Sistema de control distribuido parte 6

Redes de ComunicaciónRedes de Comunicación

Configuración en líneaConfiguración en línea

Se refiere a la forma en que dos o más dispositivos que se comunican se conectan a un enlace, entendiendo enlace como el medio de comunicación físico que transfiere los como el medio de comunicación físico que transfiere los datos de un dispositivo a otro. Hay dos configuraciones posibles:

- Punto a punto- Multipunto


Punto a puntoPunto a punto

Una configuración punto a punto proporciona un enlace dedicado entre dos dispositivos. Toda la capacidad del canal se reserva para la transmisión.se reserva para la transmisión.


MultipuntoMultipuntoUna configuración multipunto o multiconexión es una configuración en que varios dispositivos comparten el mismo enlace. La capacidad del canal es compartida en el espacio o en el tiempo. Si varios dispositivos pueden usar el enlace de forma simultánea, se dice que hay una configuración de línea compartida espacialmente, si el uso de la línea configuración de línea compartida espacialmente, si el uso de la línea es por turnos, se dice que se trata de una configuración de tiempo compartido.


Topologías de RedTopologías de Red

Se refiere a la forma en que está diseñada la red, bien físicamente o bien lógicamente. Dos o más dispositivos se conectan a un enlace, dos o más enlaces forman una topología. La topología de la red es una representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos que los enlazan entre si (nodos). Existen cinco topologías básicas:

- Malla- Estrella- Árbol- Bus- Anillo


Topologías en MallaTopologías en Malla

Todos los dispositivos se conectan entre si.


Topologías en EstrellaTopologías en Estrella

Los dispositivos se interconectan a través de un nodo central o concentrador.


Topologías en ÁrbolTopologías en Árbol

Mezcla de varias estrellas.


Topologías en BusTopologías en Bus

Todos los dispositivos se conectan a la línea de transporte.


Topologías en AnilloTopologías en Anillo

La línea de transmisión pasa de un dispositivo a otro y vuelve al principio.


Modos de transmisiónModos de transmisión

El término modo de transmisión se usa para definir la dirección del flujo de señales entre dos dispositivos enlazados.enlazados.Hay tres tipos de modos:

- Simplex- Semidúplex- Full duplex


SimplexSimplex

La comunicación es unidireccional.


SemidúplexSemidúplex

La comunicación es bidireccional pero no en el mismo instante, sino primero en una dirección luego en otra.


Full Full duplexduplex

La transmisión es bidireccional y simultánea.

El modelo OSI o de CapasEl modelo OSI o de Capas

(OSI Open System Interconection) es un modelo que cubre todos los aspectos de las redes de comunicación, siendo un sistema abierto un modelo que permite que dos sistemas diferentes se puedan comunicar entre si independientemente de la arquitectura subyacente. El independientemente de la arquitectura subyacente. El objetivo de este modelo es permitir la comunicación entre sistemas sin que sea necesario cambiar la lógica del hardware o el sofware. El modelo OSI no es un protocolo sino un modelo para comprender y diseñar una arquitectura de red flexible, robusta e independiente.


El modelo es una arquitectura por niveles, compuesto de siete niveles separados pero relacionados, cada uno define un segmento del proceso necesario para mover la información a través de una red de datos.

En el modelo OSI, se dan procesos paritarios, es decir el nivel 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 añade informacion que será decodificada en el nivel correspondiente del receptor. Ademas existe una interfaz entre niveles que permite una modularidad del modelo.




Los niveles 1, 2 y 3 son los niveles de soporte de red, tienen que ver con los aspectos físicos de la transmisión (como especificaciones eléctricas, conexiones físicas, direcciones físicas y temporalidad de transporte y fiabilidad). Los niveles 5, 6 y 7 proporcionan servicios de soporte de niveles 5, 6 y 7 proporcionan servicios de soporte de usuario, permiten la interoperatividad entre sistemas software no relacionados. El nivel 4 asegura la transmisión fiable de datos en un único enlace. Los niveles superiores de OSI se implementan casi siempre en sotfware, los niveles inferiores son una combinación de hardware y software, excepto el nivel 1 que siempre es hardware.


