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Resumen — Los fundamentos del diseño de sistemas en ámbitos

industriales permiten entender metodologías para diseño de interfaz,

pantalla y control orientados a industria, para lo cual en el presente

documento se detallan los conceptos de diseño para entender su relación

son la supervisión y automatización, estándares y guías metodológicas, así

como también se aborda la aplicación en sistemas interactivos, clasificación

de interfaces persona-máquina, diseño de paneles de mando de control,

ergonomía aplicada al diseño de salas de control y supervisión industrial.

Palabras clave — Interfaz, Interacción Hombre Máquina,

Estándares, Automatización, Automática, Industrial, Sistema de

Producción, Ergonomía, Supervisión, HMI, SCADA GEMMA,

GRAFCET.

I. INTRODUCCIÓN

En los sistemas de procesos industriales es importante la

aplicación de ciertas normas en cuanto al diseño y desarrollo

de ambientes industriales y de interfaces que estarán

relacionando continuamente al operario con la máquina.

El presente artículo topará los parámetros más importantes

para los diseños de interfaces, pantallas y correctos diseños de

cuartos de control para la aplicación a nivel industrial.

II. DESARROLLO DEL ARTÍCULO

A. ANTECEDENTES

El diseño y automatización industrial han avanzado de

manera significativa en las últimas décadas, por lo cual es

necesario tener bases sólidas sobre los fundamentos del

diseño de sistemas en ámbitos industriales, considerando la

supervisión (mediante diseños de interfaz y pantalla), así

como entender la relación entre interacción y automatización

para enfocar los diseños a la eficiencia de sistemas persona-

máquina.

B. METODOLOGÍA

- El formato de enseñanza es de forma virtual y los

estudiantes deberán utilizar el material docente y las

herramientas de la plataforma digital.

- La metodología que se usará es la PBL (Aprendizaje

basado en proyectos/problemas) en el cual el

estudiante recopila información y elabora un

documento y el profesor lo asesora en los aspectos

prácticos de dicho problema.

C. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Evolución histórica del concepto de diseño

Thomas B. Sheridan experto en tele robótica,

automatización y control dijo: “los progresos en robótica

dependen no solo de los cambios en la tecnología, sino

también en los avances en la comprensión de la relación

entre personas y máquinas”.

Sheridan enfoca la atención en la relación entre la persona y

la máquina, por tanto expresa:

Reparto del control de la tarea entre persona y

máquina: la tarea la ejecuta la persona con el soporte

del robot, la tarea la ejecuta el robot, etc.

Interacción entre persona y máquina: tipo de interfaz

física adaptada al tipo de discapacidad como joystick,

pedal, teclado especial, etc.

Con estas afirmaciones hay que valorar que la persona y la

máquina se encuentran en un mismo entorno.

Diseño de sistemas interactivos centrados en el usuario

A mediados de los años 80, el diseño dejo de ser visto como

un proceso lineal al de una idea de ciclo en la que se centra

la idea en el carácter iterativo del proceso y en las

necesidades y capacidades de los usuarios. Englobando la

idea de cómo el usuario puede usar el sistema que está

siendo diseñado bajo el término usabilidad considerando:

o La opinión del usuario debe tenerse en cuenta

o El diseño debe ser poco costoso.

Corresponde a los expertos en ingeniería de la usabilidad

definir como se evalúan las especificaciones para satisfacer las

necesidades del usuario.

Estándares y guías metodológicas

Las principales guías o estándares que tratan la

problemática de la interacción compleja entre personas y

máquinas y que pueden aportar rasgos a considerar en la

supervisión humana industrial.

ISO 11064.- establece unos principios,

recomendaciones y requerimientos para ser aplicados

en el diseño de centros de control.

Human Factors Design Standards (HFDS).- esta

hace hincapié en la relevancia del rol del operario y

en la aplicación de la automatización centrada en el

S. Acosta, N. Benítez, G. Moncayo, J. Noboa, G. Cruz, R. Hidalgo, D. Pichoasamín, M. Morocho, W.

Campaña, D. Pérez, D. Paucar, C. Guerrón, F. Untuña, G. Cárdenas, D. Rodríguez, UNIVERSIDAD

DE LAS FUERZAS ARMADAS - ESPE

DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN

INDUSTRIAL

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humano fue desarrollada para la Administración

Federal de Aviación FAA de los EE.UU.

Human Interface Design Review Guidelines

(NUREG 0700).- creada para revisar el diseño desde

el punto de vista de factores humanos de las

interfaces persona-sistema (Human System

Interfaces, HSI) en general, fue desarrollada por la

Comisión de Regulación Nuclear de los EE.UU.

Safety Automation System NORSOK.- desarrollados por la industria petrolífera de Noruega

para asegurar una adecuada seguridad, valor añadido

y un coste efectivo para todas las partes implicadas

en el desarrollo de sistemas petrolíferos.

Man System Integration Standard (NASA-STD-

3000).- generado por la agencia NASA en donde

proporciona la información específica para asegurar

la integración apropiada de los requerimientos de

interfaces persona-máquina con los de otras

disciplinas aeroespaciales.

GEDIS (guía ergonómica de diseño de interfaz de

supervisión).- ofrece un método de diseño

especializado en sistemas de control supervisor

industrial basado en niveles donde se van

concretando los diseños de los distintos tipos de

pantalla y contenidos.

