Desde hace algunos años existe un énfasis creciente en el uso de gráficos en ambientes computarizados, como medio para presentar datos en una forma de sencilla compresión.

Se estima que el mercado de hardware y software para aplicaciones gráficas creció a pasos agigantados.

En este mercado se incluyen aplicaciones tan diversas como Diseño Asistido por Computador CAD y el procesamiento de imágenes y generación electrónica de publicidad. Una consecuencia importante de esta tendencia, es la disminución en los costos de los productos asociados a estas aplicaciones. El hecho de que estas tecnologías sean ampliamente utilizadas en muchísimas aplicaciones resulta en una relación prestación/precio extraordinariamente alta. Las estaciones de operación ofrecidas por los proveedores de sistema de control de procesos no puede igualar esta relación, ya que están basadas en productos de tecnología propietaria y bajo volumen de producción. Por tal motivo, podemos predecir que los proveedores de sistemas de control incorporarán estaciones de operación basadas en tecnologías de alto volumen de ventas en sus arquitecturas. De hecho, el sistema industrial abierto I/A de FOXBORO ya incluye estaciones de operación basadas en PCs o workstation UNIS, como parte estándar de la arquitectura del sistema.

En relación con el software responsable de la interacción con el operador, existe una fuerte tendencia hacia ambientes de operación con ventanas o ambientes visuales. En este sentido, hay dos tecnologías que están compitiendo por el dominio del mercado informático.

La primera tecnología comprende a Windows, Presentación Manager, y Macintosh. Los tres ambientes tienen como característica comunes su orientación al trabajo con un solo computador, y la ausencia de una norma de jure que las respalde. Microsoft Windows es el ambiente más popular de los tres mencionados.

Este programa ofrece una interfaz al usuario consistente y permite correr varios programas simultáneamente, intercambiando datos entre ellos. Se espera que en pocos años el término “IBM PC compatible” sea superado por el término “Windows compatible” o “Linux compatible”.

Actualmente muchos paquetes de software para control basados en PC están migrando hacia MS Windows o LINUX. Sin embargo, MS Windows está diseñado para operar con un único procesador. Microsoft dispone de productos (o tiene planificados) productos derivados de Windows (el Windows NT, Windows XP) que ofrecerán beneficios cuando sean implementados en redes con múltiples procesadores. Sin embargo, estos productos no han alcanzado hoy la categoría de norma del mercado, ya sea de facto o de jure. Por otra parte, la tecnología X Windows está actualmente disponible en ambientes de sistemas de mayor envergadura, con sistemas operativos como LINUX o UNIX y redes como 802.3 con TCP/IP. La implementación de estas tecnologías es parte de una nueva generación de sistemas de control.

Conocer el proceso:
Se debe saber cómo funciona la planta, tanto en estado estacionario como durante los transitorios.

Conocer al operador:
Se debe saber qué experiencia y conocimientos posee; las pantallas deben ser autoexplicativas para el nivel de conocimientos que posee el usuario, haciendo evidente la próxima acción que el operador deba tomar. Esto facilitará y hará más cómoda su tarea.

Conocer el ambiente donde se encuentra la instalación:
¿Con qué hardware cuenta el operador?. ¿Cuál es el diseño de la sala de control?. ¿Hay personal en forma permanente en la sala?. Estas preguntas deben tener respuesta antes de empezar el diseño. El uso de multipantallas direccionables (el operador puede pedir desde un monitor que se envíe a otro cualquier gráfico) también debe ser tenido en cuenta.

Teniendo estos conocimientos, es posible iniciar el diseño de las pantallas. En esta sección presentaremos reglas asociadas a cuatro aspectos que deben ser tenidos en cuenta durante esta tarea:

El usuario.
La disposición de elementos en la pantalla.
Detalles de la pantalla.
Características del monitor y la sala.

En la aplicación de cualquiera de las reglas, debe considerarse siempre la siguiente regla:

Regla 0: ”Todas las reglas tienen excepciones”. Por lo tanto, cuando UD. entienda que tiene buenas razones para hacer una excepción, ésta se debe hacer.

El usuario
Regla 1: Conozca al usuario, y diseñe la pantalla pensando en él. Una tendencia muy común de programadores e ingenieros es diseñar pantallas pensando en ellos mismos, en lugar de hacerlo pensando en el usuario.

Regla 2: Siga los estereotipos y convenciones del usuario en forma uniforme. Por ejemplo, en la señalización del tránsito de las calles, todos sabemos que el rojo significa que el tránsito está detenido, y el verde que está avanzando. En las plantas de generación o distribución eléctrica, en cambio, el rojo indica que la corriente circula, mientras que el verde indica que está detenida.

