Sistema de control distribuido parte 6

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Sistema de control distribuido parte 6

  1. 1. Redes de ComunicaciónConfiguración en líneaSe refiere a la forma en que dos o más dispositivos que secomunican se conectan a un enlace, entendiendo enlacecomo el medio de comunicación físico que transfiere losdatos de un dispositivo a otro. Hay dos configuracionesposibles: - Punto a punto - Multipunto
  2. 2. Redes de ComunicaciónPunto a puntoUna configuración punto a punto proporciona un enlacededicado entre dos dispositivos. Toda la capacidad del canalse reserva para la transmisión.
  3. 3. Redes de ComunicaciónMultipuntoUna configuración multipunto o multiconexión es una configuración enque varios dispositivos comparten el mismo enlace. La capacidad delcanal es compartida en el espacio o en el tiempo. Si varios dispositivospueden usar el enlace de forma simultánea, se dice que hay unaconfiguración de línea compartida espacialmente, si el uso de la líneaes por turnos, se dice que se trata de una configuración de tiempocompartido.
  4. 4. Redes de ComunicaciónTopologías de RedSe refiere a la forma en que está diseñada la red, bien físicamente obien lógicamente. Dos o más dispositivos se conectan a un enlace, doso más enlaces forman una topología. La topología de la red es unarepresentación geométrica de la relación entre todos los enlaces y losdispositivos que los enlazan entre si (nodos). Existen cinco topologíasbásicas: - Malla - Estrella - Árbol - Bus - Anillo
  5. 5. Redes de ComunicaciónTopologías en MallaTodos los dispositivos se conectan entre si.
  6. 6. Redes de ComunicaciónTopologías en EstrellaLos dispositivos se interconectan a través de un nodocentral o concentrador.
  7. 7. Redes de ComunicaciónTopologías en ÁrbolMezcla de varias estrellas.
  8. 8. Redes de ComunicaciónTopologías en BusTodos los dispositivos se conectan a la línea de transporte.
  9. 9. Redes de ComunicaciónTopologías en AnilloLa línea de transmisión pasa de un dispositivo a otro yvuelve al principio.
  10. 10. Redes de ComunicaciónModos de transmisiónEl término modo de transmisión se usa para definir ladirección del flujo de señales entre dos dispositivosenlazados.Hay tres tipos de modos: - Simplex - Semidúplex - Full duplex
  11. 11. Redes de ComunicaciónSimplexLa comunicación es unidireccional.
  12. 12. Redes de ComunicaciónSemidúplexLa comunicación es bidireccional pero no en el mismoinstante, sino primero en una dirección luego en otra.
  13. 13. Redes de ComunicaciónFull duplexLa transmisión es bidireccional y simultánea.
  14. 14. El modelo OSI o de Capas(OSI Open System Interconection) es un modelo que cubretodos los aspectos de las redes de comunicación, siendo unsistema abierto un modelo que permite que dos sistemasdiferentes se puedan comunicar entre siindependientemente de la arquitectura subyacente. Elobjetivo de este modelo es permitir la comunicación entresistemas sin que sea necesario cambiar la lógica delhardware o el sofware. El modelo OSI no es un protocolosino un modelo para comprender y diseñar unaarquitectura de red flexible, robusta e independiente.
  15. 15. El modelo OSI o de CapasEl modelo es una arquitectura por niveles, compuesto desiete niveles separados pero relacionados, cada uno defineun segmento del proceso necesario para mover lainformación a través de una red de datos.En el modelo OSI, se dan procesos paritarios, es decir elnivel x de un dispositivo se comunica con el nivel x del otro,para ello en el paso de nivel a nivel en el emisor, se añadeinformacion que será decodificada en el nivelcorrespondiente del receptor. Ademas existe una interfazentre niveles que permite una modularidad del modelo.
  16. 16. El modelo OSI o de Capas
  17. 17. El modelo OSI o de Capas
  18. 18. El modelo OSI o de CapasLos niveles 1, 2 y 3 son los niveles de soporte de red, tienenque ver con los aspectos físicos de la transmisión (comoespecificaciones eléctricas, conexiones físicas, direccionesfísicas y temporalidad de transporte y fiabilidad). Losniveles 5, 6 y 7 proporcionan servicios de soporte deusuario, permiten la interoperatividad entre sistemassoftware no relacionados. El nivel 4 asegura la transmisiónfiable de datos en un único enlace. Los niveles superioresde OSI se implementan casi siempre en sotfware, losniveles inferiores son una combinación de hardware ysoftware, excepto el nivel 1 que siempre es hardware.
