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Desbloquear los datos de su fábrica con HMI e IIoT

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Los modernos entornos de fabricación se vuelven más sofisticados, cada día, gracias a conexiones ubicuas a Internet, sensores en red y máquinas e instrumentos inteligentes.

Estas redes, conocidas colectivamente como el Internet industrial de las cosas (IIoT), proporcionan los medios para controlar equipos industriales a distancia y recopilar datos útiles sobre su estado y funcionamiento.

Las HMI (Human Machine Interfaces – interfaces hombre-máquina) son el vínculo crítico entre las máquinas que realizan el trabajo, los controladores lógicos programables que proporcionan instrucciones, y las personas que los supervisan.

Este es un curso rápido para desbloquear datos de fabricación y el potencial del IIoT, utilizando HMI.

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¿Qué son los HMI?

Los fabricantes  generan a diario una gran cantidad de datos. Es posible que no lo estén recolectando o explotando. Los datos sin procesar están disponibles en muchas fuentes. Estas incluyen:

  • Datos de sensores sobre el estado de la máquina para evaluar la eficiencia de la misma y si una reparación puede ser prontamente necesariamente.
  • Datos del equipo de manejo de materiales; que incluyen ritmo de operaciones, niveles de materias primas y cualquier otro cuello de botella observable.
  • Datos de inspección del producto; para rastrear las tasas de defectos y determinar dónde se producen errores desde su fabricación.
  • Datos de vehículos e instalaciones satelitales; para ayudar a optimizar entregas u operaciones de sincronización, con proveedores y socios comerciales.
HMIs — human-machine interfaces — are the critical link between the machines doing the work, the programmable logic controllers providing instructions, and the people overseeing them. (Image: mitsubishielectric.com)
Las HMI (interfaces hombre-máquina) son el vínculo crítico entre las máquinas que realizan el trabajo, los controladores lógicos programables, que proporcionan instrucciones, y las personas que los supervisan. (Imagen: mitsubishielectric.com)

Los sensores y equipos inteligentes “informan” y reciben instrucciones de los controladores lógicos programables (PLC – Programmable Logic Controllers).

Los PLC instruyen a los equipos industriales en red para llevar a cabo funciones de monitoreo de condición, conteo y temporización, entregar notificaciones y realizar otras tareas simples.

Son una rica fuente de datos en una instalación de fabricación conectada en red.

Sin embargo, estos datos no son útiles si no van a ningún lado. Las interfaces, hombre-máquina, proporcionan una forma de enviar estos datos a las partes que los encuentren más útiles.

Estos especialistas pueden ver y actuar sobre esos datos utilizando una interfaz visual.

Los equipos industriales inteligentes requieren dos cosas:

  • Primero, necesitan un conjunto de instrucciones y capacidades de monitoreo, las cuales son proporcionadas por los PLC y sensores.
  • En segundo lugar, necesitan  un formato fácil de usar, de manera que quienes los manejan accedan a la información  intervengan o hagan cambios.

Ahí es donde entran las HMI.

¿Cuáles son los tipos de HMI?

Los entornos industriales han usado históricamente HMI en forma de PC,  basadas en Windows, situadas en toda la instalación.

Sin embargo, las soluciones más modernas incluyen HMI “integradas”, más pequeñas y ligeras. A menudo, estos son poco más que una sola placa lógica equipada con una pantalla táctil, o incluso, con solo indicadores LED.

Los fabricantes suelen utilizar uno o más de los siguientes tipos de interfaces hombre-máquina:

  • Supervisor: Los entornos de fabricación complejos requieren una conectividad compleja. Los HMI supervisores proporcionan múltiples conexiones Ethernet y generalmente se ejecutan en Windows. Los HMI supervisores son la opción correcta para las instalaciones que utilizan MES (Manufacturing Execution Systems-Sistemas de ejecución de fabricación) o SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos).
  • Manejadores de datos: si un fabricante requiere la adquisición de datos en tiempo real, para facilitar la retroalimentación instantánea y la toma de decisiones, los manejadores de datos son la elección correcta. Ellos  revelan tendencias de datos e información sobre alarmas de equipos. Como resultado, generalmente, cuentan con LED de color, con mucho espacio para sumergirse en gráficos y otras representaciones visuales.
  • Reemplazo de botón: Algunos fabricantes piensan que estas soluciones “analógicas” están saliendo por la puerta. Esto es cierto para algunas aplicaciones. Para otros entornos de fabricación, que no necesitan la funcionalidad de una pantalla táctil, los reemplazos de botón proporcionan interacciones prácticas, simples y “sin mirar”, para responder a las alertas del equipo.

Los fabricantes pueden usar cualquiera de los diferentes protocolos de comunicación para conectar en red sus dispositivos IIoT, PLC y HMI. Estos incluyen IP / Ethernet, DeviceNet, Profibus, Modus entre otros.

More modern solutions include smaller and lighter “embedded” HMIs. (Image: emcourse.com )
Las soluciones más modernas incluyen HMI “integradas” más pequeñas y ligeras. (Imagen: emcourse.com)

¿Cómo pueden los fabricantes desbloquear sus datos utilizando HMI?

