¿Cómo escoger una​ HMI?

Existen varios productos de HMI en el mercado pero ¿Cuál es el que mejor se adapta a mi requerimiento? Conozca cuáles son los criterios para escoger una HMI del catálogo de NV Tecnologías.

Filosofía de la Empresa

Las HMIs son equipos cruciales para la operación de máquinas y procesos en el día a día de la industria. Como tales, deben ser equipos altamente robustos y confiables para que se pueda operar eficientemente y sin fallos. Históricamente, para cumplir con estas características, se han fabricado equipos todo en uno, donde el software es desarrollado para el hardware. 

Este método de fabricación ha dado paso a una nueva necesidad en la industria, la cual ahora necesita de una amplia disponibilidad de partes para no tener tiempo de parada extensos al sufrir un daño en sus equipos de operación. A partir de esta nueva necesidad, el software y el hardware han tenido que transformarse para no depender necesariamente el uno del otro, de manera que podemos adquirirlos por separado.

Además, los nuevos avances tecnológicos han permitido que la integración entre hardware y software sea muy limpia sin tener que ser un experto en programación de sistemas operativos. Hoy en día, los sistemas operativos de Windows más recientes cuentan con el modo Kiosko, el cual permite que Windows solamente ejecute una aplicación, pero que permita el acceso al resto si somos un usuario administrador.

Otro punto importante es que se requieren hardwares y sistemas operativos más recientes, ya que con el crecimiento de los ataques cibernéticos, la industria debe reforzarse para no sufrir ataques severos que puedan impactar su operación.

Con base en  esto, las tecnologías de la empresa se centran en un software agnóstico al hardware, es decir, software que no está amarrado a un número de parte específico y al mismo tiempo nos dedicamos a suplir hardware robusto, capaz de ejecutar las aplicaciones más demandantes y con las tecnologías más recientes.

Debido a la separación de hardware y software dentro de NV Tecnologías, esta guía se dividirá en 2, la selección del software y la selección del hardware. Empezaremos con la selección del hardware.

Software HMI

Para seleccionar un software HMI tenemos 4 opciones:

• Ignition Edge (o cliente de Ignition Estándar)
• Groov View
• Node-Red
• Software HMI de Tercer

De estas 4 opciones, NV Tecnologías solo da soporte a Ignition Edge/Ignition Estándar y groov View. Las otras dos opciones puede que sean una opción de valor para el cliente según sea el escenario, el cual analizaremos en las próximas secciones.

Si bien cada opción tiene sus características especiales, muchas comparten ciertas características que son parte de la filosofía de la empresa:

• Todas las opciones cuentan con un cliente local (en el Panel PC) y acceso remoto a través de una aplicación o servidor web (dependiendo del caso).
• Ninguna requiere de una licencia de desarrollo, de manera que es posible desarrollar en cualquier momento y desde cualquier lugar sin un costo adicional al producto.

Ignition Edge

Es la solución más completa de software HMI que ofrece NV Tecnologías. Ignition Edge funciona mejor cuando:

• Se requiere una plataforma unificada SCADA/HMI, ya que el ambiente de desarrollo de Ignition Estándar es el mismo de Ignition Edge, lo cual nos ayuda a reutilizar nuestros diseños de SCADA en las HMIs también. Esto también ayuda a que los operadores trabajen siempre con una interfaz familiar.

• Se requiere que los datos de un Ignition Estándar nunca se pierdan ante una desconexión de la red.

• Se requiere conectividad con dispositivos Allen-Bradley, Siemens, Omron, BACnet, DNP3, Modbus.

• Se requiere conectividad con protocolo MQTT, APIs REST o a la nube a través de inyectores nativos con AWS, Azure o Google Cloud.

• Se requieren interfaces avanzadas que usualmente solo se pueden crear a través de scripting

• Se requiere acceso remoto a la HMI para máximo una persona. Ignition Edge normalmente se combina con Ignition Estándar, por lo que el acceso remoto se hace a través de Ignition Estándar.