Capa 1 Capa 1 –– Nivel FísicoNivel Físico

Coordina las funciones necesarias para transmitir el flujo de datos a través de un medio físico, trata con las especificaciones eléctricas y mecánicas de la interfaz y del medio de transmisión. El nivel físico se relaciona con lo medio de transmisión. El nivel físico se relaciona con lo siguiente:

-Representación de los bits-Tasa de datos-Sincronización de los bits-Configuración de la línea-Topología física-Modo de transmisión


Capa 1 Capa 1 –– Nivel FísicoNivel Físico


Capa 2 Capa 2 -- Nivel de enlace de datosNivel de enlace de datos

Transforma el nivel físico, el medio de transmisión, en un enlace fiable y es responsable de la entrega nodo a nodo, y hace que el nivel físico aparezca ante el nivel superior (nivel de red) como un medio libre de errores. Las de red) como un medio libre de errores. Las responsabilidades específicas de este nivel son:

-Tramado-Direccionamiento físico-Control del flujo-Control de errores-Control de acceso


Capa 2 Capa 2 -- Nivel de enlace de datosNivel de enlace de datos


Capa 3 Capa 3 -- Nivel de redNivel de red

El nivel de red es responsable de la entrega de un paquete desde el origen al destino y, posiblemente, a través de múltiples redes. El nivel anterior supervisa la entrega del múltiples redes. El nivel anterior supervisa la entrega del paquete de datos, el nivel de red asegura que cada paquete va del origen al destino, sean estos cuales sean. Las responsabilidades de esta capa son:

-Direccionamiento lógico-Encaminamiento


Capa 3 Capa 3 -- Nivel de redNivel de red


Capa 4 Capa 4 -- Nivel de transporteNivel de transporte

El nivel de transporte es responsable de la entrega origen a destino (extremo a extremo) de todo el mensaje. Mientras que el nivel de red supervisa la entrega de paquetes individuales, no reconoce ninguna relación entre ellos, tratando cada uno reconoce ninguna relación entre ellos, tratando cada uno independientemente de los demás. El nivel de transporte asegura que todo el mensaje llega intacto y en orden supervisando tanto el control de errores como el control de flujo a nivel origen a destino. Algunas de las responsabilidades de este nivel son:

-Direccionamiento en punto de servicio-Segmentación y reensamblado-Control de conexión-Control de flujo-Control de errores


Capa 4 Capa 4 -- Nivel de transporteNivel de transporte


Capa 5 Capa 5 -- Nivel de sesiónNivel de sesión

Los servicios provistos por los tres primeros niveles no son suficientes para algunos procesos, el nivel de sesión es el controlador de diálogo de la red, establece, mantiene y controlador de diálogo de la red, establece, mantiene y sincroniza la interacción entre sistemas de comunicación. Entre sus responsabilidades están:-Control de diálogo-Sincronización


Capa 5 Capa 5 -- Nivel de sesiónNivel de sesión


Capa 6 Capa 6 -- Nivel de presentaciónNivel de presentación

El nivel de presentación está relacionado con la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas. Las responsabilidades de este nivel son:sistemas. Las responsabilidades de este nivel son:

-Traducción-Cifrado-Compresión


Capa 6 Capa 6 -- Nivel de presentaciónNivel de presentación


Capa 7 Capa 7 -- Nivel de aplicaciónNivel de aplicación

El nivel de aplicación permite al usuario, tanto humano como software, acceder a la red. Proporciona las interfaces de usuario y el soporte para servicios de información de usuario y el soporte para servicios de información distribuida (transferencia de archivos, gestión de datos compartidos, etc.). Algunos de los servicios provistos por este nivel incluyen:

-Terminal virtual de red-Transferencia, acceso y gestión de archivos-Servicios de correo-Servicios de directorios


Capa 7 Capa 7 -- Nivel de aplicaciónNivel de aplicación

Protocolo de Comunicación RSProtocolo de Comunicación RS--232232

DefiniciónDefinición

Un protocolo de comunicaciones es el conjunto de reglas normalizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores necesario para enviar 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.


