Diferencias entre IPCs y HMIs industriales

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Los HMI y los IPC pueden tener el mismo aspecto, pero tienen diferencias fundamentales en capacidad, rendimiento y flexibilidad. Ambos tienen sus pros y sus contras, y ambos siguen siendo viables para su uso en sistemas de automatización

Diferencias entre IPCs y HMIs industriales

Hoy en día, muchas aplicaciones industriales utilizan PC industriales (IPC) e interfaces hombre-máquina (HMI) para adquirir, procesar, almacenar o visualizar datos. Si la presencia de ambos en las fábricas es bastante común, el diseño de un IPC o HMI a menudo es indistinguible entre sí. Lo más probable es que ni siquiera pueda distinguirlos a primera vista. Muchos usuarios incluso llaman a un IPC HMI, lo que aumenta la confusión potencial.

Sin embargo, existen diferencias técnicas entre los dos que van más allá de su apariencia física externa. Estas diferencias incluyen el conjunto de características, la conectividad, los niveles de flexibilidad para modificar o agregar funcionalidad al sistema y, por último, pero no menos importante, el rendimiento general.

 Este documento técnico explora las principales diferencias entre los HMI y los IPC y señala qué criterios debe tener en cuenta antes de equipar una nueva máquina con uno u otro.

HMI

Primero, echemos un vistazo al panel del operador HMI. Las HMI son piezas de hardware especialmente diseñadas para comunicarse a través de un protocolo de comunicación a un controlador lógico programable (PLC).

Puede pensar en ellos como un monitor para el PLC, pero hay otros casos de uso. Las HMI más antiguas utilizaban protocolos de comunicación en serie como MODBUS RTU, PROFIBUS o DeviceNet. En las nuevas HMI, es más que probable que la interfaz de comunicación principal sea un puerto Ethernet RJ45 que habla de protocolos como MODBUS TCP, EtherNet / IP, Profi net u OPC DA / UA, solo por nombrar algunos.

Las HMI suelen ser propietarias, ya que están diseñadas para funcionar sin problemas solo con determinados PLC y dispositivos del mismo proveedor. La conectividad de terceros puede ser un desafío, dependiendo de qué tan bueno o restringido se integró un controlador de comunicaciones dado en el firmware de la HMI. Ciertamente no es un hecho que todos los modelos de PLC y / o protocolos de comunicación sean compatibles sin problemas en el software de diseño de HMI requerido.

Además, las HMI tradicionales generalmente solo son compatibles con el software de diseño de HMI específico del fabricante. Esto bloquea a los usuarios en un solo fabricante. Si bien una audiencia cautiva es ciertamente buena para el fabricante, puede que no sea tan ventajosa para el usuario.

Además, la multitud de paquetes de software de diseño de HMI disponibles en el mercado normalmente no son compatibles entre sí. Esto significa que no puede transferir proyectos de visualización HMI del proveedor A al proveedor B. Si desea mover su proyecto HMI, normalmente tendrá que volver a crear su aplicación de visualización desde cero. Eso, a su vez, aumenta el costo y el tiempo de desarrollo; sin mencionar que complica el aspecto de soporte después de la implementación del sistema de automatización.

Las HMI a menudo cubren tamaños de pantalla pequeños de aproximadamente 4 a 12 pulgadas, pero algunos fabricantes también ofrecen tamaños de pantalla más grandes, como unidades de pantalla ancha de 18,5 pulgadas. Las HMI tradicionales utilizan principalmente la tecnología táctil resistiva más antigua que solo permite la operación con un solo toque. Si le gusta el control por gestos, como deslizar o pellizcar el zoom o las capacidades multitáctiles, debe mirar las HMI que cuentan con una pantalla táctil capacitiva.

Tenga en cuenta que cuantas más funciones agregue a una HMI, más se acercará al conjunto de funciones y al precio de un IPC. En este caso, la ventaja de costo de una HMI sobre la PC industrial disminuye hasta un punto en el que sería mejor cambiar el concepto de visualización a un sistema basado en IPC.

Las HMI tradicionales son piezas de hardware especialmente diseñadas que tienen un sistema operativo cerrado de tamaño reducido. La desventaja es que no puede instalar ningún software en ellos, ya que el fabricante bloqueó el sistema operativo en la fábrica y, por lo general, solo proporciona un Runtime para el software de visualización.

La ventaja es que no puede introducir virus o malware en una HMI cerrada con tanta facilidad. Además, no requieren un apagado formal como una PC tradicional. Veremos más sobre esto cuando echemos un vistazo a los IPCs a continuación.

Las HMI también suelen utilizar procesadores más lentos, ya que no necesitan mucha "reserva" para adaptarse a otras tareas o paquetes de software. El fabricante de HMI necesita equilibrar los costos de fabricación con el rendimiento necesario y, como tal, debe encontrar un compromiso aceptable en el diseño de su hardware para realizar el trabajo.

Algunas HMI abiertas más nuevas, como el panel web HTML5, intentan difuminar aún más la línea entre las HMI y las IPC, ya que ya no dependen de protocolos de comunicación o modelos de PLC específicos 

Utilizan el protocolo HTML5 abierto y simplemente se conectan a un servidor web a través de una dirección IP, de la misma manera que un navegador web en una computadora se conectaría a un sitio web. Esto permite la conexión de estos paneles web no solo a un PLC, sino también a otros dispositivos con un servidor web integrado. Un ejemplo sería una página de configuración o diagnóstico en un variador de frecuencia habilitado para IIoT.