Principios de diseño

Jerarquía de necesidades de Maslow

La ley de Hick

Equilibrio entre flexibilidad y eficacia

La limitación

Error humano

Control supervisado

Jerarquía de necesidades

Este principio especifica que un diseño debe satisfacer un

conjunto de necesidades de forma ordenada. Se expresa en

forma de pirámide de 5 niveles.

Figura 1. Pirámide para expresar la Jerarquía de

Necesidades

Funcionalidad.- que el diseño funcione.

Fiabilidad.- obtención de resultados estables y consistentes.

Utilidad.- facilidad en el uso de un diseño.

Competencia.- otorgar a los usuarios la posibilidad de

hacer las cosas mejor.

Creatividad.- permite los usuarios pueden interactuar con

el diseño de un modo innovador.

La ley de Hick

La ley permite calcular el tiempo que se tarda en tomar una

decisión cuando se presentan varias posibilidades.

Fórmula 1. Ley de Hick

nbaRT 2log* (1)

Siendo:

- RT: tiempo de respuesta

- a: tiempo total que no está implicado en la toma de

decisión

- b: constante empírica basada en el tiempo de

procesado cognitivo para cada opción (0,155 s para

los seres humanos)

- n: número de alternativas posibles

Equilibrio entre flexibilidad y eficacia

Los diseños flexibles pueden desempeñar más funciones

que los diseños especializados pero lo hacen de una forma

menos eficaz. Debe conseguirse el equilibrio entre

flexibilidad y eficacia ya que no se puede prescindir de

ninguno de los dos conceptos; la incorporación de la

flexibilidad permite satisfacer un mayor número de

exigencias de diseño, pero ello repercute en un aumento de

la complejidad.

La limitación.

Las limitaciones permiten reducir las acciones que se

pueden realizar sobre un sistema. La aplicación de las

limitaciones facilita la utilización de los diseños. Existen

dos tipos de limitaciones, físicas y psicológicas.

Las limitaciones físicas reducen las acciones a condicionar el

movimiento según trayecto Las limitaciones físicas se

emplean para reducir la sensibilidad de los controladores, al

minimizar las entradas involuntarias y evitar las acciones

peligrosas. Como el caso:

Limitación de tipo Trayecto: se lo representa con el

slider, el usuario puede deslizar el cursor a lo largo de

una trayectoria en una escala.

Limitación de tipo Eje: Usa un dispositivo selector,

movimientos de rotación sobre el controlador se

puede activar o desactivar el dispositivo.

Las limitaciones de tipo Barrera: ejercen como

detención. El ejemplo más común es al mover el

ratón convencional y encontrar los límites de la

pantalla del ordenador.

Las limitaciones psicológicas Son aspectos de percepción de la información y modelos

mentales del mundo. Las limitaciones psicológicas se

clasifican en símbolo, convención y dirección. Las

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limitaciones psicológicas se emplean para mejorar la

claridad de un diseño y facilitar el reconocimiento de la

situación por parte del usuario, así como facilitar la entrada

de acciones.

Error Humano

Una de las causas más frecuentes de los accidentes se debe

al error humano. Como primera aproximación los errores

pueden clasificarse en errores de ejecución y en errores de

planificación.

Los errores de ejecución, o errores de acción: se

corresponden con equivocaciones por parte del usuario que

tienen lugar en el inconsciente. El usuario tenía intención de

apretar un botón, y debido a la equivocación, ha acabado

presionando un botón no deseado, por ejemplo.

Los errores de planificación: se producen cuando la tarea de

toma de decisiones y solución de problemas resulta

inadecuada para corregir el mal funcionamiento de un

proceso o una máquina.

Los diseños deben ayudar a las personas a evitar errores y,

en caso de producirse, a minimizar las consecuencias

negativas. En este sentido se define el diseño indulgente que

incluye:

- Adecuaciones: características físicas del diseño que

influyen en su correcta utilización.

- Acciones reversibles: acciones que pueden

deshacerse si se produce un error.

- Redes de seguridad: instrumento o proceso que

minimiza las consecuencias negativas de un error

catastrófico

- Confirmación: verificación de las intenciones antes

de realizar acciones arriesgadas.

- Advertencias: señales, mensajes o alarmas empleadas

para avisar de un peligro inminente

- Ayuda: información de soporte al operario en

operaciones básicas o conflictivas para la superación

de la situación.

Control supervisado

Supervisión de un proceso indica el conjunto de acciones

desempeñadas para asegurar el funcionamiento correcto del

proceso incluso en situaciones anómalas.

El operario interactúa con el proceso controlado y puede

ejercer tareas rutinarias de vigilancia sin intervención, es

una arquitectura híbrida de interacción entre el operario

humano, la interfaz y el controlador.

Desde el ordenador el operario tiene una mejor

comprensión del proceso controlado mediante herramientas

de programación orientadas a los procesos industriales,

mediante los cuales se pueden generar aplicaciones a

medida del proceso a estudio.

Figura 2. Interacción hombre – máquina en un proceso

La supervisión engloba la automatización, el seguimiento y la

vigilancia del proceso controlado. La automatización y la

supervisión son fases consecutivas a aplicar sobre el proceso.