DefiniciónDefinición

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 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).


Comunicación RSComunicación RS--232232

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 Industryorganismo que los define (EIS, Electronics IndustryAssociation 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).


Comunicación RSComunicación RS--232232

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).


Características EléctricasCaracterísticas 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 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.


Niveles Lógicos y Conexiones DB9Niveles Lógicos y Conexiones DB9


Niveles Lógicos y Conexiones DB9Niveles 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 (+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.


Características FuncionalesCaracterísticas Funcionales

En las aplicaciones habituales para transmisiones asíncronas con envío y recepción, suele ser suficiente con 4 señales, una línea de envío, otra 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.


Características FuncionalesCaracterísticas Funcionales


Características MecánicasCaracterísticas Mecánicas

Inicialmente, dado el gran número de líneas definidas, la conexión se realizaba mediante un conector de 25 patillas (generalmente del tipo 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.


TramasTramas

T0:La transición del nivel marca un espacio indica al receptor que la transmisión de un nuevo carácter ha comenzado.

T1: El receptor espera la mitad del tiempo de bit (a 1200 baudios este tiempo es 416us) y toma otra muestra de la línea. Si la línea sigue en el nivel espacio, el bit de inicio es valido. En otro caso, si la línea de recepción regresa al nivel de marca, se trata de un bit de inicio falso que se atribuye a una línea ruidosa.


TramasTramas

T2: El receptor espera un tiempo de bit y muestrea la línea de entrada, el nivel será el correspondiente al bit menos significativo.

T3-T9: Se realizan 7 muestreos más, cada 833us (para 1200 baudios), y se obtienen los niveles correspondientes a los bits de datos restantes. Después de T9 los 8 bits de datos han sido capturados.

T10: Se muestrea el bit de paro, observe que la línea regresa al nivel de marca.


TramasTramas


Velocidad de TransmisiónVelocidad de Transmisión

La velocidad está estandarizada según la norma RS-232C en baudios:75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200.

Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, se estima la longitud del cable.

Velocidad versus metros19200 -> 17, 9600 -> 167, 4800 -> 333, 2400 -> 1000

Se puede transmitir los datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits.

Procesamiento en tiempo realProcesamiento en tiempo real

Sistemas en tiempo realSistemas en tiempo real

Un sistema en tiempo real es un sistema informático que Interaccionar repetidamente con su entorno físico, respondiendo a los estímulos que recibe del mismo dentro de un plazo de tiempo determinado, invariante y constante.de un plazo de tiempo determinado, invariante y constante.

Para que el funcionamiento del sistema sea correcto no basta con que las acciones sean correctas, sino que tienen que ejecutarse dentro del intervalo detiempo especificado.

Un sistema de tiempo real debe de ser capaz de procesar una muestra de señal antes de que ingrese al sistema la siguiente muestra.


Sistemas embebidosSistemas embebidos

Los sistemas de tiempo real suelen ser componentes de otros sistemas mayores, en los que realizan funciones de control, toman datos de las otras partes del sistema mayor, ejecutan el algoritmo de control y envían las señales de ejecutan el algoritmo de control y envían las señales de control a los elementos pertinentes del sistema mayor, en este caso, se dice que se trata de sistemas empotrados (embebidos).

Los sistemas empotrados tienen funciones especificas y definidas, recursos limitados de memoria y potencia, por lo general la aplicación se ejecuta desde ROM.


Sistemas embebidosSistemas embebidos

Un sistema embebido es un sistema informático de uso específico construido dentro de un dispositivo mayor. En una computadora por ejemplo se tiene la placa madre que es un conjunto de circuitos integrados que pueden agrupar laconjunto de circuitos integrados que pueden agrupar lamayoría de componentes además de otras tarjetas periféricas (video, modem, audio, etc.).


Clasificación de losClasificación de los Sistemas RTSistemas RT

Tiempo Real Duro (Hard Real Time): Es absolutamente imperativo que la respuesta del sistema a eventos externos ocurra dentro del tiempo especificado. Por ejemplo, control de un reactor.de un reactor.