Conozca más sobre Ignition Edge aquí

Groov View

Groov View es una herramienta HMI muy potente y se puede usar en escenarios muy similares a los de Ignition Edge, con la ventaja de que tiene un costo más económico. Groov View funciona bien para los casos donde:

• La conexión a dispositivos es solamente Modbus, OPC-UA o dispositivos Opto22
• En el caso de usar Groov View junto con Groov EPIC, es posible conectarse a dispositivos Ethernet/IP, Profinet, BACnet y más a través de CODESYS (esto tiene un costo adicional)
• Se requiere conexión con bases de datos (u otros softwares) a través de APIs REST
• Se requiere acceso remoto ilimitado
• Tiene un costo más bajo que Ignition Edge
• Groov View puede instalarse en un Panel PC usando el producto Groov Server. Este Panel PC luego puede ser reutilizado para instalar Ignition Edge, en caso de que se requiera una integración más fluida con Ignition Estándar.

Conozca más sobre Groov View aquí

Node-Red

Este producto es un software abierto y gratuito impulsado por IBM pero construido por la comunidad, que ha empezado a usarse bastante en el ámbito industrial. Al ser gratuito y desarrollado por una comunidad, NV Tecnologías no brinda soporte técnico, pero este puede usarse en muchos casos. Este software cuenta con una variedad muy alta de funciones, puede usarse como interfaz gráfica para conexión a bases de datos, para conexión a servicios en la nube, registro de datos a excel, graficación de datos, notificaciones de diversos tipos (Twilio, whatsapp, telegram, etc), intercambio de datos entre diferentes protocolos, envío de correos electrónicos, etc. Algunos de los casos donde puede usarse son:

• Para aplicaciones pequeñas y poco críticas, donde el costo de una licencia de software encarece el proyecto, Node-Red se convierte en una opción preferida por muchos clientes.
• Para aplicaciones donde ningún otro software industrial (o por lo menos ninguno dentro del presupuesto) logra realizar la función requerida, usualmente una función considerada IIoT o IoT.
• Node-Red se puede combinar con Ignition Edge, Groov View o Software de un Tercero para mejorar cualquiera de estas aplicaciones.

Es importante mencionar que Node-Red es un software que construye la comunidad. Los “nodos” son construidos por personas, que no necesariamente tienen que hacer un desarrollo eficiente, y que no necesariamente van a dar el soporte al nodo desarrollado. Es por esto que Node-Red no se usa para aplicaciones complejas ni para aplicaciones de alta criticidad.

Software de Terceros

Nuestra empresa solamente distribuye como softwares de HMI los productos Ignition Edge y Groov View. Pero en ciertas ocasiones, el cliente requiere solamente el hardware que vende NV Tecnologías y no el software. Es aquí donde el Software de un Tercero tiene más sentido para el cliente. El software de tercero se usa en casos como:

• La aplicación ya está desarrollada en el ambiente del otro software, y no se quiere hacer una reprogramación
• Se requiere mantener el ambiente de programación que el cliente maneja como estándar
• Se requiere mantener el ambiente de programación que el personal del cliente conoce
• El cliente prefiere un ambiente de programación diferente

Para estos software de terceros, NV Tecnologías puede proveer el hardware y brindar soporte al mismo, pero no brindará soporte al software, ya que no somos distribuidores del mismo.

Hardware (Panel PC)

El software HMI puede ejecutarse virtualmente en cualquier hardware, no necesariamente un Panel PC. Aún así, para efectos de esta guía nos basaremos en la selección de un panel pc.

NV Tecnologías distribuye Advantech como su marca principal de Paneles PC, por lo que la siguiente guía se enfocará en este tipo de equipos.

