback constante e frequentemente elas vem equipadas com memórias de grande capacidade e cartões SD. Costumam ser chamadas de Embedded pois já vem com sistema operacional, tipicamente Windows Embedded 7, 8 ou superior. Por utilizarem um SO, geralmente possuem um disco rígido (tipo estado sólido), DVD ou unidades de USB podendo sofrer upgrades e ter atualizações de acordo com a necessidade do usuário sem que seja substituída a interface inteira. Também podem rodar sistemas supervisórios como o Indusoft Web Thin Client ou outros mais leves de mercado.

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Justamente por poder rodar algumas aplicações, devemos atentar com relação a este hardware pois algumas aplicações requerem licenças individuais, podendo aumentar muito o custo da aplicação destes tipos de IHMs. Pelo fato de sere totalmente programável e customizável, a Embedded oferece combinações ilimitadas de gráficos e recursos touch que podem ser organizados em várias telas diferentes. A comunicação presente nestes dispositivos incluem portas Ethernet e serial (modbus, rs485), diversificando em protocolos como profibus, Devicenet, TCP/IP, Ethercat, etc. Adicionalmente, hoje podemos ver muitas aplicações com Thin Clients acessando diretamente o Browser para permitir o monitoramento e controle. Veja que aqui temos muito mais opções do que as do tipo OIT, com a opção ainda de ser possível  atualizar (upgrade) softwares e hardware de forma a expandir a sua aplicabilidade.

IHM para Supervisão (Baseada em PC)

Para sistemas complexos e grandes, as IHMs top de linha baseadas em PC fornecem o melhor em conectividade, acesso remoto, gráficos e flexibilidade, sendo que muitas vezes podemos observar uma linha tênue entre este tipo e as Embedded por apresentarem algumas características semelhantes. A diferença aqui é que uma aplicação baseada em PC usualmente é desenvolvida separadamente com licença própria e o PC é somente o hospedeiro que executa a aplicação, fornecendo muito mais recursos do que as Embedded. Incluem-se aqui os supervisórios de mercado como WinCC, Wonderware, Factory Talk, Elipse e Indusoft. Como estamos falando de PC, estes devem ser industriais, encarecendo muito este tipo de aplicação ainda mais pelo motivo que devemos computar o hardware mais as licenças do sistema operacional e do software SCADA. Isso sem falar das funcionalidades de historiadores que necessitam de licenças de banco de dados como Oracle ou SQL Server. O computador também exige grande capacidade de memória e processamento e até recursos gráficos como placas de vídeo com alto processamento.

Abaixo, estou detalhando em uma tabela a diferença de características entre os 3 tipos de IHM:

Características OIT Embedded Baseada em PC
Vida ùtil 15 anos ou mais 10 anos 5 anos
Custo Baixo Médio Alto
Tamanho da Aplicação Pequena Média Grande
Armazenamento de Dados Baixo armazenamento Médio Armazenamento Grande Capacidade de Armazenamento
Conectividade Limitada e Fixa Extensiva com alguns Limites Extensiva
Segurança Alta Dependente de Software Dependente de Software
Acesso Remoto Limitado ou Não Existe Muito Bom Excelente
Gráficos Limitados e Fixos Extensivo e Customizado Extensivo e Customizado
Entradas e Operações Limitados e Fixos Extensivo e Customizado Extensivo e Customizado
Flexibilidade Estritamente Limitado Algumas Limitações Ilimitada Virtualmente

Propriedades Físicas da IHM

As propriedades físicas das IHMs atuais variam de modelo para modelo e entre fabricantes, sendo muito importante fazer a seleção adequada, pois um tipo que deverá ficar em uma planta exposta a água deverá ser totalmente selada, o oposto de uma HMI instalada em um ambiente farmacêutico. O tamanho também é uma variável importante, pois nem todas as aplicações requerem monitores maiores com alta resolução. Algumas aplicações simples para acionamento ou monitoramento são muito bem atendidas com apenas uma IHM monocromática sem a necessidade de ser colorida ou ter muita memória expansível. Uma dica é que que você observe as características do ambiente e a quantidade de informação que será necessária e não se esqueça que o preço pode impactar muito entre um tipo e outro dependendo das características.

Como Dimensionar?

Primeiramente, considere os componentes que são pertinentes para controlar um sistema de manufatura. A linha de produção consiste de um conjunto de máquinas necessárias para produzir um produto e devemos saber o que é pertinente ou não monitorar ou controlar. Então, em segundo lugar considere as várias saídas e entradas que monitoram a temperatura, velocidade, pressão, peso e consumo a fim de que você possa dimensionar o hardware e software corretamente. Terceiro, considere o CLP que vai receber os sensores de entrada e comandar as saídas, convertendo dados em lógica combinatorial. Com estas informações e o tipo de necessidade, você conseguirá especificar junto a um fabricante o modelo mais adequado.