Tiempo Real Suave (Soft Real Time): Se permite que se pierdanocasionalmente algunas especificaciones temporales, aunque elsistema debe cumplirlas normalmente. Por ejemplo, reproducción deun CD.


Clasificación de losClasificación de los Sistemas RTSistemas RT

Tiempo Real Real (Real Real Time): Es un tiempo real duro y además los tiempos de respuesta deben ser muy cortos.

Tiempo Real Firme (Firm Real Time): Es un tiempo real Tiempo Real Firme (Firm Real Time): Es un tiempo real suave, yademás el sistema no obtiene beneficios de la pérdida ocasional de especificaciones temporales.

Centralizados (un sistema central de control) y Distribuidos(múltiples sistemas de control).


Elementos de un Sistema RTElementos de un Sistema RT

Medición: Es el proceso de adquisición, monitoreo, u obtención de la información acerca del estado actual del proceso.

Control: Ejecución del algoritmo de control de acuerdo a los valores medidos.

Actuación: Envío de señales para alterar el estado actual del elemento final de control.

Interfaz: Interfaces con de la PC con el operador.


Elementos de un Sistema RTElementos de un Sistema RT

ComunicacionesOtras

Computadoras

tareatarea

tarea

S.OP

Software de Tiempo-Real

MedioAmbiente

E/SDigital

E/SAnalógico

Otras E/S

Reloj

Computadora


Arquitectura de un Sistema RTArquitectura de un Sistema RT

ComunicacionesOtras

Computadoras

Sistema en Tiiempo Real Distribuido.Arqutecturas homogeneas o heterogeneas.Redes de area local, y topologias de red.Protocolos de comunicaciones:Ethernet, Token RingModelo OSI.Redes FFDI, X-25, ATM.

Software de Tiempo-Real

MedioAmbiente

E/SDigital

E/SAnalógico

Otras E/S

Reloj

Computadora (HW)

Microcontroladores y sistemas embebidos.DSP’s, PLC’s.Buses de multiprocesadores:VMEBUs,Multibus,FutureBus

Arquitecturas RISC, Transputers.Uniprocesadores, Multiprocesadores.Memorias chache, DMA’s.


Requisitos de un Sistema RTRequisitos de un Sistema RT

Brindar fiabilidad: Se debe evitar los errores o fallas en el sistema.

Brindar seguridad: Solo personal autorizado debe ser capaz Brindar seguridad: Solo personal autorizado debe ser capaz de entrar y modificar atributos del programa.

Ser concurrentes: Es decir que debe poder ejecutar diversas acciones en forma paralela.

Ser interactivos: Deben ser capaces de manejar herramientas para manipular parámetros temporales.


Software para sistemas RTSoftware para sistemas RT

Ensambladores: Son flexibles y eficientes, pero poco su interfaz de programación es poco amigable por lo que la programación es muy propensa a errores.programación es muy propensa a errores.Por ejemplo: Assembler, lenguaje de máquina, etc.

Lenguajes secuenciales: Son flexibles y de programación más sencilla, pero para realizar tareas de tiempo real necesitan soporte adicional del sistema operativo.Por ejemplo: C++, Pascal, Java, etc.


Software para sistemas RTSoftware para sistemas RT

Lenguajes concurrentes: Estos lenguajes están orientados a problemas de la vida real (enfoque orientado a objetos). Pueden ejecutar múltiples tareas paralelamente oPueden ejecutar múltiples tareas paralelamente oconcurrentemente.Por ejemplo: Ada, Modula II, Java, etc.


Sistemas OperativosSistemas Operativos

Un sistema operativo en tiempo real (RTOS -Real Time Operating System) es un sistema operativo que ha sido desarrollado para poder utilizar la computadora en desarrollado para poder utilizar la computadora en aplicaciones de tiempo real.