La selección del panel se divide en las siguientes secciones:

• Base o Uso

• Tamaño del Display

• Tecnología Táctil

• Procesador

• Memoria RAM

• Almacenamiento

• Sistema Operativo

• Fuente de Poder

• Kits de Montaje

• Extras

Base o Uso

La base o el uso es una característica especial bajo la cual reducimos la cantidad de modelos a seleccionar. Advantech cuenta con panel pc todo en uno (all-in-one), panel pc modular, panel pc de tarjeta Mini-ITX, panel pc sellado, panel pc con botones y panel pc ATEX.

Los paneles que tenemos en el catálogo varían mucho dependiendo de esta característica, y hacen que muchos de los modelos se reduzcan enormemente, ayudándonos a seleccionar la opción más rápido.

Tamaño del Display

La mayoría de modelos de Paneles PC se escogen por su tamaño. Una vez que hemos decidido cual es la base o cual es uso que queremos darle a ese panel, debemos escoger el tamaño de acuerdo a los tamaños disponibles. La única excepción es en el caso de los paneles modulares, los cuales tienen modelos que pueden soportar varios tamaños de display.

En general los paneles tienen los siguientes tamaños estándar:

• 3.5 pulgadas

• 5.7 pulgadas

• 6.5 pulgadas

• 7 pulgadas

• 10 pulgadas

• 12 pulgadas

• 15 pulgadas

• 17 pulgadas

• 18.5 pulgadas

• 19 pulgadas

• 21.5 pulgadas

• 23.8 pulgadas

• 42.5 pulgadas

En el mercado es muy posible que encontremos tamaños diferentes, o similares a los que se encuentran en la lista anterior, pero desde un punto de vista general, es muy probable que primero debamos pensar en uno de estos tamaños para ir escogiendo nuestro modelo correcto.

Otro punto importante relacionado al display es la resolución de la pantalla. Muchas veces se quieren pantallas con alta resolución, pero en veces que una pantalla sea más grande, no necesariamente significa que su resolución sea más alta. Es importante revisar la resolución para garantizar que el modelo que escogimos cumple con nuestras expectativas.

Tecnología Táctil

Una vez hemos seleccionado el tamaño, debemos prestar atención a la tecnología táctil del panel. La mayoría de paneles son del tipo táctil, de manera que no se requiere un mouse o un teclado para operar la aplicación. Dependiendo de la experiencia de usuario que queramos, es más deseable una tecnología u otra. Las 3 tecnologías existentes son:

Sistema Operativo

El sistema operativo juega un papel muy importante a la hora de seleccionar nuestro modelo, ya que debemos usar el correcto para que nuestro software HMI se ejecute, de acuerdo a la compatibilidad del fabricante. Los Paneles PC usualmente tienen los siguientes sistemas operativos:

• Windows: es un sistema operativo más comercial que los otros, y el ambiente de trabajo es más familiar, debido a que Windows es líder en computadoras personales. Según el escenario, se recomiendan las siguientes versiones:

• Windows 10 IIoT: Es una versión basada en Windows 10, y está hecho para trabajar en dispositivos similares a una HMI o Kiosko. La versión IIoT cuenta con la mayoría de características de Windows 10 Pro. La principal diferencia es que la versión IIoT recibe actualizaciones cada 2 años, y cuenta con soporte garantizado de hasta 10 años, lo cual lo hace óptimo para dispositivos que requieren estabilidad y una vida útil más larga que los dispositivos usuales.

• Windows 10 Pro: Es una versión más comercial que la IIoT, y sirve también para nuestra HMI. De hecho, dependiendo del tipo de software que queramos instalar, puede que sea un requisito usar la versión Pro en lugar de la IIoT. Se considera menos estable, porque tiene actualizaciones cada 6 meses, y tiene una vida más corta.

• Windows CE o Windows 7: No son sistemas operativos recomendados, pero en ciertas ocasiones algunos softwares de terceros solamente tienen compatibilidad con estos, es por eso que ciertos paneles todavía se pueden adquirir con Windows CE o Windows 7.