Regla 3: Haga que las pantallas sean tan fáciles de entender, que no se requiera un manual. Su uso debe ser obvio. La inconsistencia, y la falta de claridad atentan contra la obviedad de la pantalla.

Regla 4: Las pantallas deben ser fáciles de usar. Esto debe ser un objetivo del diseño de las pantallas, y no algo que ocurre por casualidad. En particular, la pregunta ¿Cuál es el objetivo de esta pantalla?, debe hacerse antes de iniciar el diseño de cualquier pantalla.

Regla 5: No antiborrar al operador con alarmas y mensajes que puedan aparecer simultáneamente. Existe la tentación de colocar alarmas y avisos a cada variable en forma individual, dada la facilidad y “gratuidad” que el software permite; sin percibir que ante un evento, se puede desencadenar una cascada de información que puede confundir al operador.

Regla 6: En aquellos casos en que la información no se realimente con mediciones de campo, el operador debe ser entrenado para diferenciar una señal del sistema de la realidad, atendiendo a que en circunstancias extraordinarias, ambas pueden diferir. Por ejemplo, no se debe confundir la indicación de la señal de salida a la válvula de un controlador, con la verdadera posición de la válvula que se cierre, e indicar en la pantalla que la válvula está cerrada. Pero la válvula puede haberse trabado accidentalmente, y permanecer abierta.

La disposición de los elementos en pantalla
Regla 7: Evite el detalle innecesario. Por ejemplo, es innecesario dibujar el bypass de una válvula de control, a menos que éste esté automatizado. El bypass ocupa espacio en la pantalla, y distrae al operador, sin agregar información útil. El nivel de detalle de una pantalla está también relacionado con su objetivo. También puede ser necesario mostrar en algunas pantallas cada bomba de un conjunto, mientras que en otra pantalla bastará mostrar una sola bomba en representación del conjunto.

Regla 8: Use una grilla de referencia, común a todas las pantallas. El espacio disponible en la pantalla se divide en áreas para el título de la pantalla, mensajes, mímicos, zonas sensibles para el acceso a otras pantallas, fecha y hora. Esta grilla debe ser utilizada para todas las pantallas. Si esto no es posible, debe diseñarse otra.

Regla 9: En tablas de números, alinie el punto decimal. En tablas de palabras, alinie a la izquierda. Esta regla aumenta la legibilidad de la información.

Regla 10: Agrupe los elementos asociados. Para el ser humano es más fácil recordar un conjunto de equipos asociados, que esos mismos equipos individualmente. Del mismo modo, resulta más fácil recordar la secuencia de letras “recordar”, que la secuencia de letras “gkdoosme”, aún cuando ambas tengan la misma cantidad de letras y vocales.

Regla 11: Ubique las cosas en forma lógica. Por ejemplo, si se agrupan eventos por su orden de aparición, los más recientes deben estar al comienzo de la lista (arriba), y los más antiguos al final (abajo). En forma similar, si los ordenamos por importancia, los más importantes deben estar arriba, y los menos importantes abajo. Por otra parte, los eventos de igual importancia deben estar juntos.

Regla 12: Diseñe una pantalla balanceada. Una pantalla balanceada tiene la mitad del peso de cada lado. El “peso” se refiere al hecho de que algunos objetos parecen pesar más que otros, en virtud de su tamaño, forma color, grosor de las líneas, etc.

Regla 13: Sea consistente. Los elementos dentro de una pantalla deben ser consistentes. También debe haber consistencia entre elementos de distintas pantallas. Por ejemplo, utilice siempre las mismas unidades para la misma variable.

Detalles de la pantalla
Regla 14: No usar más de siete colores. Un estudio psicológico sugiere que la máxima cantidad de información que el ser humano puede recibir en forma cómoda y eficiente, utilizando una codificación de un elemento (por ejemplo el color), es de 7 valores diferentes. Usado con moderación, el color se puede utilizar para llamar la atención sobre datos específicos, reducir los errores de interpretación, ayudar a absorber más información, y facilitar el recuerdo de una pantalla. Utilizada en exceso o inapropiadamente, la abundancia de colores provocará confusión, cansancio, y aumentará la posibilidad de error.

Regla 15: No utilizar el negro como color de fondo. El uso de otro color oscuro como el azul o el gris oscuro, requerirá menor adaptación del ojo humano a los contrastes entre la iluminación de la sala y el CRT, y entre la información mostrada (foreground) y el fondo (background) de la pantalla.