  19. 19. El modelo OSI o de CapasCapa 1 – Nivel FísicoCoordina las funciones necesarias para transmitir el flujo dedatos a través de un medio físico, trata con lasespecificaciones eléctricas y mecánicas de la interfaz y delmedio de transmisión. El nivel físico se relaciona con losiguiente: -Representación de los bits -Tasa de datos -Sincronización de los bits -Configuración de la línea -Topología física -Modo de transmisión
  20. 20. El modelo OSI o de CapasCapa 1 – Nivel Físico
  21. 21. El modelo OSI o de CapasCapa 2 - Nivel de enlace de datosTransforma el nivel físico, el medio de transmisión, en unenlace fiable y es responsable de la entrega nodo a nodo, yhace que el nivel físico aparezca ante el nivel superior (nivelde red) como un medio libre de errores. Lasresponsabilidades específicas de este nivel son: -Tramado -Direccionamiento físico -Control del flujo -Control de errores -Control de acceso
  22. 22. El modelo OSI o de CapasCapa 2 - Nivel de enlace de datos
  23. 23. El modelo OSI o de CapasCapa 3 - Nivel de redEl nivel de red es responsable de la entrega de un paquetedesde el origen al destino y, posiblemente, a través demúltiples redes. El nivel anterior supervisa la entrega delpaquete de datos, el nivel de red asegura que cada paqueteva del origen al destino, sean estos cuales sean. Lasresponsabilidades de esta capa son: -Direccionamiento lógico -Encaminamiento
  24. 24. El modelo OSI o de CapasCapa 3 - Nivel de red
  25. 25. El modelo OSI o de CapasCapa 4 - Nivel de transporteEl nivel de transporte es responsable de la entrega origen adestino (extremo a extremo) de todo el mensaje. Mientras que elnivel de red supervisa la entrega de paquetes individuales, noreconoce ninguna relación entre ellos, tratando cada unoindependientemente de los demás. El nivel de transporteasegura que todo el mensaje llega intacto y en ordensupervisando tanto el control de errores como el control de flujoa nivel origen a destino. Algunas de las responsabilidades de estenivel son: -Direccionamiento en punto de servicio -Segmentación y reensamblado -Control de conexión -Control de flujo -Control de errores
  26. 26. El modelo OSI o de CapasCapa 4 - Nivel de transporte
  27. 27. El modelo OSI o de CapasCapa 5 - Nivel de sesiónLos servicios provistos por los tres primeros niveles no sonsuficientes para algunos procesos, el nivel de sesión es elcontrolador de diálogo de la red, establece, mantiene ysincroniza la interacción entre sistemas de comunicación.Entre sus responsabilidades están:-Control de diálogo-Sincronización
  28. 28. El modelo OSI o de CapasCapa 5 - Nivel de sesión
  29. 29. El modelo OSI o de CapasCapa 6 - Nivel de presentaciónEl nivel de presentación está relacionado con la sintaxis y lasemántica de la información intercambiada entre dossistemas. Las responsabilidades de este nivel son: -Traducción -Cifrado -Compresión
  30. 30. El modelo OSI o de CapasCapa 6 - Nivel de presentación
  31. 31. El modelo OSI o de CapasCapa 7 - Nivel de aplicaciónEl nivel de aplicación permite al usuario, tanto humanocomo software, acceder a la red. Proporciona las interfacesde usuario y el soporte para servicios de informacióndistribuida (transferencia de archivos, gestión de datoscompartidos, etc.). Algunos de los servicios provistos poreste nivel incluyen: -Terminal virtual de red -Transferencia, acceso y gestión de archivos -Servicios de correo -Servicios de directorios
  32. 32. El modelo OSI o de CapasCapa 7 - Nivel de aplicación
  33. 33. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Definición Un protocolo de comunicaciones es el conjunto de reglas normalizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores necesario para enviar información a través de un canal de comunicación. Un ejemplo de un protocolo de comunicaciones simple adaptado a la comunicación por voz es el caso de un locutor de radio hablando a sus radioyentes.
  34. 34. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Definición Los protocolos de comunicación para la comunicación digital por redes de computadoras tienen características destinadas a asegurar un intercambio de datos fiable a través de un canal de comunicación imperfecto. Los protocolos de comunicación siguen ciertas reglas: - Sintaxis: se especifica como son y como se construyen. - Semántica: que significa cada comando o respuesta del protocolo respecto a sus parámetros/datos. - Procedimientos de uso de esos mensajes: es lo que hay que programar realmente (los errores, como tratarlos).
  35. 35. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Comunicación RS-232 RS- El estándar RS-232 fue propuesto por primera vez en 1962, aunque ha sufrido diversas revisiones. Actualmente, el nombre oficial es EIA/TIA-232-E, haciendo referencia al organismo que los define (EIS, Electronics Industry Association y TIA Telecomunication Industry Association), el término RS hace referencia a su descripción inicial (Recommended Standard). Ofrece un estándar de intercomunicación entre los equipos encargados de generar y controlar los datos a transmitir (una computadora o un autómata programable) y dispositivos periféricos encargados de recibir esos datos (módem, impresora, entre otros).
  36. 36. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Comunicación RS-232 RS- Las especificación RS-232 describe tres ámbitos de la comunicación: Los niveles de tensión de las señales (características eléctricas), el patillaje de las señales (características mecánicas) y la información de control que debe existir entre los equipos (características funcionales).
  37. 37. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Características Eléctricas Estas características definen los niveles de tensión, los tiempos de bajada y subida de niveles, e impedancia de la línea. El nivel lógico alto está definido entre +5 y +15 Voltios representando el “0” lógico, y el nivel bajo entre -5 y -15 Voltios representa el “1” lógico, pero un receptor puede aceptar un nivel alto a partir de +3, y un nivel bajo a partir de -3.
  38. 38. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Niveles Lógicos y Conexiones DB9
  39. 39. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Niveles Lógicos y Conexiones DB9 Estos niveles no son compatibles con la lógica TTL o CMOS actual. Existen circuitos integrados tales como el DS232A ó MAX232A que a partir de una sola tensión de alimentación (+5V la habitual disponible) y mediante bombas de tensión internas, son capaces de convertir los niveles lógicos habituales a niveles RS-232, y viceversa. (UART – Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) Permiten el enlace con computadores , y en general, cualquier dispositivo al que se le quiera incorporar la transmisión serie.