Una ventaja que tiene Windows es que es bastante usual que las empresas tengan personal de TI capacitado en la gestión de Windows, por lo que les es más fácil y familiar gestionar estos dispositivos dentro de la infraestructura de la empresa.

• Linux: Es un sistema operativo abierto y gratuito que es ampliamente utilizado por programadores y en servidores de aplicaciones. Linux viene en diferentes versiones, pero la que más se recomienda es Ubuntu, pues es la más conocida. Ubuntu es un sistema bastante robusto, y una ventaja es que al ser gratuito, es posible mantenerse actualizado sin tener que incurrir en costos de licenciamiento. La desventaja de Ubuntu es que se requiere personal capacitado para administrarlo correctamente.

• Android: Es un sistema operativo para dispositivos móviles, y como tal, es un poco más limitado que los dos anteriores. Si bien es más limitado, la mayoría de paneles que vienen con este sistema operativo son más económicos, por lo que dependiendo de la aplicación, puede ser una opción bastante viable. Los paneles con Android normalmente son solamente clientes de otra aplicación, es decir, no vamos a instalar la aplicación tal cual en el panel, sino que instalamos una aplicación cliente o abrimos un navegador web para acceder a la aplicación principal.

Ignition Edge es un software que es compatible con varios sistemas operativos. Tanto Windows como Linux funcionan bien para Ignition, por lo que escoger entre uno u otro depende más del gusto del cliente y de qué le es más familiar o económico. Ignition no se puede instalar en Android como aplicación principal, pero sí se puede lanzar a través de un navegador web o a través de la aplicación de la Play Store.

GroovServer requiere el uso de Windows para funcionar, por lo que siempre se requiere seleccionar un panel con Windows para poder instalar el GroovServer en el panel. Si el panel es más bien un cliente de un GroovServer, podemos abrir desde cualquier sistema operativo, incluso Android, a través del navegador.

Procesador

Los modelos de los paneles pc no necesariamente son compatibles con todos los procesadores. Si bien hay modelos que tienen una amplia compatibilidad, algunos están hechos para procesadores de gama baja, mientras que otros para procesadores de gama alta. En general, podemos encontrar los siguiente tipos de procesadores:

• Limitados: son procesadores más al estilo de un dispositivo móvil, y usualmente se usan para aplicaciones muy ligeras, como para abrir un buscador web o una aplicación cliente. Instalar una aplicación principal en este tipo de dispositivos es posible, pero es un poco más laborioso.

• RISC

• ARM

• Gama Baja: son suficientemente poderosos para instalar una aplicación principal en ellos, además de que son capaces de correr aplicaciones cliente más complejas.

• Celeron

• Atom

• Gama Media: se usan principalmente cuando las aplicaciones son grandes y requieren un alto nivel de procesamiento, o en casos de que el software a instalar requiriera de un procesador potente.

• Intel i3

• Intel i5

• Gama Alta: se usan para las aplicaciones más demandantes, y son la gama de procesadores más robusta que se encuentra en los paneles pc.

• Intel i7

• Intel i9

La mayoría de aplicaciones para Ignition Edge y GroovServer deberían de funcionar con procesadores Celeron o Atom. Si tenemos aplicaciones más demandantes, como por ejemplo pantallas con muchos componentes y animaciones, con varios accesos remotos y otros softwares instalados en la misma computadora, deberíamos seleccionar un i3 o i5.

Es muy extraño requerir un procesador i7 o i9, pero se podrían llegar a necesitar en casos donde tenemos un uso intenso de varias características del software.

Memoria RAM

Las computadoras usan la memoria RAM para almacenar la información de las aplicaciones que se están usando en el momento, por lo tanto, entre más memoria RAM tenga una computadora, más aplicaciones podrá abrir o se podrán abrir aplicaciones más grandes. 