La mayoría de los sistemas operativos realizan sus funciones a través de las tareas:- Gestión de procesos- Administración de la memoria- Organización de la E/S- Sistema de archivos


Sistemas OperativosSistemas Operativos

Para realizar sistemas de tiempo real se usan sistemas operativos especiales que cumplan con los requisitos:- Concurrencia- Concurrencia- Temporización- Planificación determinista- Manejadores de dispositivos

Los RTOS más comunes son: LynxOS, QNX, RT-Linux, entre otros.


Control en tiempo realControl en tiempo real

El diseño de un controlador en tiempo real consiste en implementar las funciones matemáticas correspondientes al algoritmo de control deseado, usando el software y el algoritmo de control deseado, usando el software y el sistema operativo RT adecuado para el proceso que sedesea controlar. Es necesario tener algunos factores en cuenta…



Factores a tener en cuenta: - Concurrencia o paralelismo potencial, es decir la ejecuciónde múltiples procesos.de múltiples procesos.- Escoger el software adecuado para la implementación del algoritmo.- Sincronización, es la satisfacción de condiciones de interdependencia en la acción de diferentes procesos.- Comunicación entre procesos, dispositivos, y computadora.



El sistema de control respeta todos los componentes de un sistema de control automática, con la diferencia que la adquisición de datos, la ejecución del algoritmo de control, y el envío de señales al actuador, son realizados en forma el envío de señales al actuador, son realizados en forma periódica en base a interrupciones y ejecución simultánea de tareas.



También es importante conocer el proceso y la forma como interactúa con su medio externo, puede ser:- Independiente, no necesita comunicarse ni sincronizarse - Independiente, no necesita comunicarse ni sincronizarse con otros procesos.- Cooperante, se comunica y sincroniza sus actividades con otros para realizar una tarea en común.- Competitivo, también necesita comunicación y sincronización para hacer uso adecuado de los recursos compartidos del sistema.



Para enviar y recibir datos se necesita de interrupciones. Las interrupciones son la forma más común de pasar información desde el mundo exterior al programa. En un sistema de tiempo real estas interrupciones pueden sistema de tiempo real estas interrupciones pueden informar diferentes eventos como la presencia de nueva información en un puerto de comunicaciones, de una nueva muestra de audio en un equipo de sonido o de un nuevo cuadro de imagen en una videograbadora digital. Paraque el programa cumpla con su cometido de ser tiempo real es necesario que el sistema atienda la interrupción y procese la información obtenida antes de que se presente la siguiente interrupción.


Ejemplo de un sistema en tiempo realEjemplo de un sistema en tiempo real

Actividades en una computadora de automóvil.

Control deVelocidad

Control deFrenado

C=4ms.T=20ms.

C=10ms.T=40ms.

Velocidad

Control decombustible

Frenado

Otro softwareno-critico

T=20ms.D=5ms.

T=40ms.D=40ms.

C=40ms.T=80ms.D=80ms.

C=10ms.T=40ms.

C=tiempo de computo (peor caso), T=Periodo de ejecucion, D=Plazo de respuesta


Aplicaciones 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



Tubería

Lectura del

flujo de entradaMedidor de

Flujo

VálvulaTiempo

Computadora

Salida de laválvula

Procesamiento

Un Sistema de control de fluido simple

Flujo



Computadora

de control de producción

Operador

de consola

Producto

Terminado

Un sistema de control de producción

Partes

ManipuladoresMáquina de

Herramientas

Cintatransportadora

Interfaz de Operación (HMI)Interfaz de Operación (HMI)

Antecedente HistóricoAntecedente Histórico

Fue hasta finales de los años 70’s cuando se logran dar mejoras en los autómatas y entre las que destacamos las siguientes: siguientes: - La capacidad de gobernar bucles de control. - Mayor memoria. - Conexión mas flexible de sensores – actuadores. - Mejores lenguajes de programación. - Comunicaciones más potentes.



Para 1980 se continúa con las mejoras en los autómatas siendo las más representativas: - Dimensiones mas reducidas. - 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.



La PC se contemplaba como la mejor opción a la hora de integrar una funcionabilidad avanzada; como puede ser la conectividad de base de datos, en el control analógico, integración y en la simulación basados en analógico, integración y en la simulación basados en Web y comunicación de datos con terceros. Aunque el problema que presentaba este tipo de control basado en PC, es que aquellas PC’s que corren en sistemas operativos estándares con un hardware común, resultan bastante frágiles como para brindar un control industrial confiable.