El sistema de supervisión es el encargado de llevar a cabo las

actividades siguientes:

- Adquisición y almacenamiento de datos

- Monitorización o vigilancia de las variables del

proceso

- Control supervisor sobre autómatas y reguladores

industriales

- Detección de fallos

- Diagnóstico de fallos

- Reconfiguración

Las principales tareas del operario son:

- Planificación de la tarea a realizar y cómo realizarla.

- Automatizar las tareas sobre ordenador para que

puedan ejecutarse de forma automática

- Monitorizar la ejecución automática.

- Intervención humana, aquí el operario interviene de

forma activa.

Figura 3. Interacción del operario con un sistema controlado

supervisado.

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El control supervisado, aunque presenta una gran

complejidad, es especialmente útil en el manejo de

sistemas persona-máquina complejos, en la industria

y en los sistemas de tele-operación.

Hay que destacar la presencia de incertidumbre y el

error humano. Al realizar un modelo físico-

matemático del funcionamiento del proceso, cuanto

mejor sea este modelo menor será la incertidumbre,

pero no se puede conseguir una fiabilidad perfecta en

el uso del modelo.

D. DISEÑO DE INTERFAZ

Industrias relacionadas con la automatización.

Se las puede clasificar en industrias manufactureras e

industrias de procesos. La primera se caracteriza por la

presencia de máquinas herramienta de control numérico por

ordenador como núcleo de sistemas de fabricación flexible,

destaca el uso de estaciones robotizadas en tareas de

soldadura, pintura, montaje, etc., teniendo en cuenta que los

temas a resolver en este tipo de industrias es la planificación

y gestión de la producción, es decir la asignación de tareas a

máquinas, diseño del layout de la planta, sistemas flexibles

que fabriquen diversos productos, políticas de planificación

cercanas a la optimización, etc.

En cuanto a la industria de procesos, se las conoce como

fábricas de productos de naturaleza más o menos continua,

como la industria petroquímica, cementera, de la

alimentación, farmacéutica, etc. En éstas destaca la

aplicación de algoritmos de control avanzado, como por

ejemplo el control predictivo; tiene un nivel consolidado en

cuanto a salas de control con sistemas de control distribuido

(DCS), y el uso de autómatas programables para tareas

secuenciales o para configurar sistemas redundantes seguros

ante fallos, entre otros elementos.

Fases para la puesta en marcha de un proyecto de

automatización

En la parte de automatización y desde el punto de vista del

trabajo que debe realizar el ingeniero/ingeniera técnica se

tienen las fases indicadas por la Figura 4.

Automatización: En esta fase se debe desarrollar los pasos

siguientes relacionados con el GRAFCET y la puesta en

marcha de automatismos:

Observar el proceso a controlar y generar el

GRAFCET de primer nivel en su descripción

funcional.

Seleccionar el automatismo (autómata programable).

Realizar el cableado físico de sensores y actuadores.

Generar el GRAFCET de segundo nivel en su

descripción tecnológica.

Supervisión: Los pasos a desarrollar en esta fase son:

Reunir el máximo de especificaciones sobre los

estados posibles en las que se puede encontrar una

máquina o un proceso.

Definir los módulos a utilizar según la complejidad

del problema y representar gráficamente el caso de

estudio mediante los estados y las transiciones de la

guía GEMMA (Guía de Estudios de modos de

marcha y paro).

Generar para cada módulo un GRAFCET parcial.

Integrar los GRAFCET parciales en un solo

GRAFCET general.

Supervisión del proceso por parte del operario.

Interacción: Etapa llevada a cabo por el operario y el proceso

controlado por parte del automatismo, se debe concretar la

intervención del operario mediante el diseño del panel de

mando en función de las acciones físicas sobre dispositivos y

la recepción de señales informativas visuales o acústicas.

Los dispositivos concretos a utilizar dependen de los módulos

definidos en la fase denominada supervisión. En concreto,

presentamos una disposición básica de dispositivos en la

siguiente sección. Para el diseño del panel de mando se

utilizan conceptos que aparecen en la normativa de seguridad

en máquinas, así como especificaciones ergonómicas y el

conjunto de situaciones a tratar mediante la guía GEMMA. La

siguiente sección muestra en detalle esta integración. En

función de la complejidad del problema, el operario debe

conocer qué dispositivos necesita y si el panel es el adecuado

o conviene hacer mejoras.

En automatización industrial, existe una gran diversidad de

dispositivos, que se engloban en lo que se conoce como

interfaz persona-máquina (HMI). La comprensión de la fase

de interacción es vital para que el usuario pueda clasificar las

diversas situaciones que se dan en el sistema automatizado y

procesar la información e intervenir con coherencia.

Implementación: Es la parte más práctica del método. Sus

pasos más significativos son:

Selección del lenguaje de programación del

automatismo.

Traducción de GRAFCET a lenguaje de

programación.

Esta fase requiere las habilidades prácticas del operario en la

programación de automatismos. Respecto a la traducción de

GRAFCET a lenguaje de programación de autómatas, algunos

usuarios utilizan el GRAFCET de tercer nivel en su

descripción operativa. Otros usuarios prefieren pasar

directamente el GRAFCET de segundo nivel, en su

descripción tecnológica, al formato de esquema de contactos.