IPCs

Las computadoras en la fábrica ya no son nada nuevo, y muchas pueden reemplazar por completo un PLC y una HMI tradicionales. Uno de los beneficios de un IPC: puede servir para múltiples propósitos dentro de un sistema, por lo que un dispositivo IPC puede actuar como controlador lógico, concentrador de datos y / o interfaz de visualización para el operador, todo en una sola pieza. Esto reduce los costos y aumenta el rendimiento y la capacidad.

Los IPC tienen más potencia de procesamiento, más memoria de sistema (RAM) y, por lo general, mucho más espacio de almacenamiento masivo. Su mayor ventaja es también su mayor desventaja potencial: Tienen un sistema operativo abierto. El sistema operativo de elección actual para la fábrica es Windows 10 IoT, que es la versión industrial de Windows 10. Si bien puede parecer elaversión de Windows 10 para el hogar o la oficina, elimina algunos de los componentes que normalmente no se necesitan en la fábrica, como los juegos, la tienda de Microsoft o Cortana.

Windows 10 IoT, por lo tanto, tiene la ventaja de tener un tamaño más pequeños para el sistema operativo, lo que le permite adaptarse a dispositivos de almacenamiento masivo más pequeños y de menor precio. Este es un aspecto importante, ya que las aplicaciones industriales a menudo requieren dispositivos de almacenamiento masivo de estado sólido más resistentes, pero también más costosos.

La versión de IoT también ofrece otras comodidades. Puede obtener una licencia previa del fabricante de la IPC, lo que elimina la necesidad de conectar la IPC a Internet para completar el proceso de registro de Windows. Otra ventaja de la versión de IoT es que le da al usuario control total sobre las actualizaciones o apagarlas permanentemente por completo.

Los sistemas IPC más antiguos aún pueden ejecutar Windows 7; sin embargo, esto es no recomendado para sistemas nuevos porque el sistema operativo Windows 7 ya no recibe actualizaciones, parches o correcciones de seguridad de Microsoft. Esto haría que tales sistemas sean vulnerables a malware o ransomware si se deja conectado a Internet sin las precauciones adecuadas, como firewalls de hardware adicionales.

Al igual que con cualquier sistema operativo abierto, puede instalar cualquier tipo de software de cualquier tipo de proveedor en un IPC. Una vez más, esto puede plantear riesgos de seguridad si un software malintencionado o un virus llegara a un IPC a través de una memoria USB o Internet. Por lo tanto, debe existir una buena protección de software y hardware, que se debe revisar y actualizar periódicamente.

Los IPC usan CPU de mayor rendimiento (piense en Intel Core i-series) y más RAM. Los IPC suelen presentar tamaños de pantalla más grandes que los HMI tradicionales. Las pantallas más grandes permiten que se muestren más datos al mismo tiempo, o pueden facilitar que el operador vea los datos. Numerosas interfaces, como puertos Ethernet duales, múltiples USB y / o puertos seriales permiten la conexión de más hardware y ayuda a las aplicaciones preparadas para el futuro más fácilmente en comparación con una HMI tradicional.

Por lo general, no tiene que reescribir mucho su software al actualizar o cambiar su hardware IPC, ya que todos utilizan un sistema operativo común basado en Windows. Obviamente, los cambios en el tamaño de la pantalla, la resolución o la relación de aspecto deben tenerse en cuenta, ya que pueden afectar la forma en que se muestran los datos en la pantalla.

Con la llegada de dispositivos portátiles como tabletas, puede preguntarse: "¿Por qué necesito una HMI o IPC en mi máquina?" Si bien una tableta IPC es ideal para uso personal, no es de grado industrial y, debido a su naturaleza móvil, podría extraviarse o robarse fácilmente.

Si bien algunos datos analíticos ciertamente podrían mostrarse a través de la nube, cualquier dato crítico de la máquina debe mostrarse en una HMI o IPC dedicada de grado industrial que esté instalada permanentemente y a la vista del operador. Esto aumenta el tiempo de actividad de la máquina y también es una característica de seguridad para proteger la máquina y su operador. Sin embargo, se pueden utilizar tabletas y otros dispositivos móviles además de la HMI / IPC fija, p. Ej. para operación remota.

El hardware industrial, ya sea HMI o IPC, también está diseñado para entornos más duros y ofrece más protección mecánica contra golpes, vibraciones o temperaturas extremas.

Conclusión: un lugar para ambos

Los HMI y los IPC pueden tener el mismo aspecto, pero tienen diferencias fundamentales en capacidad, rendimiento y flexibilidad. Ambos tienen sus pros y sus contras, y ambos siguen siendo viables para su uso en sistemas de automatización. Al final, sopesar las necesidades específicas de cada aplicación, en función de factores como el rendimiento, el costo, el tamaño y el conjunto de funciones, determinará cuál es la mejor opción.

Autor:  Bjoern Falke, Product Marketing Manager for IPC/HMI, Phoenix Contact USA




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