Se debe de tomar en cuenta que un sistema de control industrial se encuentra conformado por dos áreas bien definidas que son la parte operativa y la parte de control. En definidas que son la parte operativa y la parte de control. En la parte operativa encontramos los dispositivos de hardware y software que son los que brindarán la información necesaria para llevar a cabo las operaciones de planta que sean necesarias por medio de una interfase que sea amigable y pueda ser comprendida fácilmente por el operador.



Para la parte de control se cuentan con dispositivos tales como PLC’s, DCS’s, o PC industriales, entre otros; los cuales nos servirán para llevar a cabo las acciones de control cuales nos servirán para llevar a cabo las acciones de control en conjunto con los actuadores; entre éstos dispositivos existe una comunicación vertical, es decir, desde la parte de control hacia la operativa y viceversa y comunicaciones horizontales, esto es, una comunicación entre distintos dispositivos de control.



Marshall McLuhan fue el primero en tener una visión de este concepto, claro está que no es tal y como lo conocemos en nuestros días pero gracias a ésta visión se dio pie para que éste fuera posible. Originando que futuros que éste fuera posible. Originando que futuros investigadores se basarán en su trabajo para dar principio al concepto HMI.



Algunos investigadores, cometen el error de utilizar el término HCI (Interacción Humano Computadora) para referirse al término HMI; pero son términos muy diferentes ya que en el primer caso como su nombre lo referirse al término HMI; pero son términos muy diferentes ya que en el primer caso como su nombre lo indica se refiere a la relación existente entre el ser humano y una PC y el término HMI involucra la palabra máquina en lugar de computadora haciendo que el concepto sea más amplio ya que puede abarcar no sólo a computadores u ordenadores sino también a robots, aparatos de diagnóstico, de investigación, automóviles, etc.



Según la mención de algunos historiadores, podemos decir que una Interface Hombre Máquina tiene como objetivo principal 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.



La Interfaz Hombre Máquina comprende los sinópticos de control cuya función es la de representar de forma simplificada el sistema bajo control y los sistemas de simplificada el sistema bajo control y los sistemas de presentación grafica. En un principio los paneles sinópticos eran de tipo estático colocados en grandes paneles plagados de indicadores y luces; con el tiempo han ido evolucionando junto al software en forma de representaciones gráficas en pantallas de visualización de datos (PVD).


HMI (HMI (HumanHuman Machine Interface)Machine Interface)

La industria HMI nació, particularmente de la necesidad que existía de estandarizar la forma de controlar y monitorear distintos sistemas remotos, tales como PLC’s, entre otros mecanismos de control. HMI es un software utilizado para mecanismos de control. HMI es un software utilizado para controlar, monitorear y determinar el estado de un sistema de control y automatización, para esto es necesario tener una interfaz entre el sistema y el usuario. HMI, es el punto en el que los seres humanos y máquinas logran ponerse en contacto; transmitiéndose de manera mutua no sólo información, órdenes y datos sino también intuiciones, sensaciones y nuevas formas de ver las cosas.



Hay que hacer mención que las interfaces no son necesariamente entre el ser humano y una computadora sino para cualquier elemento mecánico, un ejemplo sino para cualquier elemento mecánico, un ejemplo sería el tacómetro de un automóvil, el cual nos permite monitorear lo que sucede en el vehículo para así si existiera un problema el ser humano se de cuenta a tiempo para poder darle una solución adecuada al mismo.



Este software es utilizado de manera gráfica textual y auditiva ya que nos proporciona estas opciones para poder tener una fácil identificación del proceso requerido: inclusive tener una fácil identificación del proceso requerido: inclusive mediante la utilización del teclado de la computadora y movimientos del Mouse se pueden controlar algunas variables de un sistema dependiendo del tipo de programa que se esté empleando para ello; como por ejemplo activar, desactivar un paro de emergencia o en su defecto activar una variable en específico cuando el usuario así lo necesite.