Los instrumentos de diagnóstico inteligentes, los instrumentos analógicos (medición de presión, temperatura, flujo y más), los sensores integrados y los servomotores, son ejemplos de activos de fabricación de piso, que se benefician de las conexiones a PLC e HMI.

Las HMI desbloquean el potencial de los datos que recopilan. Las HMI almacenan y presentan datos como un visual interactivo fácil de entender, pero también sirven como dispositivos de control de acceso.

Solo el personal autorizado puede leer y actuar sobre los datos proporcionados por los dispositivos de campo.

Dependiendo de la aplicación, el HMI puede almacenar solo datos de “excepción”. Eso significa que solo puede comenzar a registrar información cuando detecta un problema.

A medida que se recopilan y organizan los datos, la HMI puede mantenerlos locales o puede enviar los datos a la nube.

Una vez que se transmite desde la fábrica, estos datos son útiles en las plataformas de planificación de recursos empresariales y pueden analizarse más a fondo mediante el aprendizaje automático.

Estas son algunas de las aplicaciones y ventajas de usar HMI en un entorno de fabricación:

  • Entregar advertencias avanzadas para el mantenimiento preventivo: las HMI pueden recopilar todos los puntos de datos o solo aquellos relacionados con las excepciones del proceso. En ambos casos, las HMI proporcionan alarmas preventivas en tiempo real para el estado de la máquina. De esta manera, los operadores son conscientes de los fallos de funcionamiento u otros problemas que podrían detener la producción, antes de que realmente pase.
  • Proporcionar datos sobre las fallas de la máquina: si un equipo falla inesperadamente, las HMI brindan acceso a datos que ayudan a determinar dónde salió algo mal. Estos podrían ser datos sobre disparos de disyuntores, paradas de emergencia activadas, pérdidas de energía aisladas en equipos o puertas, y aberturas abiertas. La máquina no volverá a arrancar hasta que el operador solucione la falla.
  • Mensajes para niveles de inventario: los entornos de fabricación requieren un acceso constante a los artículos de inventario, suministros desechables y materias primas. Los HMI pueden alertar a los operadores sobre cosas como niveles bajos de combustible, o la disminución de los suministros de materias primas, antes de que se agoten por completo. Esto ayuda a mantener las operaciones funcionando sin problemas.
  • Control seguro y central de varias funciones de la planta: la seguridad es uno de los mejores beneficios del uso de dispositivos IIoT y HMI. Los HMI bien ubicados con pantallas táctiles, con todas las funciones, permiten a los operadores tener una visión holística de la planta de fabricación. Esto significa que no tienen que ingresar a las áreas de producción, o someterse a condiciones inseguras, para realizar cambios o recopilar información.
HMIs unlock the potential of the data they gather. (Image: epectec.com)
Las HMI desbloquean el potencial de los datos que recopilan. (Imagen: epectec.com)

Aquí requerimos  un ejemplo para comprender el potencial. Piensa en el proceso de fabricación de ladrillos.

Ello requiere de un flujo constante de materiales, máquinas para mover, refinar y procesar esos materiales, incluidas la mezcla y el procesamiento por lotes, así como equipos adicionales para dar forma, y manejar productos en proceso y productos terminados.

El último paso es el control de calidad. Cada ladrillo debe cumplir con los parámetros conocidos de apariencia y densidad del material.

Este tipo de fabricación, en grandes lotes, requiere atención inmediata a defectos y maquinaria comprometida.

Monteiro Tijolos, un fabricante de ladrillos brasileño, necesitaba una solución escalable IIoT para supervisar cada uno de estos procesos, y necesitaban una forma para que los operadores intervinieran rápidamente cada vez que se descubrieran excepciones.

Después de implementar HMI para entregar gráficos, visuales e inteligencia artificial, vieron que su producción general aumentaba en un 50 por ciento.

Aprovechar al máximo las HMI en la fabricación

En última instancia, las HMI son más útiles cuando están “pensando” por nosotros. El aprendizaje automático, y lo que algunos llaman “IA explicable“, es un componente importante aquí.

Las mejores HMI para la fabricación no solo muestran datos en bruto, sino que  también deben proporcionar interpretaciones de esos datos.

En otras palabras, los activos de fabricación conectados hoy y en el futuro no solo “hablarán” sobre su condición o rendimiento utilizando HMI, sino que también podrán explicarlo.

No es difícil decir que la combinación de aprendizaje automático e interfaces hombre-máquina es el futuro de la industria manufacturera.

Algunas fábricas ya realizan esta visión con fábricas completamente automatizadas. En estos casos, las interfaces hombre-máquina, entregan datos a distancia en lugar de requerir una entrada física inmediata en la fábrica.

La elección de la solución HMI correcta, entre una creciente lista de proveedores, requiere que los fabricantes evalúen honestamente los tipos y cantidades de datos que necesitan reunir y el nivel de inteligencia que requieren.

El resultado final es un negocio de fabricación más inteligente, más rápido y más competitivo.

Megan-Ray-Nichols

Este artículo fue escrito por Megan Ray Nichols. Si le ha gustado este artículo, visite su sitio web Schooled by Science.

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