  40. 40. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Características Funcionales En las aplicaciones habituales para transmisiones asíncronas con envío y recepción, suele ser suficiente con 4 señales, una línea de envío, otra de recepción, y dos para control de la transmisión, a veces, incluso no son necesarias las líneas de control y sólo se emplean las de datos.
  41. 41. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Características Funcionales
  42. 42. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Características Mecánicas Inicialmente, dado el gran número de líneas definidas, la conexión se realizaba mediante un conector de 25 patillas (generalmente del tipo DB25), pero en la gran mayoría de aplicaciones se emplea una conexión de 9 líneas mediante un conector del tipo DB9.
  43. 43. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-TramasT0:La transición del nivel marca un espacio indica al receptorque la transmisión de un nuevo carácter ha comenzado.T1: El receptor espera la mitad del tiempo de bit (a 1200baudios este tiempo es 416us) y toma otra muestra de lalínea. Si la línea sigue en el nivel espacio, el bit de inicio esvalido. En otro caso, si la línea de recepción regresa al nivelde marca, se trata de un bit de inicio falso que se atribuye auna línea ruidosa.
  44. 44. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-TramasT2: El receptor espera un tiempo de bit y muestrea la líneade entrada, el nivel será el correspondiente al bit menossignificativo.T3-T9: Se realizan 7 muestreos más, cada 833us (para 1200baudios), y se obtienen los niveles correspondientes a losbits de datos restantes. Después de T9 los 8 bits de datoshan sido capturados.T10: Se muestrea el bit de paro, observe que la línea regresaal nivel de marca.
  45. 45. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Tramas
  46. 46. Protocolo de Comunicación RS-232 RS-Velocidad de TransmisiónLa velocidad está estandarizada según la norma RS-232C enbaudios:75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200.Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, seestima la longitud del cable.Velocidad versus metros19200 -> 17, 9600 -> 167, 4800 -> 333, 2400 -> 1000Se puede transmitir los datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits.
  47. 47. Procesamiento en tiempo realSistemas en tiempo realUn sistema en tiempo real es un sistema informático queInteraccionar repetidamente con su entorno físico,respondiendo a los estímulos que recibe del mismo dentrode un plazo de tiempo determinado, invariante y constante.Para que el funcionamiento del sistema sea correcto nobasta con que las acciones sean correctas, sino que tienenque ejecutarse dentro del intervalo detiempo especificado.Un sistema de tiempo real debe de ser capaz de procesaruna muestra de señal antes de que ingrese al sistema lasiguiente muestra.
  48. 48. Procesamiento en tiempo realSistemas embebidosLos sistemas de tiempo real suelen ser componentes deotros sistemas mayores, en los que realizan funciones decontrol, toman datos de las otras partes del sistema mayor,ejecutan el algoritmo de control y envían las señales decontrol a los elementos pertinentes del sistema mayor, eneste caso, se dice que se trata de sistemas empotrados(embebidos).Los sistemas empotrados tienen funciones especificas ydefinidas, recursos limitados de memoria y potencia, porlo general la aplicación se ejecuta desde ROM.
  49. 49. Procesamiento en tiempo realSistemas embebidosUn sistema embebido es un sistema informático de usoespecífico construido dentro de un dispositivo mayor. En unacomputadora por ejemplo se tiene la placa madre que es unconjunto de circuitos integrados que pueden agrupar lamayoría de componentes además de otras tarjetasperiféricas (video, modem, audio, etc.).
  50. 50. Procesamiento en tiempo realClasificación de los Sistemas RTTiempo Real Duro (Hard Real Time): Es absolutamenteimperativo que la respuesta del sistema a eventos externosocurra dentro del tiempo especificado. Por ejemplo, controlde un reactor.Tiempo Real Suave (Soft Real Time): Se permite que sepierdanocasionalmente algunas especificacionestemporales, aunque elsistema debe cumplirlasnormalmente. Por ejemplo, reproducción deun CD.
  51. 51. Procesamiento en tiempo realClasificación de los Sistemas RTTiempo Real Real (Real Real Time): Es un tiempo real duro yademás los tiempos de respuesta deben ser muy cortos.Tiempo Real Firme (Firm Real Time): Es un tiempo realsuave, yademás el sistema no obtiene beneficios de lapérdida ocasional de especificaciones temporales.Centralizados (un sistema central de control) y Distribuidos(múltiples sistemas de control).
  52. 52. Procesamiento en tiempo realElementos de un Sistema RTMedición: Es el proceso de adquisición, monitoreo, uobtención de la información acerca del estado actual delproceso.Control: Ejecución del algoritmo de control de acuerdo a losvalores medidos.Actuación: Envío de señales para alterar el estado actual delelemento final de control.Interfaz: Interfaces con de la PC con el operador.