¿Qué es y para que sirve?¿Qué es y para que sirve?

Las siglas HMI (Human Machine Interfaz), significan Interfaz Hombre Máquina; y como definición tenemos la siguiente: “es la interface ó interfaces entre el ser humano y una máquina ó proceso”. La Interfaz Hombre siguiente: “es la interface ó interfaces entre el ser humano y una máquina ó proceso”. La Interfaz Hombre Máquina nos sirve para controlar y monitorear un proceso. 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 recabar información del proceso de forma manual.


¿Qué es y para que sirve?¿Qué es y para que sirve?

Existen tipos de HMI; los cuales se desarrollan dentro de un entorno de programación gráfica, llamados “Desarrollos a Medida”, tales como, Visual Basic, VC++, Delphi, sólo Medida”, tales como, Visual Basic, VC++, Delphi, sólo por mencionar algunos. Y los llamados “Paquetes Enlatados”; son paquetes de software que contemplan la mayoría de las funciones estándares de los sistemas SCADAS, entre los que tenemos FIX, Win CC, Wonderware, entre otros.


FuncionesFunciones

Existen una infinidad de funciones o tareas de las cuales se encarga el software HMI, sin embargo, de entre todas ellas; se pueden clasificar en cuatro grandes grupos como lo ellas; se pueden clasificar en cuatro grandes grupos como lo son 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 de reajustar las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.


FuncionesFunciones

3) Alarmas; nos permite reconocer eventos que no se encuentren predeterminados dentro del proceso y reportarlos; las alarmas son reportadas basadas en reportarlos; las alarmas son reportadas basadas en límites de control preestablecidos. 4) Control; ésta función nos va a ayudar para aplicar ciertos logaritmos con la finalidad de ajustar los valores del proceso y así mantenerlos en los límites preestablecidos.


Modelos para una HMIModelos para una HMI

Cuando hablamos de modelos, nos referimos a las distintas formas de concebir una Interfaz Hombre Máquina; entre los cuales tenemos tres muy importantes que son la visión del cuales tenemos tres muy importantes que son la visión del usuario, la del programador y la del diseñador. Cabe mencionar que en el momento de realizar algún modelo de los antes mencionados, se deben de tener en consideración a los restantes y si es posible realizarlos en conjunto.



Modelo del Usuario: es la visión muy personal del usuario acerca del sistema, esto es, la forma en que el usuario espera o quisiera que se comporte. La interfaz en sí debe de facilitar el proceso de crear un modelo, el cual resulte espera o quisiera que se comporte. La interfaz en sí debe de facilitar el proceso de crear un modelo, el cual resulte efectivo; para ello es recomendable que al crear el modelo se trabaje utilizando una percepción de metáforas, esto es, que se relacione el sistema con algo ya conocido por el usuario. Como ejemplo de una metáfora de escritorio de Windows y proceso industrial.



Modelo del Usuario



Modelo del Programador: los conocimientos del programador incluyen tanto la plataforma como las herramientas de desarrollo, las especificaciones, el sistema operativo, mas no quiere decir que pueda ofrecerle al operativo, mas no quiere decir que pueda ofrecerle al usuario los modelos más adecuados.

Modelo del Diseñador: El diseñador recopila y logra combinar tanto la información del usuario, esto es, sus ideas, necesidades y sus deseos; como el material con el que dispone el programador, para así diseñar un software adecuado que logre cubrir las exigencias del usuario como del programador.


¿Qué es una interfaz?¿Qué es una interfaz?

Es lo que facilita la interacción, la comunicación entre dos sistemas de distinta naturaleza; generalmente entre el ser humano y una máquina. “Interfaz de usuario” se define como el conjunto de “Interfaz de usuario” se define como el conjunto de componentes utilizados por los seres humanos para comunicarse con las computadoras y como ejemplos más comunes se puede mencionar el teclado, el mouse, entre otros.

Las distintas formas de interacción entre un ser humano y una máquina más importantes o más usadas se mencionan son:


¿Qué es una interfaz?¿Qué es una interfaz?