Juega un papel importante en la experiencia de usuario de las aplicaciones junto con el procesador. Mientras que el procesador trata de procesar los comandos y cálculos que son ingresados o requeridos por la aplicación, la memoria RAM guarda la información de todos los procesos que se ejecutan continuamente.

Existen 3 factores importantes que afectan la selección de una memoria RAM para paneles pc:

• Memoria: es la cantidad de información que puede residir en la RAM. Entre mayor tamaño mejor, pero esto involucra un costo mayor.

• Velocidad: es la velocidad con la que la RAM recibe solicitudes del procesador, y con la que lee y escribe datos. Entre mayor sea la velocidad, mejor será el rendimiento y experiencia del usuario de la aplicación. Actualmente la velocidad más usada es 3200MHz.

• Generación: la encontramos en la sección del nombre que dice DDR#, donde el número final nos indica cual es la generación. La generación más usada actualmente es la DDR4, pero ya está disponible la generación DDR5. La generación lo que nos permite es acceder a velocidades mayores.

Ignition Edge y GroovServer usualmente necesitan 4GB de RAM. Si tenemos aplicaciones más demandantes, como por ejemplo más accesos remotos, pantallas con muchos componentes, y varios softwares instalados en el mismo panel, es posible que sea necesario subirlo a 8GB.

Hay paneles que permiten subir hasta 16GB o inclusive 32GB. Estos valores no son usuales, y normalmente se usan para cuando tenemos muchos software y accesos remotos a un solo equipo.

Almacenamiento

El almacenamiento corresponde a la cantidad de memoria interna que tiene el panel pc, y donde reside el sistema operativo, aplicaciones y archivos. El almacenamiento tiene 2 factores importantes, el tamaño y la tecnología. Los tamaños más usuales son los siguientes:

• 16 Gigabytes

• 32 Gigabytes

• 64 Gigabytes

• 128 Gigabytes

• 256 Gigabytes

• 512 Gigabytes

• 1 Terabyte

• 1.5 Terabytes

• 2 Terabytes

La tecnología se divide en 3 sub factores importantes, que tienen que ver con el tamaño y la velocidad de transferencia de datos. El tamaño nos ayuda a tener paneles más compactos, mientras que la velocidad permite que la experiencia de la aplicación se la óptima.

• Tipo de Disco:

• HDD (hard disk drive): es un disco duro mecánico, y en algunas ocasiones puede ser más económico, pero el rendimiento es muy bajo. Se usa cada vez menos en el mercado.

• SSD (solid state drive): es un disco de estado sólido, y es la tecnología líder actualmente, debido a su velocidad.

• Forma Física:

• 2.5in: es la forma más común actualmente en el mercado. Se le llama 2.5in porque el disco interno tiene un diámetro de 2.5 pulgadas. Pueden ser discos HDD o SSD.

• 3.5in: se usa para aplicaciones donde se requiere mucho más almacenamiento del que un disco de 2.5in puede tener. Similar al disco 2.5in, el nombre 3.5in indica que dentro del encapsulamiento hay un disco de 3.5 pulgadas. Pueden ser discos HDD o SSD.

• mSATA: es una variación del SATA, pero es más compacto, por lo que es más usual encontrarlo en Paneles PC. Tiene menos capacidad de almacenamiento que los discos 2.5in y 3.5in, pero aprovecha mejor el espacio. Son únicamente SSD.

• M.2: Es el reemplazo del mSATA. Al igual que el mSATA, tiene un tamaño muy optimizado, por lo que se usa bastante en los paneles pc para aprovechar mejor el espacio. Solamente funciona con SSDs, y puede trabajar con la interfaz SATA o NVMe, dependiendo de si se requiere más velocidad de transferencia de datos.

• Interface:

• SATA: Es una interfaz de comunicación que se creó principalmente para los discos HDD, pero que se adaptó para usar los beneficios de los SSD. Es la más usada actualmente, y en SSDs permite una experiencia bastante fluida de la computadora. Se encuentra en HDD y SSD, siendo en SSD más veloz. La encontramos en cualquier forma física.