Pruebas: Una vez implementado el algoritmo general sobre el

automatismo, el operario puede verificar dicho algoritmo por

partes; vigilar la evolución del proceso o interactuar con el

proceso controlado mediante el panel de mando.

Para afrontar problemas complejos se recomienda dividir el

problema en módulos funcionales básicos, y así poder rehacer

el algoritmo de forma metódica sólo en las partes a rehacer.

Al incluir una fase de interacción, debe quedar claro que el

operario forma parte del sistema persona-máquina diseñado,

de ahí que una nueva figura puede clarificar el rol de la tarea

del operario.

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Figura 4. Fases para la puesta en marcha de un proyecto de automatización

Clasificación de interfaces persona-máquina

Las HMI destinadas a la automatización industrial se

pueden clasificar en dos grupos:

De supervisión de procesos (basadas en SCADA)

Las de manejo y visualización a nivel de máquina

(basadas en paneles).

A su vez las HMI de manejo y visualización a nivel de

maquina se subdividen en dos grupos:

Paneles móviles

Paneles estacionarios.

Teach pendant para robot industrial: El teach pendant en

robótica industrial es un tipo de interfaz HMI diseñada para

la programación y verificación de los programas a ejecutar

por parte del robot industrial. Esta interfaz acoge la tarea del

operario en robótica que debe programar el robot en la tarea

industrial programada, por lo que la interacción entre el

operario, el robot y diversos elementos de automatización

lleva consigo la mejora de la interfaz en cuanto al manejo.

Figura 5. Teach Pendant de un Robot Industrial.

Tablet PC: Las Tablet PC’s son equipos portátiles conectados

al equipo principal mediante un sistema Wireless, y que

permite que el operario, moviéndose libremente en planta,

pueda acceder a la información, adquirirla, tratarla y

compartirla o enviarla a la aplicación gráfica que se encuentra

en la sala de control principal.

Figura 6. Tablet PC para procesos industriales

Diseño de panel de mando para automatismos y máquinas

industriales

El panel de mando forma parte del conjunto de dispositivos

HMI, interfaces persona-máquina presentes en sistemas de

automatización industrial (terminales programables,

monitor con pantalla táctil).

La ingeniería de la usabilidad y la normativa de seguridad

en máquinas, para el diseño de un panel de mando en el que

el operario pueda llevar a cabo la fase de intervención

presente en la guía GEMMA.

Especificaciones: En el ámbito industrial, se encuentran

paneles básicos a pie de máquina o mediante soporte a la

altura de los ojos del operario. Si la máquina incorpora

diversos componentes periféricos, es fácil encontrar

diversos paneles que incorporan pulsadores y selectores a lo

largo de la máquina. Los dispositivos informativos visuales

suelen construirse sobre un chasis plastificado exterior en el

mismo color que el que emerge del componente electrónico

interior, normalmente un diodo emisor de luz, o led.

Figura 7. Panel de mando sencillo de una máquina industrial

Diseño

Para el diseño se debe tomar en cuenta que en los paneles

no exista ambigüedad, ya que un panel de mando

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desordenado provoca mala interpretación y errónea

ejecución.

En primer lugar las funcionalidades deben estar

distribuidas horizontal y verticalmente, dispositivos de

información visual DIV se sitúan en la parte superior del

panel y los dispositivos controladores se sitúan en la parte

inferior del panel

Figura 8. Correcta distribución del panel de mando de una máquina

industrial

En la parte de servicio se dispone un selector (0, 1), pone en

servicio la máquina o proceso; el LED blanco indica esta

acción.

En la parte de modos de marcha/paro el operario dispone de

un selector de cuatro posiciones (MAN, 0, CaC, AUT). La

ordenación de modos en el selector de marcha/paro no es

aleatoria. El modo 0 separa el lado izquierdo, en el que se

selecciona el control manual humano, de los modos a la

derecha de 0, que servirán para seleccionar diversos modos

de control automático.

El modo CaC permite que el operario pueda observar el

ciclo completo llevado a cabo por el automatismo sobre el

proceso y detenerlo al final para proceder a revisiones y

cambios. Una vez el operario está seguro del desarrollo del

ciclo, puede escoger el modo automático AUT del selector.

El modo 0 permite al operario detener la máquina en un

instante concreto, sin perjuicio del funcionamiento de la

misma, en contraste con CaC que significa el paro de la

máquina al finalizar el presente ciclo. El selector se

complementa con un pulsador, de forma que realmente el

operario primero selecciona y luego valida su decisión.

En la parte de seguridad se dispone del paro de emergencia

y del pulsador de rearme para el reestablecimiento del ciclo.

Los LEDS indicadores mostrados informan de un posible

fallo de un dispositivo (en este caso, de un sensor o de un

actuador) y de una situación de alarma (en la que hay que

estar precavidos ante un posible agotamiento de materia

prima, por ejemplo).

Utilización

Una vez el panel de mando está definido, se puede hacer

una asociación de ideas entre las situaciones presentadas en

la guía GEMMA y la intervención del operario sobre el

panel de mando. Situaciones como:

- Marcha por ciclos y paro a fin de ciclo

- Marcha de verificación con orden

- Parada de emergencia

Son las que los operarios tendrán que estar preparados para

solucionarlas.

