Prof. Dr. Edval Rodrigues de Viveiros

Prof. Dr. Edval Rodrigues de Viveiros

LAquis Softwares: SCADABr OPC QEletroTech (projetos)

QEletroTech

Interface Homem- Máquina (IHM) Matéria originalmente publicada na revista Mecatrônica Atual; Ano: 1; N : 5; Ago / Set 2002 Disponível em: http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1501-interface-homemmquina-ihm

Este equipamento é de fundamental importância em uma automação, pois é através da IHM que o operador pode interagir com a máquina ou processo. Em uma máquina ou processo muitas vezes se faz necessário que o operador intervenha no processo ou na sequência de operação da máquina, ou então que o operador simplesmente visualize informações e tome atitudes no processo. Para esse fim são utilizados vários equipamentos, entre os quais podemos citar: Quadro sinóptico; Software de supervisão, também chamado Software Supervisório; IHM (Interface Homem Máquina).

Em que podemos utilizar uma IHM? Em várias situações, tais como: Visualização de alarmes gerados por alguma condição anormal do sistema; Visualização de dados dos motores da linha; Visualização de dados de processo da máquina; Alteração de parâmetros do processo (torque de aperto de parafusos, quantidade de lubrificação, número de cilindros,...); Movimentação em modo manual de componentes da máquina; Alteração de caminhos nas rotas dos motores na linha; Outras funções.

MÁQUINAS CNC (Comando Numérico Computadorizado) São máquinas operatrizes, havendo vários tipos que podem ser automatizados, e esse processo é feito com um equipamento eletrônico chamado de CNC (Comando Numérico Computadorizado). Com o CNC pode-se automatizar: tornos, fresadoras, retificas, centros de usinagem, mandrilhadoras. Na verdade qualquer máquina onde houver a necessidade da interpolação de eixos. Em máquinas automatizadas com CNC é imprescindível o uso de IHMs (nesse caso, são IHM dedicadas à CNC), pois existe a real necessidade que o operador interaja com a máquina nas seguintes situações:

referenciamento dos eixos; ajuste das ferramentas; carga do programa de uma peça a ser usinada; acompanhamento da execução do programa enquanto a máquina está usinando a peça; parametrização dos acionamentos dos servomotores; ajuste da velocidade de avanço das ferramentas sobre a peça; visualização de alarmes; tela de manutenção onde pessoas preparadas podem intervir no funcionamento da máquina; realização de movimentos manuais; entre outros... Vejamos as Figuras 2 e 3.

TIPOS DE IHM Há diversos fornecedores de IHM em nosso mercado, sendo que a maioria é constituída por fabricantes estrangeiros, oriundos de países como Alemanha, Estados Unidos e França. Podemos citar os seguintes: Phoenix Contact (www.phoenicontact.com.br); Siemens (www.siemens.com); Sütron (www.suetron.de); Rockwell Automation (www.ab.com); Schneider Eletric (www.schneider-eletric.com); Pilz (www.pilz.com); Altus (www.altus.com.br); Exor (www.exor.com);

TIPOS DE IHM ESA; Lauer; Mitsubishi; Hitachi; Atos.... outras

Na figura 4 vemos uma IHM OP7 da Siemens. É um tipo de IHM bem comum, pois é uma IHM pequena e possui os seguintes recursos: Display de cristal líquido monocromático de 4 linhas por 20 colunas (texto) e o tamanho do caracter é de 8 mm; Back-Light - Luz de fundo que permite a visualização da tela em ambientes com pouca luminosidade; Teclado de membrana; 8 teclas de funções que permitem a navegação entre telas, escrever em variáveis no controlador, e funções especiais específicas de cada IHM; Teclas para inserção de dados no processo; Painel frontal em IP67 que indica o índice de proteção que o frontal da IHM possui.