  53. 53. Procesamiento en tiempo realElementos de un Sistema RT Otras Comunicaciones Computadoras E/S Software de Tiempo-Real Digital S.OP tarea tarea Reloj tarea E/S Analógico ComputadoraMedio OtrasAmbiente E/S
  54. 54. Procesamiento en tiempo realArquitectura de un Sistema RTSistema en Tiiempo Real Distribuido. Arqutecturas homogeneas o heterogeneas.Redes de area local, y topologias de red. OtrasProtocolos de comunicaciones:Ethernet,Token Ring Comunicaciones ComputadorasModelo OSI.Redes FFDI, X-25, ATM. E/S Software de Tiempo-Real Digital Microcontroladores y sistemas embebidos. DSP’s, PLC’s. Buses de multiprocesadores:VMEBUs,Multibus,FutureBus Arquitecturas RISC, Transputers. Reloj Uniprocesadores, Multiprocesadores. Memorias chache, DMA’s. E/S Analógico Computadora (HW)Medio OtrasAmbiente E/S
  55. 55. Procesamiento en tiempo realRequisitos de un Sistema RTBrindar fiabilidad: Se debe evitar los errores o fallas en elsistema.Brindar seguridad: Solo personal autorizado debe ser capazde entrar y modificar atributos del programa.Ser concurrentes: Es decir que debe poder ejecutar diversasacciones en forma paralela.Ser interactivos: Deben ser capaces de manejarherramientas para manipular parámetros temporales.
  56. 56. Procesamiento en tiempo realSoftware para sistemas RTEnsambladores: Son flexibles y eficientes, pero poco suinterfaz de programación es poco amigable por lo que laprogramación es muy propensa a errores.Por ejemplo: Assembler, lenguaje de máquina, etc.Lenguajes secuenciales: Son flexibles y de programaciónmás sencilla, pero para realizar tareas de tiempo realnecesitan soporte adicional del sistema operativo.Por ejemplo: C++, Pascal, Java, etc.
  57. 57. Procesamiento en tiempo realSoftware para sistemas RTLenguajes concurrentes: Estos lenguajes están orientados aproblemas de la vida real (enfoque orientado a objetos).Pueden ejecutar múltiples tareas paralelamente oconcurrentemente.Por ejemplo: Ada, Modula II, Java, etc.
  58. 58. Procesamiento en tiempo realSistemas OperativosUn sistema operativo en tiempo real (RTOS -Real TimeOperating System) es un sistema operativo que ha sidodesarrollado para poder utilizar la computadora enaplicaciones de tiempo real.La mayoría de los sistemas operativos realizan sus funcionesa través de las tareas: - Gestión de procesos - Administración de la memoria - Organización de la E/S - Sistema de archivos
  59. 59. Procesamiento en tiempo realSistemas OperativosPara realizar sistemas de tiempo real se usan sistemasoperativos especiales que cumplan con los requisitos:- Concurrencia- Temporización- Planificación determinista- Manejadores de dispositivosLos RTOS más comunes son: LynxOS, QNX, RT-Linux, entreotros.
  60. 60. Procesamiento en tiempo realControl en tiempo realEl diseño de un controlador en tiempo real consiste enimplementar las funciones matemáticas correspondientes alalgoritmo de control deseado, usando el software y elsistema operativo RT adecuado para el proceso que sedesea controlar. Es necesario tener algunos factores encuenta…
  61. 61. Procesamiento en tiempo realControl en tiempo realFactores a tener en cuenta:- Concurrencia o paralelismo potencial, es decir la ejecuciónde múltiples procesos.- Escoger el software adecuado para la implementación delalgoritmo.- Sincronización, es la satisfacción de condiciones deinterdependencia en la acción de diferentes procesos.- Comunicación entre procesos, dispositivos, y computadora.
  62. 62. Procesamiento en tiempo realControl en tiempo realEl sistema de control respeta todos los componentes de unsistema de control automática, con la diferencia que laadquisición de datos, la ejecución del algoritmo de control, yel envío de señales al actuador, son realizados en formaperiódica en base a interrupciones y ejecución simultáneade tareas.
  63. 63. Procesamiento en tiempo realControl en tiempo realTambién es importante conocer el proceso y la forma comointeractúa con su medio externo, puede ser: - Independiente, no necesita comunicarse ni sincronizarsecon otros procesos. - Cooperante, se comunica y sincroniza sus actividades conotros para realizar una tarea en común. - Competitivo, también necesita comunicación ysincronización para hacer uso adecuado de los recursoscompartidos del sistema.
  64. 64. Procesamiento en tiempo realControl en tiempo realPara enviar y recibir datos se necesita de interrupciones.Las interrupciones son la forma más común de pasarinformación desde el mundo exterior al programa. En unsistema de tiempo real estas interrupciones puedeninformar diferentes eventos como la presencia de nuevainformación en un puerto de comunicaciones, de una nuevamuestra de audio en un equipo de sonido o de un nuevocuadro de imagen en una videograbadora digital. Paraque el programa cumpla con su cometido de ser tiempo reales necesario que el sistema atienda la interrupción y procesela información obtenida antes de que se presente lasiguiente interrupción.