Una vez seleccionados algunos actuadores y sensores, se

puede generar el sub-panel y ubicar los indicadores y

controladores

Creación de Prototipos

Una vez se han aplicado criterios de ergonomía, seguridad

en máquinas en el diseño del panel de mando, es importante

crear prototipos reales para evaluar la usabilidad.

Crear un prototipo requiere adquirir cada uno de los

dispositivos DIV y controladores, y adecuarlos en una caja.

En estos momentos, se dispone de una versión beta de panel

de mando, tal como se ilustra en la fotografía, y que está

perfectamente operativo ya que se integra con el

automatismo (PLC).

Figura 8. Prototipo de un panel de mando.

E. DISEÑO DE PANTALLA

Especificación de los Elementos de la Interfaz.

Se ordenan de lo general a lo particular tal como se muestra

en la figura 9.

Arquitectura: Mapa donde se indicarán todas las pantallas para el proceso.

Pantallas de Proceso: Muestran el estado de los equipos y

del proceso mismo.

Pantallas de Comandos: Permiten al operador realizar

acciones generales.

Pantallas de Configuración: Establecen límites de alarmas,

calibración, etc.

Pantallas de tendencias: Muestarn las valores de las

variables.

Pantallas de alarmas

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Figura 9. Esquema general de la metodología de desarrollo de la interfaz.

Distribución de las Pantallas

Como segundo paso la distribución de pantallas se basa en

la jerarquía de pantallas referidas a la arquitectura y esta

distribución posee una directriz general e importante:

Considerar que según el Diagrama de Gutenberg, el

Movimiento del ojo va de arriba a abajo y de izquierda a

derecha. También el centro de la pantalla es también un

lugar de alta visibilidad, todo ello podemos observar en la

figura 10.

Figura 10. Ejemplo de una plantilla para un sinóptico de proceso.

Navegación

El objetivo es que el esquema de navegación sea intuitivo y

fácil de usar, para utilizar los siguientes métodos:

Menús y submenús

Barra de Botones

Barras de Iconos gráficos

Link con hipertexto

Link con gráficos de proceso

Teclas de Función

Cajas Combo o Listas Desplegables (‘Combo boxes’)

Uso de Color

El color es uno de los elementos más importantes dentro del

contexto de las interfaces persona-máquina, su uso

adecuado (conservador, convencional y consistente) es

determinante para la generación de una excelente interfaz.

Color para representar el estatus de los equipos de la planta

(marcha, paro, falla, manual, etc.)

Color de los principales materiales y fluidos del proceso

(agua, aire, gases, materias primas, productos terminados).

Color de las alarmas (críticas, advertencias, mensajes)

Color del texto en general (Títulos, etiquetas, etc.)

Color de valores de proceso (Temperaturas, presiones,

niveles, etc.)

Figura 11. Ejemplo de paleta de colores del sistema SCADA comercial Intouch de Wonderware.

Información Textual

Es importante regular el uso de este elemento para informar

eficazmente al operador respecto al estado del proceso. Las

características del texto son:

Uso de fuentes

Tamaño del texto

Alineación

Espaciamiento

Acrónimos

Abreviaturas.

Figura 12. Fuentes del sistema SCADA

ARQUITECTURA NAVEGACIÓN

DISTRIBUCIÓN

COLOR TEXTO

VALORES TABLASEQUIPOSCOMANDOS

E INGRESO

DE DATOS

ALARMAS

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Estatus de los Equipos y Eventos de Proceso

En esta fase se debe definir el estándar gráfico de símbolos

e íconos. A continuación se muestra un ejemplo de una

tabla de símbolos de algunos equipos de proceso comunes.

TABLA I. EJEMPLO DE LA ESPECIFICACIÓN DE SÍMBOLOS

DE EQUIPOS DE PROCESO

Información y Valores de Proceso

El despliegue de los datos analógicos de proceso es una de

las maneras más importantes con las que se informa al

operador sobre el estado de la planta, ya sean valores

directos del campo o bien procesados por el sistema.

Figura 13. Ejemplo de distribución de mímicos, históricos y grupos de

datos relacionados

Gráficos de Tendencias y Tablas

Debemos decidir si estos grupos pertenecen solo al

ambiente, o si debemos insertarlo en os sinópticos de

proceso para que el operador tenga un panorama más

completo del funcionamiento de la planta.

De esta fase de la metodología se deben obtener los grupos

de tendencias y la definición de las tablas de datos que serán

mostradas al operador.

5.1.9. Comandos e Ingreso de Datos: La ubicación de los

comandos e ingreso de datos se puede establecer ya sea en

pantallas específicamente diseñadas para este fin, pueden

ser localizados junto con los sinópticos de proceso, o bien

considerando una mezcla de ambos conceptos.

Alarmas Las alarmas junto con la representación del estatus de los

equipos y de los valores analógicos del sistema constituyen

los principales elementos con los que se informa al operador

sobre el estado de la planta.

Evaluación de la Interfaz

Los diez indicadores pueden agruparse en una tabla de

forma que el operario encargado de aplicar la guía GEDIS

pueda medir cada uno de ellos para obtener un índice

global.

Medida del Indicador

Cada uno de los indicadores de la Tabla 1 puede

descomponerse en diversos subindicadores.