Aspectos do ambiente da IHM

Como falei, o ambiente de operação deve ser considerado quando vamos selecionar uma IHM. Por exemplo: Para uso em uma fábrica onde existe ruído e vibração excessivos, é necessário uma IHM robusta e que suporte ambientes agressivos. Já se for aplicada em uma indústria alimentícia ou algum outro segmento em que as máquinas necessitem ser lavadas, uma IHM deve ter o grau de proteção IP 67 ou IP68. Outro fator importante a ser considerado é a temperatura, pois se aplicarmos estes dispositivos em uma indústria metalúrgica, próximo a fornos, por exemplo, devemos utilizar uma IHM resistente à estas temperaturas.

Qual o Software de Programação Utilizar?

Quando consideramos qual o software utilizar, devemos pensar que existem várias categorias a escolher: proprietário ou pago, hardware independente ou software aberto (open source).  O software proprietário é o que o fabricante fornece e de praxe costuma ser de fácil utilização, fornecendo um ráPIDo desenvolvimento. A desvantagem do software proprietário é que ele somente será executado naquele hardware específico. Já o software de hardware independente é um software que pode ser utilizado na programação de diferentes IHMs dando ao desenvolvedor mais liberdade na escolha do equipamento. O ruim deste tipo de software é que a programação não costuma ser amigável quanto ao software proprietário. Finalmente, o open source é utilizado por programadores mais avançados pois permite o desenvolvimento de funcionalidades totalmente abertas inclusive com criação de novos recursos e funções.

Aplicações das IHMs

Como dissemos, a IHM é utilizada em várias indústrias e equipamentos, podendo citar usinas de energia, máquinas automáticas de vender, indústria alimentícia, farmacêutica, construção, etc. O uso da IHM juntamente com o CLP são a espinha dorsal das linhas de produção destas indústrias onde a IHM possibilita a supervisão, controle e aquisição de dados de todo o sistema permitindo a análise das informações pela operação e a alteração de parâmetros assim que houver a necessidade. Por exemplo, em indústrias siderúrgicas, a IHM pode monitorar e controlar como o metal é fundido e moldado e o quanto ráPIDo isto pode ser. Também pode monitorar o controle de estoque e reposição, quando as mercadorias são vendidas e devem ir para a expedição. Também são muito utilizadas em processos de envase para controlar aspectos importantes como velocidade, eficiência, detecção e correção de erros. Os setores de utilidades geralmente utilizam IHMs para monitorar a distribuição e o tratamento da água, ar comprimido, etc.

Vantagens de Utilizar HMIs

As maiores vantagens que eu vejo atualmente é a comunicação com diferentes dispositivos e a interface gráfica amigável que estes as IHMs possuem, permitindo facilmente a identificação do que está ocorrendo no processo (cores vermelhas geralmente representam problemas enquanto que cores verdes representam a normalidade). Assim, a IHM pode reduzir os custos de produção e potencializar as margens de lucro, principalmente porque as mais modernas agregam ainda mais recursos como alta capacidade de processamento e armazenamento, funções mais complexas e elaboradas e recursos avançados de Touch. Outra grande vantagem é que são facilmente programáveis permitindo muito a customização quando necessário.

IHM com CLP x Somente o CLP

Podemos falar que não existem desvantagens a não ser o custo a ser dispendido para colocar uma IHM comunicando com o CLP. De resto, posso dizer que o CLP não fornece feedback em tempo real e nem mostra os alarmes setados, diferentemente das IHMs que podem ser utilizadas para monitorar desde tarefas simples como a hora de parar a linha e ir almoçar, até como atividades complexas como o controle do reator de uma usina nuclear. Podemos também ter a possibilidade de acessos remotos às informações de forma que seja possível a análise dos dados em tempo real de qualquer lugar.

Flexibilidade de Interface

Uma das maiores conveniências das IHMs é que elas permitem a personalização da interface, ou seja, elas permitem que sejam criadas diferentes telas de monitoramento e controle com diferentes rotinas. Ainda podemos encontrar IHMs que são capazes de reproduzir som, vídeo e informações aquisitadas remotamente. Como falado, a grande facilidade é a questão da comunicação pois estes equipamentos podem se comunicar simplesmente pela conexão de cabo USB, RS-232 ou rs485 entre o CLP e a IHM. Também existem algumas situações em que podem ser conectados via Wi-Fi.