  65. 65. Procesamiento en tiempo real Ejemplo de un sistema en tiempo realActividades en una computadora de automóvil. C=4ms. C=10ms. Control de Control de T=40ms. T=20ms. Velocidad Frenado D=40ms. D=5ms. C=40ms. Control de C=10ms. T=80ms. Otro software combustible T=40ms. D=80ms. no-criticoC=tiempo de computo (peor caso), T=Periodo de ejecucion, D=Plazo de respuesta
  66. 66. Procesamiento en tiempo realAplicaciones en tiempo real•Dominio Industrial - Controlador de la planta - Robot para tratamiento de material peligroso•Uso militar - Sistema de reconocimiento de blancos automático - Sistema de guiado de misiles y navegación•Sistemas altamente críticos - Plantas nucleares - Sistemas de aviónica
  67. 67. Procesamiento en tiempo real Aplicaciones en tiempo real Tubería Lectura del flujo de entrada Medidor de Flujo Procesamiento Salida de la válvulaTiempo Computadora Válvula Un Sistema de control de fluido simple
  68. 68. Procesamiento en tiempo real Aplicaciones en tiempo real Operador de consola Computadora de control de producción ProductoPartes Terminado Máquina de Cinta Herramientas Manipuladores transportadora Un sistema de control de producción
  69. 69. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoFue hasta finales de los años 70’s cuando se logran darmejoras en los autómatas y entre las que destacamos lassiguientes: - La capacidad de gobernar bucles de control. - Mayor memoria. - Conexión mas flexible de sensores – actuadores. - Mejores lenguajes de programación. - Comunicaciones más potentes.
  70. 70. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoPara 1980 se continúa con las mejoras en los autómatassiendo las más representativas: - Dimensiones mas reducidas. - Mayor velocidad de proceso. - Gran variedad en cuanto a lenguajes de programación se refiere tales como GRAFCET, listas de instrucciones, etc. - Técnicas de control mucho más complejas entre las que podemos mencionar PID, inteligente, fuzzy.
  71. 71. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoLa PC se contemplaba como la mejor opción a la horade integrar una funcionabilidad avanzada; como puedeser la conectividad de base de datos, en el controlanalógico, integración y en la simulación basados enWeb y comunicación de datos con terceros. Aunque elproblema que presentaba este tipo de control basadoen PC, es que aquellas PC’s que corren en sistemasoperativos estándares con un hardware común, resultanbastante frágiles como para brindar un control industrialconfiable.
  72. 72. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoSe debe de tomar en cuenta que un sistema de controlindustrial se encuentra conformado por dos áreas biendefinidas que son la parte operativa y la parte de control. Enla parte operativa encontramos los dispositivos de hardwarey software que son los que brindarán la informaciónnecesaria para llevar a cabo las operaciones de planta quesean necesarias por medio de una interfase que seaamigable y pueda ser comprendida fácilmente por eloperador.
  73. 73. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoPara la parte de control se cuentan con dispositivostales como PLC’s, DCS’s, o PC industriales, entre otros; loscuales nos servirán para llevar a cabo las acciones de controlen conjunto con los actuadores; entre éstos dispositivosexiste una comunicación vertical, es decir, desde la partede control hacia la operativa y viceversa y comunicacioneshorizontales, esto es, una comunicación entre distintosdispositivos de control.
  74. 74. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente Histórico Marshall McLuhan fue el primero en tener una visión deeste concepto, claro está que no es tal y como lo conocemosen nuestros días pero gracias a ésta visión se dio pie paraque éste fuera posible. Originando que futurosinvestigadores se basarán en su trabajo para dar principio alconcepto HMI.
  75. 75. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoAlgunos investigadores, cometen el error de utilizar eltérmino HCI (Interacción Humano Computadora) parareferirse al término HMI; pero son términos muydiferentes ya que en el primer caso como su nombre loindica se refiere a la relación existente entre el ser humano yuna PC y el término HMI involucra la palabra máquina enlugar de computadora haciendo que el concepto sea másamplio ya que puede abarcar no sólo a computadores uordenadores sino también a robots, aparatos dediagnóstico, de investigación, automóviles, etc.
  76. 76. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoSegún la mención de algunos historiadores, podemos decirque una Interface Hombre Máquina tiene como objetivoprincipal estudiar: - El hardware y el software, ambos en función de la interacción. - Los modelos mentales de los usuarios con relación al modelo del sistema. - Las tareas realizables por el sistema y su adaptación a las necesidades del usuario. - El impacto en las organizaciones.
  77. 77. Interfaz de Operación (HMI)Antecedente HistóricoLa Interfaz Hombre Máquina comprende los sinópticosde control cuya función es la de representar de formasimplificada el sistema bajo control y los sistemas depresentación grafica. En un principio los panelessinópticos eran de tipo estático colocados en grandespaneles plagados de indicadores y luces; con el tiempohan ido evolucionando junto al software en forma derepresentaciones gráficas en pantallas de visualización dedatos (PVD).
  78. 78. Interfaz de Operación (HMI)HMI (Human Machine Interface) (HumanLa industria HMI nació, particularmente de la necesidad queexistía de estandarizar la forma de controlar y monitoreardistintos sistemas remotos, tales como PLC’s, entre otrosmecanismos de control. HMI es un software utilizado paracontrolar, monitorear y determinar el estado de un sistemade control y automatización, para esto es necesariotener una interfaz entre el sistema y el usuario. HMI, esel punto en el que los seres humanos y máquinas logranponerse en contacto; transmitiéndose de manera mutuano sólo información, órdenes y datos sino tambiénintuiciones, sensaciones y nuevas formas de ver las cosas.
  79. 79. Interfaz de Operación (HMI)HMI (Human Machine Interface) (HumanHay que hacer mención que las interfaces no sonnecesariamente entre el ser humano y una computadorasino para cualquier elemento mecánico, un ejemplosería el tacómetro de un automóvil, el cual nos permitemonitorear lo que sucede en el vehículo para así si existieraun problema el ser humano se de cuenta a tiempo parapoder darle una solución adecuada al mismo.