Al final del proceso se saca un promedio para la nota final de

la interfaz, si es necesario para cada parte de la interfaz se

pone un comentario.

Aplicación en planta azucarera

TABLA II. EVALUACIÓN DEL SIMULADOR DEL CTA MEDIANTE LA

GUÍA GEDIS Elemento Evaluacion Comentarios

1. Arquitectura 51.1. Correspondencia con la Planta 51.2. Numero de Capas 5

2. Distribución 32.1. Consistencia 3 Faltan plantillas de distribucion2.2. Densidad 3 Alta en los graficos generales2.3. Simetria y Balance 52.4. Flujo de Proceso 3 En general no es claro

3. Navegación 33.1 Correspondencia c/arquitectura 53.2. Accesibilidad 4 No se sabe que botones usar3.3. Consistencia 3 Los botones estan dispersos en pantalla

4. Uso del color 34.1. Visibilidad 3 Sobretodo en equipos de proceso4.2. Contraste con el fondo 44.3. Numero de colores 44.4. Diferenciabilidad entre colores 3 Problemas entre lineas de flujo y equipos4.5. Uso de colores tipicos(rojo, verde, amarillo) 2 Exceso de uso del color rojo4.6. Consistencia 4

5. Info. Textual 45.1. Numero de fuentes 55.2. Numero de tamaños 45.3. Visibilidad del texto 3 Sobretodo en valores numericos5.4. Espaciamiento 55.5. Alineacion 55.6. Uso del enfasis 45.7. Uso de acronimos 45.8. Coloración del texto 3 Texto de flujos no codificado con el color5.9. Consistencia 4

6. Simbolos y representacion de los equipos 46.1. Facilidad de reconocimiento 56.2. Visibilidad del estado del equipo 3 En algunos casos, no se nota el estado6.3. Consistencia 5

7. Valores de proceso 37.1. Visibilidad 3 Numeros dificiles de ver a distancia7.2. Ubicación ? Verificar con un experto del proceso7.3. Distribucion 47.4. Agrupación de datos 2 Practicamente no existe7.5. Consistencia 4

8. Tablas y Grupos de Tendencia 48.1. Formato 58.2. Visibilidad 58.3. Ubicacion 58.4. Agrupacion 2 Practicamente no existe8.5. Flexibilidad de configuracion tendencias 48.6. Consistencia 5

9. Comandos e Ingreso de Datos 39.1. Visibilidad 2 No se aprecia lo que se puede comandar9.2. Maniobrabilidad 3 Falta mas area de contacto del comando9.3. Retroalimentación 3 Falta interactividad9.4. Consistencia 4

10. Alarmas 310.1. Visibilidad de la ventana de alarmas 510.2. Accesibilidad de la ventana de alarmas 510.3. Ubicacion de la ventana de alarmas 510.4. Informatividad de los textos de alarmas 2 Falta mas info. relativa al evento10.5. Visibilidad de alarmas en sinopticos 3 Exceso de color rojo filtra las indicaciones10.6. Facilidad de reconocimiento 410.7. Consistencia 5

Evaluacion Global 3.5

Símbolo Descripción

Banda Transportadora

Ventilador

Bomba Hidráulica

Válvula On/Off

Tolva

Soplador

Motor Eléctrico

Válvula de Control

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Una vez completada la evaluación se realizaron los cambios

respectivos en la interfaz gráfica de la planta, como se ve a

continuación:

Figura 14. Gráfico de evaporación original

Figura 15. Gráfico de evaporación modificado

Aplicación en el campus Universitario

A continuación se describe el proceso que se realizó en las

instalaciones de la Universidad autónoma de Barcelona

sobre el control y monitorización mediante el sistema

SCADA Intouch, esto nos servirá de ejemplo para tomar las

respectivas consideraciones.

Es así que se evidenciaron varios problemas, por lo que se

deberá tomar en cuenta los siguientes aspectos:

Falta de visibilidad y desalineamiento de los

controles, así como también la deficiencia en la

apariencia general del sistema SACADA.

Es de vital importancia el uso de la retroalimentación

en los procesos de monitorización, ya que estamos

trabajando con un simulador y no es posible la

introducción o manipulación de los datos.

La mayoría de las visualizaciones no son nada fáciles

,ni intuitivas para poderlas utilizar

Otro de los aspectos importantes a considerar en la

aplicación del campus Universitario fue que no existe la

opción para introducir comentarios como ventaja a la hora

de la comprensión.

Por ejemplo, en la siguiente grafica podemos observar la

carencia de información que posee el sistema:

Figura 16. Pantalla de control del campo de hierba

Para describir lo dicho se señaló lo siguiente:

Mala estructuración del espacio de la pantalla.

Mensajes superpuestos.

Fotos de mala calidad y poca visibilidad debido a los

reflectores.

Falta de información sobre el lugar visualizado en el

sistema SCADA.

Los diseñadores no son conscientes sobre las debilidades que

presenta la visualización de los sistemas SCADA, por lo cual

se debe considerar que las personas no poseen

conocimientos exhaustivos del proceso , de ahí que esta

visualización debe ser lo más detallada y fácil de usar para

que el ser humano pueda interpretar la información.