• NVMe: Es una interfaz de comunicación hecha específicamente para aprovechar la tecnología SSD al máximo, y por lo tanto es mucho más veloz que la tecnología SATA. Es muy reciente, por lo que no todas las computadoras son compatibles con el NVMe. Además, solamente se puede en la forma física M.2.

Ignition Edge y GroovView por defecto no requieren mucho almacenamiento. Ambos softwares podrían funcionar con un mínimo de 32GB. Si la aplicación genera información, como logs de datos, es posible que sea necesario subir el almacenamiento, dependiendo de la programación de la aplicación.

Fuente de Poder y Conector

La fuente de poder es simplemente el método que se usa para energizar el panel pc. La mayoría de Paneles PC vienen con una alimentación a bornes y de 24 VDC, de manera que podemos utilizar cualquier fuente de cualquier fabricante que cumpla con los requisitos del panel. 

Los paneles pueden ser adquiridos también con su propia fuente, de manera que el panel viene con un adaptador para pared, que permite alimentarlo fácilmente sin requerir una fuente externa por aparte, y sin la necesidad de cablear el panel a la fuente. Estos adaptadores son compatibles con diferentes tipos de cable, que varían según la región geográfica, para adaptarse al tipo de conector de pared.

La mayoría de paneles pc tienen un accesorio opcional que la fuente de pared mencionada, pero algunos paneles especiales no cuentan con alimentación a bornes, y deben pedirse con la fuente de pared.

Kits de Montaje

El montaje más usual es que los Paneles PC sean empotrados en un gabinete eléctrico, para lo cual se cortan las dimensiones de empotrado, y se usan los accesorios (usualmente incluidos pero en veces opcionales) para fijar el Panel PC al orificio del gabinete. Es importante tomar en cuenta estas dimensiones del panel y contar con los accesorios necesarios para empotrarlo correctamente.

También existe otro método de montaje, que es el método VESA. Los paneles de Advantech cuentan la mayoría con opción de montaje VESA, de manera que por detrás tienen orificios para atornillar el panel a diferentes accesorios según el tipo de montaje. Gracias al montaje VESA, podemos montar un Panel PC en:

Extras

Las opciones más comunes para seleccionar un panel pc han sido expuestas arriba. En esta sección conversaremos de otras opciones menos usuales pero que son muy importantes para muchos tipos de aplicaciones. Estas opciones están disponibles gracias a que los paneles cuentan con ranuras PCIe (universal entre todas las computadoras) y ranuras iDoor (ranura especial de Advantech). Algunos paneles PC cuentan con una o dos de estas ranuras, aunque es posible que ciertos paneles no tengan ninguna. Las opciones que tenemos disponibles normalmente son:

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Conclusión

Seleccionar una Panel PC puede ser un poco más complejo que seleccionar un HMI todo en uno, pero trae más ventajas.

• Las HMIs todo en uno tienen funcionalidades definidas, y muchas veces no se pueden extender sobre lo que traen. Un panel pc permite inclusive instalar diferentes softwares dentro de sí, por lo que es posible cumplir varios requerimientos con el mismo hardware.

• Los softwares HMI no necesitan un hardware específico, por lo que buscar un número de parte para continuar con la operación es cosa del pasado. Es posible poner a funcionar un proceso con prácticamente cualquier hardware.

• El costo a largo plazo de usar paneles pc es menor, ya que solamente se debe sustituir el hardware ante un daño en el equipo.

• La administración de inventario de repuestos es más sencilla, ya que no se requiere un único número de parte, sino que varios paneles pc pueden funcionar inclusive para diversos procesos.

Si tiene alguna duda, nuestro personal está a su disposición para ayudarle a seleccionar correctamente un conjunto de panel y software.