  80. 80. Interfaz de Operación (HMI)HMI (Human Machine Interface) (HumanEste software es utilizado de manera gráfica textual yauditiva ya que nos proporciona estas opciones para podertener una fácil identificación del proceso requerido: inclusivemediante la utilización del teclado de la computadora ymovimientos del Mouse se pueden controlar algunasvariables de un sistema dependiendo del tipo de programaque se esté empleando para ello; como por ejemplo activar,desactivar un paro de emergencia o en su defecto activaruna variable en específico cuando el usuario así lo necesite.
  81. 81. Interfaz de Operación (HMI)¿Qué es y para que sirve?Las siglas HMI (Human Machine Interfaz), significanInterfaz Hombre Máquina; y como definición tenemos lasiguiente: “es la interface ó interfaces entre el serhumano y una máquina ó proceso”. La Interfaz HombreMáquina nos sirve para controlar y monitorear unproceso. Cuando se hace mención del término “controlar”,se hace referencia a arrancar y detener las máquinas,entendiendo como máquinas ya sea una computadora,robots, motores, etc. Y para este caso monitorear es recabarinformación del proceso de forma manual.
  82. 82. Interfaz de Operación (HMI)¿Qué es y para que sirve?Existen tipos de HMI; los cuales se desarrollan dentro de unentorno de programación gráfica, llamados “Desarrollos aMedida”, tales como, Visual Basic, VC++, Delphi, sólopor mencionar algunos. Y los llamados “PaquetesEnlatados”; son paquetes de software que contemplan lamayoría de las funciones estándares de los sistemas SCADAS,entre los que tenemos FIX, Win CC, Wonderware, entreotros.
  83. 83. Interfaz de Operación (HMI)FuncionesExisten una infinidad de funciones o tareas de las cualesse encarga el software HMI, sin embargo, de entre todasellas; se pueden clasificar en cuatro grandes grupos como loson el monitoreo, la supervisión, las alarmas y el control:1) Monitoreo; se obtienen y muestran datos en tiempo real.2) Supervisión; ésta función nos permite la opción dereajustar las condiciones de trabajo del procesodirectamente desde la computadora.
  84. 84. Interfaz de Operación (HMI)Funciones3) Alarmas; nos permite reconocer eventos que no seencuentren predeterminados dentro del proceso yreportarlos; las alarmas son reportadas basadas enlímites de control preestablecidos.4) Control; ésta función nos va a ayudar para aplicar ciertoslogaritmos con la finalidad de ajustar los valores del procesoy así mantenerlos en los límites preestablecidos.
  85. 85. Interfaz de Operación (HMI)Modelos para una HMICuando hablamos de modelos, nos referimos a las distintasformas de concebir una Interfaz Hombre Máquina; entre loscuales tenemos tres muy importantes que son la visión delusuario, la del programador y la del diseñador. Cabemencionar que en el momento de realizar algún modelo delos antes mencionados, se deben de tener en consideracióna los restantes y si es posible realizarlos en conjunto.
  86. 86. Interfaz de Operación (HMI)Modelos para una HMIModelo del Usuario: es la visión muy personal del usuarioacerca del sistema, esto es, la forma en que el usuarioespera o quisiera que se comporte. La interfaz en sí debe defacilitar el proceso de crear un modelo, el cual resulteefectivo; para ello es recomendable que al crear elmodelo se trabaje utilizando una percepción demetáforas, esto es, que se relacione el sistema con algo yaconocido por el usuario. Como ejemplo de una metáforade escritorio de Windows y proceso industrial.
  87. 87. Interfaz de Operación (HMI)Modelos para una HMIModelo del Usuario
  88. 88. Interfaz de Operación (HMI)Modelos para una HMIModelo del Programador: los conocimientos delprogramador incluyen tanto la plataforma como lasherramientas de desarrollo, las especificaciones, el sistemaoperativo, mas no quiere decir que pueda ofrecerle alusuario los modelos más adecuados.Modelo del Diseñador: El diseñador recopila y logracombinar tanto la información del usuario, esto es, sus ideas,necesidades y sus deseos; como el material con el quedispone el programador, para así diseñar un softwareadecuado que logre cubrir las exigencias del usuario comodel programador.
  89. 89. Interfaz de Operación (HMI)¿Qué es una interfaz?Es lo que facilita la interacción, la comunicación entredos sistemas de distinta naturaleza; generalmente entre elser humano y una máquina. “Interfaz de usuario” se define como el conjunto decomponentes utilizados por los seres humanos paracomunicarse con las computadoras y como ejemplos máscomunes se puede mencionar el teclado, el mouse, entreotros.Las distintas formas de interacción entre un ser humano yuna máquina más importantes o más usadas se mencionanson:
  90. 90. Interfaz de Operación (HMI)¿Qué es una interfaz?De interfaz; es una forma de dar instruccionesdirectamente al ordenador, pueden tener la forma deteclas de función (F1, F2, etc.), de caracteres, abreviacionescortas, etc.De menús y formularios; son un conjunto de opciones lascuales se logran ver en la pantalla y que además se puedenseleccionar y la selección de una de ellas nos debe dedar como resultado normalmente un cambio en la interfaz.Uno de los problemas con los que se cuenta es que losmenús ocupan mucho espacio en la interfaz y se trata deresolver con los llamados menús desplegables (pop up).