Regla 16: No utilizar colores que combinados luzcan mal. El color suele ser afectado por su ambiente. Por lo tanto, los colores a utilizar deben ser elegidos considerándolos no sólo individualmente, sino también en su conjunto. Por ejemplo, caracteres compuestos por líneas finas pueden parecer de un color distinto que una superficie grande y uniforme del mismo color. Estas combinaciones deben chequearse en el sistema mismo, y no mediante tablas impresas de colores.

Regla 17: Utilice el color en forma efectiva. Evite utilizar únicamente colores básicos; rojo, verde, azul, magenta, cian, amarillo, blanco y negro. Pruebe por ejemplo, utilizar dos o tres tonos de marrón (amarillo, azul, o verde). Reserve el rojo para alarmas importantes. Una vez más sea consistente.

Regla 18: Cuando codifique información utilizando tamaños o formas, no utilice más de 7 diferentes formatos. Esta regla es similar a la regla 14.

Regla 19: Evite utilizar el parpadeo, excepto para llamar la atención sobre algo importante. Este recurso debe usarse con moderación ya que la atracción sobre el elemento parpadeante es muy fuerte, y neutraliza otras informaciones, no importa su color o formato. La frecuencia de parpadeo debe ser de 1 a 4 Hz, ya que frecuencias mayores pueden traer trastornos físicos. Los textos parpadeantes son muy difíciles de leer.

Regla 20: Use un tipo de caracteres (font) que sea fácil de leer. En particular observe si las siguientes combinaciones de caracteres son fáciles de distinguir Q/0, S/5, U/V, X/K, I/1, 6/G, y 0/O.

Regla 21: Separe adecuadamente las letras, las palabras y las líneas de texto. Es recomendable una separación de un caracter entre palabras, y del 50% de la altura del caracter entre líneas de texto. Las líneas de texto que se tocan son particularmente difíciles de leer.

Regla 22: Utilice letras mayúsculas, a menos que la resolución del monitor sea de 640 x 480 pixels, o superior.

Regla 23: Utilice textos breves y claros. Por ejemplo, el texto “Cuidado: las baterías en el AN/MSQ-55 pueden ser una fuente mortal de electricidad en determinadas condiciones” no tiene la claridad suficiente. Sin duda, el texto “CUIDADO!!! ESTO PUEDE MATARLO!!!” es más claro, directo y efectivo.

Características del monitor y de la sala
Regla 24: La resolución mínima recomendable es de 640 x 480 pixels.

Regla 25: Utilice un monitor con una frecuencia de refresco de 50 o 60Hz, no entremezclado.

Regla 26: Evite una diferencia importante entre la iluminación de la habitación y el brillo del monitor. La habitación debe estar lo suficientemente iluminada como para que sea fácil leer un documento, pero suficientemente oscura como para que sea confortable mirar el monitor. Las ventanas detrás de los monitores generan cansancio, debido al contraste entre la luminosidad del monitor y la luz del día. Por otra parte, si la ventana está a espaldas del operador, la luz del día se refleja en el monitor.

Regla 27: Utilizando pantallas sensibles al tacto, las áreas activas deben ser como mínimo de 2,5 cm x 2,5 cm.

El uso de estas recomendaciones contribuirá a obtener pantallas que permitan al operador concretar su objetivo: el mejor control de la planta.

Como consecuencia, los usuarios requieren cada vez más información de la HMI. Los operadores requieren Mediciones Dinámicas de Rendimiento (Dynamic Performance Measurements) que les permita cumplir con sus objetivos. Los nuevos usuarios del sistema (ingenieros de procesos, de mantenimiento, de planificación, gerentes) tienen requerimientos especiales, que también deben ser satisfechos. Por lo tanto, el diseño de la interfaz al ser humano está tendiendo un creciente grado de importancia.

Las herramientas actualmente disponibles, tanto en hardware como en software, permiten crear puestos de trabajo en los que la información requerida esté fácilmente disponible. Pero esto no ocurrirá en forma automática. Un equipo multidisciplinario, que incluya a operadores, ingenieros de mantenimiento, procesos y producción, y al diseñador del sistema, deberá ser el responsable de obtener los máximos beneficios de la tecnología disponible.

Los conceptos presentados son válidos, en términos generales, para las tecnologías descritas en este trabajo de tesis: Sistemas de control basados en PC, OIS. Por supuesto, no todas las tecnologías satisfacerán estas necesidades en la misma forma. Por lo tanto, la flexibilidad y capacidad que un sistema tenga para la implementación de una HMI es un importante aspecto en el análisis de un sistema.

De esta manera, en estas 7 lecciones, hemos definido los aspectos generales que hacen al funcionamiento e implementación de un PLC. A partir de la próxima edición comenzaremos nuestro “diseño” comenzando con el módulo simulador de proceso de temperatura.