Há um modelo equivalente dessa IHM oriundo de outros fabricantes. Vamos, então, fazer uma comparação com a IHM TP420 da Phoenix Contact, na Figura 5. Display de cristal líquido monocromático de 4 linhas por 20 colunas (texto); Back-Light - Luz de fundo que permite a visualização da tela em ambientes com pouca luminosidade; Teclado de membrana; 6 teclas de funções com 6 LEDs para indicação; Painel frontal em IP67 que indica o índice de proteção que o frontal da IHM possui. Essas IHMs (OP7 e TP42) são compatíveis em suas especificações técnicas, mas diferem em dois pontos: comunicação com o controlador e o preço do equipamento.

MEIOS DE COMUNICAÇÃO DA IHM Geralmente, existem três meios de comunicação entre a IHM e o controlador do sistema (na maioria dos casos um CLP):

Comunicação direta com o controlador Esse tipo de comunicação é o mais utilizado, tendo em vista que o nosso maior mercado ainda é o de CLP, empregando a filosofia de centralização de sistema. Essa comunicação depende exclusivamente do protocolo de comunicação e do protocolo elétrico usado pelo CLP. Este tipo está representado na Figura 7.

Comunicação em rede de chão de fábrica Fieldbus Cada vez mais o Fieldbus está se expandindo no nosso mercado, com isso os equipamentos utilizados em uma automação também tendem a se comunicar em uma rede de chão de fábrica. A Figura 8 mostra sua representação básica. As principais redes do mercado para manufatura são: Interbus; Profibus-DP; Device-Net.

Comunicação em um nível superior de uma rede Fieldbus Existe a possibilidade também da comunicação de uma IHM no nível chamado Cell Level em um sistema de automação. Para esse tipo de comunicação utilizam-se redes com características de grande capacidade de troca de dados, entre elas podemos citar: Control-Net; Profibus-DP; Ethernet. Nesse modo de aplicação a IHM entra como um dos mestres da rede Fieldbus, podendo com isso efetuar uma maior troca de dados em um tempo satisfatório para esse nível de rede, além de conseguir programá-las diretamente pela rede. Para efetuar a comunicação, valem as mesmas regras acima citadas, isto é, precisa-se de hardware adicional para a comunicação com a rede Fieldbus. A Figura 9 mostra o esquema deste tipo de comunicação.

IHM com I/Os ou redes Fieldbus incorporadas Para uma pequena aplicação: uma máquina, por exemplo, existem IHMs que possuem também a função de um CLP um CLP incorporado na IHM. Com esse recurso tem-se várias vantagens, tais como: redução de espaço no painel; diminuição do número de fios e cabos na instalação; comunicação entre o CLP e a IHM bem mais rápidos do que o modelo tradicional; redução de custos. Há dois modelos de IHM com CLP incorporado: somente IHM e CLP e IHM, CLP e Fieldbus. Quando usamos CLP e IHM temos um sistema centralizado onde os I/Os estão no corpo do equipamento. E ao utilizarmos o IHM, CLP e Fieldbus podemos ter, além dos I/Os incorporados, I/Os remotos, obtendo com isso um sistema totalmente distribuído. Na figura 10 observamos uma ilustração de como seria uma IHM, CLP e Fieldbus.

ESPECIFICANDO UMA IHM A especificação de uma IHM é 60% preço e 40% necessidade. Em uma aplicação onde exista a necessidade de uma IHM, nós teremos que pensar em qual deverá ser o grau de recursos que estaremos fornecendo ao operador. Algumas perguntas são básicas: Visualização somente de texto ou será necessário o uso de gráficos? IHMs que apresentam somente textos costumam ser bem mais baratas que as gráficas; pondere, portanto, se realmente a gráfica é necessária. Se for gráfica, qual a resolução do display? A resolução é um fator importante a ser considerado quando pensamos no gráfico que iremos reproduzir e até mesmo para os desenhos que faremos. A IHM deve ser grande ou pequena? Quem irá determinar o tamanho é o display, se este for grande (normalmente telas gráficas) ou se for pequeno (normalmente textos). Mostramos na figura 11 uma IHM bem pequena, da Siemens (OP3).