  91. 91. Interfaz de Operación (HMI)¿Qué es una interfaz?De Manipulación Directa; éste término se utiliza paradescribir sistemas que cuentan con características talescomo una representación continua de los objetos y delas acciones de interés, un cambio en la sintaxis de loscomandos ocasionada por la manipulación de objetos yacciones y por último, las acciones rápidas, incrementalesy reversibles que provocan un cambio visible en el objetoseleccionado.De Interacción Asistida; colabora con el usuario en el mismoambiente de trabajo, dando como resultado que el usuarioen lugar de dirigir la interacción, trabaja en un entornocooperativo., esto es, comunicándose, controlando eventosy realizando tareas.
  92. 92. Interfaz de Operación (HMI)Agentes de la InterfazUn agente de interfaz puede ser considerado por elusuario como un programa que le proporciona ayuda,mas no debe de considerarse como una herramienta dentrode la interface de manipulación directa. Cabe mencionar quelogra observar varias interacciones del usuario antes dellegar a realizar una acción ó en su defecto con una solainteracción puede lograr hacer varias acciones y así actuaren determinados períodos de tiempo, mismos que se lehan programado con anterioridad.El agente de la interfaz logra leer la entrada que el mismousuario hace presente en la interfaz y puede hacer cambiosque el usuario visualiza en la pantalla.
  93. 93. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesInterfaces de Usuario, dentro de estas tenemos lassiguientes:1.- Interfaz de hardware; se refiere a aquéllos dispositivosutilizados para ingresar datos, tales como el ratón, elteclado, la pantalla visualizadora.2.- Interfaz de software; ésta se encarga de otorgarinformación acerca de los datos, procesos y las herramientasde control y que son visualizados por el usuario en lapantalla.
  94. 94. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesInterfaces de líneas de mandatos (command-line userinterfaces CUIs); fue la primer forma de interacciónhombre-máquina que existió; utilizando el MS-DOS paratal efecto; las ventajas que se tiene al utilizar este tipo deinterface es que las instrucciones son concisas y escontrolado por los usuarios, claro esta, éstas ventajas sóloson válidas para aquéllos que son expertos en el manejode éste tipo de sistema.
  95. 95. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesInterfaces de líneas de mandatos (command-line userinterfaces CUIs)…Cuanto a desventajas se refiere, el usuario debe dememorizar los distintos comandos que se utilizan, sueletener varios comandos con significado parecido comopor ejemplo DEL y ERASE y por si esto fuera poco, no esflexible con los nombres, como ejemplo tenemos que debeescribirse DEL y no DELETE para que lleva a cabo lainstrucción; por lo mencionado con anterioridad es muycomún que se produzcan errores.
  96. 96. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesInterfaces de menús; se presentaal usuario una serie de opciones,las cuales se muestran en lapantalla y la selección se realiza pormedio de un código en particular,esto nos permite navegar dentro deun sistema, presentándonos rutasque nos llevan de un sitio aotro, seleccionar distintoselementos y poder visualizardistintos tipos de información demanera simultánea.
  97. 97. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesInterfaces gráficas (graphical user interfaces GUIs); enesta interfaz se muestra de manera gráfica, unarepresentación del sistema, esto es, del ordenador delos programas, datos, objetos así como la interacción conellos. Utilizando este tipo de interfaz, no sólo nos permitepresentamos la información sino también manipular losobjetos e información que aparecen en la pantalla.En esta interface en particular, se utiliza la forma de trabajarobjeto-acción, esto es, el usuario selecciona el objeto yposteriormente la acción a realizar sobre el mismo.
  98. 98. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesInterfaces orientadas a objetos (object oriented userinterfaces, OOUIs); el aspecto de esta interface es bastantesimilar al que tienen las interfaces gráficas, su diferenciaconsiste en que las interfaces gráficas se encuentranenfocadas hacia la aplicación como tal.El objetivo principal de esta interface es que el usuario seenfoque en sus labores, mas no en el ordenador y muchomenos en cómo utilizar las aplicaciones y ficherosnecesarios para lograr esto.
  99. 99. Interfaz de Operación (HMI)Tipos de Interfaces
  100. 100. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una InterfazAl diseñar una interface debe de tomarse en cuenta lashabilidades cognitivas y perceptivas de las personas y tratarde, ó adaptar el programa a ellas. Uno de los principalesobjetivos de una interfaz es lograr reducir la dependenciade las personas de su propia memoria, esto es noobligándolas a recordar cosas innecesarias como porejemplo información aparecida en ventanas anteriores oa repetir operaciones ya hechas (introducir un mismodato varias ocasiones).
  101. 101. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una InterfazTambién es necesario que se plantee el modelado delas tareas para las cuales va a ser diseñada la Interface,independientemente del enfoque general del análisis delas tareas; la persona encargada de diseñar la interfaz debede definir y clasificar las tareas.Debe de tomarse en cuenta el tiempo de respuesta,refiriéndonos específicamente al tiempo que necesita elsistema para expresar los cambios de estado al usuario.
  102. 102. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una Interfaz Es necesario que los tiempos sean de una duraciónaceptable, ya que si son muy largos, debe de notificarse alusuario que la “petición” ha sido tomada en cuenta y que seestá trabajando en ella ya que si no se hiciere podríaprovocar frustración e incluso estrés en el usuario, por elcontrario si dichos tiempos son demasiado cortos puedecausar en el usuario un estado de desconcierto ya que nologrará asimilar la información y por ende llevarle al errortodo ello por el exceso de velocidad.