F. DISEÑO DE SALA DE CONTROL

PROCESOS PARA LA REALIZACIÓN DE UN DISEÑO

DE SALA DE CONTROL INDUSTRIAL

- Diseño de sala de control

- Objetivos

- Sala de control industrial

- Ingeniería de la usabilidad aplicada al diseño de sala

de control

- Ergonomía aplicada al diseño de sala de control

- Supervisión industrial

- Guía para diseño de pantalla en supervisión

- Aplicación en planta azucarera

- Aplicación en campus universitario

- Referencias

CONSIDERACIONES PREVIAS

- Clase A: clasificación detallada de la gestión del

sistema

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- Clase B: análisis y función que se va a realizar en la

sala de control

- Clase C: diseño conceptual, la forma mobiliaria y

ubucacion de los dispositivos de control

- Clase D: diseño detallado, puntualizando

especificaciones de la parte mobiliaria y control

- Clase E: feedback operacional revisión de proceso

para garantizar óptimo desempeño.

EN LA APLICACIÓN DE LA NORMA ISO 11064 A

SISTEMAS COMPLEJOS DICHA NORMA SE DIVIDE

EN 8 PARTES:

- Parte 1: Principios de diseño de centros de control

- Parte 2: Principios para el acondicionamiento de la

habitación de control

- Parte 3: Distribución de la sala de control

- Parte 4: Distribución de las estaciones de trabajo

- Parte 5: Equipos de control y visualización

- Parte 6: Requerimientos ambientales en sala de

control

- Parte 7: Principios para la evaluación de centros de

control

- Parte 8: Requerimientos ergonómicos para

aplicaciones específicas

ELEMENTOS DE SALA DE CONTROL

- 5 ordenadores, 4 de ellos destinados a los operarios

de sala de control y uno para el personal de

mantenimiento, a través de los cuales se controla el

proceso de la planta.

- 1 ordenador para el control de generadores de

emergencia

- 1 ordenador de control de niveles de tanques

- 2 ordenadores con un sistema de seguridad activa.

- 6 monitores a través de los cuales se puede visualizar

diferentes partes de la planta.

- Sistema de megafonía

- Botonera para la activación en caso de emergencia

de:

o Parada de descarga de buques

o Desconexión de emergencia

o Paro total de planta

o 7 teléfonos

o Emisora para la comunicación a través de

walkie-talkies

o Control del consumo eléctrico

Figura 17.Fotografía de sala de control

SALA DE CONTROL DE TRANSPORTE PÚBLICO

El centro de control del CITP centralizará toda la

información que suministren los diferentes operadores de

transporte, el centro de información de tráfico y el centro de

información meteorológica, Toda esta información será

procesada en el CITP.

ESQUEMA DE LA ARQUITECTURA DE LA SALA DE

CONTROL

Figura 18. Esquema de la arquitectura de una sala de control

Arquitectura de los puestos de trabajo de los

operadores: 3 monitores de gran formato

controlados por dos estaciones de trabajo, una en la

que se ejecutarán las aplicaciones de gestión y control

de los datos (2 monitores por ordenador) y, en la otra

estación se gestionarán las diferentes señales de vídeo

(1 monitor).

SALA DE CONTROL DE OPERACIONES

ESPACIALES En estos centros se coordinan las operaciones tanto de

lanzamiento como las operacionales una vez la misión está

en marcha, integrar diversos sub-equipos realizando tareas

coordinadas de control, supervisión, mantenimiento,

seguridad, planificación, toma de decisiones, etc.

INGENIERÍA DE LA USABILIDAD APLICADA AL

DISEÑO DE SALA DE CONTROL

En principio este modelo de proceso puede aplicarse a

cualquier sistema interactivo en el ámbito de la informática

y en concreto en la ingeniería del software y en la

interacción persona-ordenador.

Figura 19. Fases del proceso

11

ANÁLISIS DE REQUISITOS DE USABILIDAD El análisis de requisitos se basa en tener un contacto

continuado y constante con los usuarios del sistema para

detectar información sobre sus necesidades. El método

propone las siguientes actividades:

TABLA III. PROPUESTAS DEL MÉTODO DE ANÁLISIS

DE REQUISITOS

TABLA IV. RELACIÓN DE LOS OBJETIVOS PRINCIPALES DE USABILIDAD TOMADOS EN CUENTA:

ANÁLISIS DE TAREAS A partir del análisis de tareas realizado en los

requerimientos y los requisitos funcionales será posible

definir un conjunto de escenarios que describan las

interacciones usuario sistema de forma sistemática y

eficiente. Estos escenarios se representarán de acuerdo con

un modelo predefinido, entre otros:

HTA – Hierarchical Task Análisis

GOMS – Goals-operations-methods-selection

CTT- Concur Tasks Tree

Diagramas de transición de estados

Diagramas de estados UML

Diagramas de actividad UML

Modelo conceptual: La elaboración de un modelo

conceptual ayudará a discutir y fijar ideas sobre el diseño de

la sala de control.

Guía de Estilo: En la fase de diseño deberán fijarse las

guías de estilo y en la mayoría de los casos se realizará una

adaptación de las guías existentes al proyecto.

Diseño detallado: El diseño detallado será el resultado de

evaluar y refinar el diseño.