O display deve ser colorido ou pode ser monocromático? Eu diria que essa questão vai um pouco da beleza da aplicação, apesar de que existem casos onde uma tela colorida faz falta, por exemplo, onde temos gráficos com mais de uma variável e desejamos distinguí-las utilizando cores diferentes. Não preciso nem dizer que uma IHM colorida é bem mais cara que uma IHM monocromática. Touch-Screen? Touch-Screen é um recurso que algumas IHMs possuem e que consistem no fato do operador interagir com a IHM tocando diretamente na tela, dispensando o teclado convencional de uma IHM (Figura 12) Essa função é a mesma que as utilizadas em caixas eletrônicos. Uma IHM com Touch-Screen costuma ser mais cara que uma IHM com teclado de membrana.

Quantas teclas de funções serão necessárias? Como foi dito anteriormente, as teclas de funções são destinadas para a navegação, alterar valores de variáveis e algumas funções específicas de cada IHM, e normalmente o número de teclas de funções é definido de acordo com o tamanho do display. Como a IHM irá se comunicar com o CLP? Este é um ponto importante, pois nem todas as IHM trocam dados com todos os CLPs e com as redes Fieldbus. É fundamental observar também o protocolo elétrico do CLP, se é RS-232, RS- 485 ou TTY. Comunicação direta? Qual o protocolo do CLP? Fieldbus? Qual? CLP incorporado? É a ideal onde temos máquinas e necessitamos baratear a aplicação, além de contribuir também com uma redução do espaço no painel. É necessário o uso do teclado alfanumérico para a inserção de textos? Muitas vezes em uma aplicação o operador precisa entrar com dados para o processo, e em uma IHM isso só é possível se houver um teclado para a inserção dos dados (se a IHM não for Touch-Screen ). Caso não seja imprescindível a inserção dos dados pelo operador, a IHM não precisará ter um teclado. Existem vários modelos de IHM sem o teclado e normalmente eles tem o custo menor do que as outros.

Poderá ser conectada uma impressora na IHM? Em algumas aplicações, há impressoras ligadas na IHM, e existem dois motivos para isto: Relatório de alarmes; Relatórios do processo. As impressoras a serem ligadas nas IHM devem ter uma porta de comunicação serial RS-232 para esse fim, além de admitir uma programação em código ASCII dos seus parâmetros. A IHM exigirá quais recursos de software? Todas as IHM têm algumas funções básicas, porém algumas mais específicas. Nem todas possuem, por exemplo, geração de receitas. Gerenciamento de Alarmes; Realização de Bargraphs; Criação de Receitas.

QUANDO NÃO UTILIZAR UMA IHM Apesar da IHM ser um componente fundamental em uma aplicação, ele se revela limitado em alguns recursos quando comparado com software supervisório, por exemplo, os recursos matemáticos de uma IHM são muito restritos e, em alguns casos, somente é possível a normalização de variáveis (equação do primeiro grau). Em um software supervisório a comunicação com o mundo exterior torna-se muito mais simples pelo fato de ser em plataforma Windows, entretanto, como tudo tem seu custo, um software supervisório é um programa caro, precisando-se de uma base operacional que é o Windows (já existe para Linux também) e um computador, de preferência padrão industrial. Esse conjunto acaba saindo muito caro. Por esse motivo, a IHM ainda é a preferência na maioria das aplicações. Um outro fator que impede o uso de IHM é quando precisamos nos comunicar com algum banco de dados ou com sistemas ERP. Nesse ponto, o software supervisório é imprescindível.

CONCLUSÃO Vimos a importância do uso da IHM na área de Automação Industrial, mas o mais importante é ter em mente que, ao se escolher uma IHM, tenhamos certeza que ela se encaixa na aplicação prevendo o futuro, por exemplo. Hoje, o operador não precisa entrar com dados do processo, porém num futuro próximo ele poderá inserir dados de processo. E, ao especificar, procure a que oferecer melhor custo/ benefício dentro das perguntas acima mencionadas.