  103. 103. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una InterfazLa variabilidad se refiere a la desviación del tiempomedio de respuesta siendo una característica importantedentro del tiempo de respuesta ya que si se tiene unavariabilidad pequeña, permite al usuario establecer un ciertoritmo y si es demasiado largo puede provocar en el usuariocierta incertidumbre llegándose a preguntar si realizo laacción correcta.Se deben de tomar en cuenta ciertas reglas antes dediseñar una Interfaz; las cuales son:
  104. 104. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una Interfaz1.- Dar control al usuario; se debe de dar al usuario laposibilidad en lugar de suponer qué es lo que éste deseahacer, la interfaz que se diseñe debe de ser losuficientemente flexible para que pueda adaptarse a losrequerimientos de los distintos usuarios que utilizarán elprograma. Para lograr lo mencionado anteriormente, sedebe de cumplir con algunos principios tales como: usaradecuadamente los modos de trabajo, permitir a losusuarios usar el teclado y el mouse, permitir que el usuariopueda interrumpir su tarea en el momento que lo desee ylogre continuarla más tarde, utilizar mensajes y textosdescriptivos,…
  105. 105. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una Interfaz… permitir deshacer las acciones e informar de su resultado,que se logre tener una cómoda navegación dentro delproducto y una sencilla salida del mismo y tener distintosniveles de uso del producto para usuarios con distintosniveles de experiencia.2.- Reducir la carga de memoria del usuario; la Interfaz sedebe diseñar de tal forma que logre evitar que el usuariotenga que almacenar y recordar información. Se debe depermitir al usuario copiar, pegar, deshacer así comomantener los últimos datos introducidos.
  106. 106. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una Interfaz… Proporcionar indicaciones visuales de donde está elusuario, que puede hacer y que esta haciendo, así comolas funciones deshacer, rehacer y todas aquellas accionespor defecto.Asociar acciones a los objetos así como presentar al usuariosólo la información que necesita. Presentar al usuario sóloaquella información que necesita.
  107. 107. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una Interfaz3.- Consistencia; Se logra dar al usuario utilizar elconocimiento adquirido en otros programas. Proporcionaral usuario las indicaciones sobre el proceso que estásiguiendo.Consistencia en los resultados de las interacciones; estoes obtener una misma respuesta ante la misma acción, yaque los elementos estándar de la interfaz deben decomportarse siempre de la misma forma.Se debe de fomentar la posibilidad de poder explorar lainterfaz sin que se tenga el temor de alguna acción negativa.
  108. 108. Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una Interfaz4.- Atajos para usuarios frecuentes; se da cuando la interfazque se esta utilizando, nos permite tomar atajos dentro de lamisma con el fin de reducir el tiempo de respuesta yaumentar la productividad.
  109. 109. Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una Interfaz- Reunir y analizar la información del usuario; concretar pormedio de distintos tipos de requerimientos, qué tipos deusuarios van a utilizar el programa, qué tareas y cómo lasvan a realizar; por último qué cosa esperan los usuarios delprograma y en qué tipo de entorno se desenvuelven losmismos ya sea físico, cultural, social, etc.
  110. 110. Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una Interfaz- Diseñar la interface de usuario; es de suma importanciadedicarle tiempo y recursos a esta parte en específica, antesde pasar a la siguiente parte que es la codificación, ya que eneste paso se definen los objetivos del programa, las distintastareas del usuario, los objetos y las acciones de la interfaz,las vistas y las representaciones visuales de los objetos yventanas. De hecho todos los objetos visuales se puedenhacer primero a mano para después depurarlos con lasherramientas adecuadas.
  111. 111. Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una Interfaz- Construir la interface de usuario; en esta fase se realiza unprototipo del programa, con la finalidad de poder visualizar yrealizar una prueba acerca de qué forma va a quedar, paraque posteriormente, se logre codificar definitivamente.- Validar la interface de usuario; en esta fase se deben derealizar pruebas del producto, lo ideal es que se realicen conlos usuarios que van a utilizar el mismo. Se debe de tenercuidado en realizar un diseño que comience del usuario y nodel sistema.
  112. 112. Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una Interfaz- Presentación de información; no es recomendable que secoloquen demasiados objetos en la pantalla y los existentesdeben de colocarse de una forma bien distribuida; esto conla finalidad de que los objetos no influyan en el usuario.- Elementos de diseño de pantalla y percepción visual;en este paso en particular, se toma en cuenta distintosfactores, el color; sin embargo es el elemento que con másfrecuencia es mal utilizado ya que no deben de utilizarsecolores que después de un determinado período de tiempoocasione cansancio al usuario, para evitar esta situaciónprimero debe diseñarse en blanco y negro para luegocomenzar a elegir los colores adecuados.
  113. 113. Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una Interfaz-El Análisis de Audio; hay que tomar en cuenta si es másapropiado utilizarlo que la información visual, efectuado loanterior se debe determinar el sonido adecuado y porúltimo tener la opción de personalizar el sonido esto es,aumentar o disminuir el volumen así como sudesactivación.- El Análisis de Animación; lo podemos definir como uncambio existente en cuanto al tiempo se refiere de laapariencia visual de cualquier elemento gráfico. Nos puedeser de gran ayuda para mostrar el estado de un objetoen particular o explicar su comportamiento.
  114. 114. Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una Interfaz- El Diseño Internacional; se debe de poner un gran interés ycuidado en esta parte ya que contamos con las diferenciasculturales como son las distintas terminologías, dibujos,formatos de teléfonos, de calendarios, etc.

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