Diseño arquitectónico: En esta fase del proceso también es

necesario a partir de los requisitos de usabilidad y técnicos

realizar el diseño arquitectónico de la sala.

Figura 20. Visualización de un diseño de sala de control mediante realidad

virtual

ERGONOMÍA APLICADA AL DISEÑO DE SALA DE

CONTROL

La ergonomía estudia de la conducta y las actividades de las

personas, con la finalidad de adecuar los productos,

sistemas, puestos de trabajo y entornos a las características,

limitaciones y necesidades de sus usuarios, buscando

optimizar su eficacia, seguridad y confort.

Aspectos de ergonomía física: La ergonomía física

debe llevar a un diseño de los puestos de trabajo más

seguros, cómodos y productivos.

1. Antropometría: estudia las medidas del cuerpo humano.

Estas medidas deberán servir para definir el puesto de

trabajo del operario de forma adecuada.

Figura 21. Posición de trabajo según los estándares

2. Diseño en función de la población: El diseño de

controles y puestos de trabajo debe tener en cuenta todo

el espectro de población que potencialmente puede

usarlo.

3. Distribución de tareas persona-máquina: Debe

definirse cuales tareas de supervisión serán

automatizadas. Esta decisión debe hacerse caso por caso

y solo automatizar aquellas en las que suponga una

mejora del proceso ya que no siempre es evidente a

prioridad.

1 •Análisis etnográfico

2 •Análisis contextual de tareas

3 •Análisis de elementos

4 •Plataforma

5 •Perfil del entorno

6 •Objetivos

1 • Facilidad de aprendizaje

2 • Consistencia

3 • Flexibilidad

4 • Robustez

5 •Recuperabilidad

6 •Tiempo de respuesta

7 •Adecuación a las tareas

8 •Reducción de la carga cognitiva

12

Figura 22. Distancias según el tamaño del monitor

4. Espacio de trabajo: Se define el espacio de trabajo

como el volumen asignado a una o varias personas, en el

espacio de trabajo deben tenerse en cuenta posturas,

movimientos.

5. La posición en el trabajo: Hay que determinar las

distintas posiciones de trabajo para la supervisión y

accionamiento de controles.

6. Los planos de trabajo: se trabaja con varias pantallas a

la vez por lo que hay que tener en cuenta las distancias y

su ubicación para una correcta visualización.

7. Área de trabajo: se define como el área que puede

cubrir un operador con un mínimo esfuerzo.

8. Dispositivos de acción y control: Es necesario definir el

estándar o conjunto de estándares aplicables que

definirán los requisitos sobre estos dispositivos.

ASPECTOS DE ERGONOMÍA COGNITIVA

La ergonomía cognitiva, estudia la carga mental, vigilancia,

toma de decisiones, capacitación, el error humano, la

interacción computadora-ordenador y la formación.

Interacción persona-ordenador: Existen varios estándares

y guías que incluyen requisitos y recomendaciones de

diseño de las interfaces persona-ordenador

Formación: La formación es de vital importancia para

minimizar los errores y facilitar la incorporación de nuevo

personal.

SUPERVISIÓN INDUSTRIAL

La supervisión de un proceso indica el conjunto de acciones

desempeñadas con el propósito de asegurar el

funcionamiento correcto del proceso y son las siguientes

partes:

La adquisición de datos se refiere a la conexión física de

los sensores presentes en el proceso con el equipo de

control mediante la adaptación electrónica pertinente.

La monitorización del proceso da la posibilidad de

distinguir entre el funcionamiento correcto o anómalo del

proceso mediante la ayuda de alarmas o indicadores de

situaciones de riesgo. En el contexto industrial, existen los

sistemas llamados SCADA.

Control supervisor se entiende la actividad que se lleva a

cabo sobre un conjunto de controladores para asegurar que

sus objetivos de control se cumplen.

Diagnóstico pretende la determinación del tipo, el tamaño,

la localización y el instante de aparición del fallo. Incluye la

detección, el aislamiento y la estimación del fallo.

Reconfiguración significa un cambio en las entradas y/o

del controlador y sus parámetros.

III. CONCLUSIONES

Dentro del diseño y automatización industrial se

trabaja constantemente con GRAFCET y GEMMA,

es necesario indicar que GRAFCET muestra el

control secuencial a modo de etapas de

funcionamiento de la máquina/proceso, mientras que

la guía GEMMA muestra la presencia de las acciones

del operario humano en forma de estados de parada,

funcionamiento y fallo.

Para mayor facilidad en el control de la planta por

medio de una interfaz se deben ubicar las tablas y las

alarmas como indican las normas para no confundir

al operario del sistema.

Una vez que se realiza una evaluación se deben

realizar los cambios respectivos para que no existan

problemas en la planta.

Una característica importante de los sistemas

SCADA, es que presentan retroalimentación, la cual

es de vital importancia para los comandos e ingreso

de datos, todo esto debido a que permitirá al usuario

recibir una respuesta del sistema tanto positiva como

negativa inmediatamente después que se ha efectuado

una acción.

Los parámetros de diseño de salas de control se basan

en normas tanto ergonómicas como en normas que

aseguren la salud de los operarios dentro de dicha

empresa, tanto distancias como equipos se encuentra

normado para la mejor comprensión y distribución de

los elementos que conforman una sala de control.

IV. REFERENCIAS

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