De interfaz; es una forma de dar instrucciones directamente al ordenador, pueden tener la forma de teclas de función (F1, F2, etc.), de caracteres, abreviaciones cortas, etc. cortas, etc.

De menús y formularios; son un conjunto de opciones las cuales se logran ver en la pantalla y que además se pueden seleccionar y la selección de una de ellas nos debe de dar como resultado normalmente un cambio en la interfaz. Uno de los problemas con los que se cuenta es que los menús ocupan mucho espacio en la interfaz y se trata de resolver con los llamados menús desplegables (pop up).

Interfaz de Operación (HMI)Interfaz de Operación (HMI)¿Qué es una interfaz?¿Qué es una interfaz?

De Manipulación Directa; éste término se utiliza para describir sistemas que cuentan con características tales como una representación continua de los objetos y de las acciones de interés, un cambio en la sintaxis de los comandos ocasionada por la manipulación de objetos y comandos ocasionada por la manipulación de objetos y acciones y por último, las acciones rápidas, incrementales y reversibles que provocan un cambio visible en el objeto seleccionado. De Interacción Asistida; colabora con el usuario en el mismo ambiente de trabajo, dando como resultado que el usuario en lugar de dirigir la interacción, trabaja en un entorno cooperativo., esto es, comunicándose, controlando eventos y realizando tareas.

Interfaz de Operación (HMI)Interfaz de Operación (HMI)Agentes de la InterfazAgentes de la Interfaz

Un agente de interfaz puede ser considerado por el usuario como un programa que le proporciona ayuda, mas no debe de considerarse como una herramienta dentro de la interface de manipulación directa. Cabe mencionar que logra observar varias interacciones del usuario antes de logra observar varias interacciones del usuario antes de llegar a realizar una acción ó en su defecto con una sola interacción puede lograr hacer varias acciones y así actuar en determinados períodos de tiempo, mismos que se le han programado con anterioridad. El agente de la interfaz logra leer la entrada que el mismo usuario hace presente en la interfaz y puede hacer cambios que el usuario visualiza en la pantalla.

Interfaz de Operación (HMI)Interfaz de Operación (HMI)Tipos de InterfacesTipos de Interfaces

Interfaces de Usuario, dentro de estas tenemos las siguientes: 1.- Interfaz de hardware; se refiere a aquéllos dispositivos utilizados para ingresar datos, tales como el ratón, el utilizados para ingresar datos, tales como el ratón, el teclado, la pantalla visualizadora. 2.- Interfaz de software; ésta se encarga de otorgar información acerca de los datos, procesos y las herramientas de control y que son visualizados por el usuario en la pantalla.


Interfaces de líneas de mandatos (command-line userinterfaces CUIs); fue la primer forma de interacción hombre-máquina que existió; utilizando el MS-DOS para tal efecto; las ventajas que se tiene al utilizar este tipo de interface es que las instrucciones son concisas y es interface es que las instrucciones son concisas y es controlado por los usuarios, claro esta, éstas ventajas sólo son válidas para aquéllos que son expertos en el manejo de éste tipo de sistema.


Interfaces de líneas de mandatos (command-line userinterfaces CUIs)…Cuanto a desventajas se refiere, el usuario debe de Cuanto a desventajas se refiere, el usuario debe de memorizar los distintos comandos que se utilizan, suele tener varios comandos con significado parecido como por ejemplo DEL y ERASE y por si esto fuera poco, no es flexible con los nombres, como ejemplo tenemos que debe escribirse DEL y no DELETE para que lleva a cabo la instrucción; por lo mencionado con anterioridad es muy común que se produzcan errores.


Interfaces de menús; se presenta al usuario una serie de opciones, las cuales se muestran en la pantalla y la selección se realiza por medio de un código en particular, medio de un código en particular, esto nos permite navegar dentro de un sistema, presentándonos rutas que nos llevan de un sitio a otro, seleccionar distintos elementos y poder visualizar distintos tipos de información de manera simultánea.


Interfaces gráficas (graphical user interfaces GUIs); en esta interfaz se muestra de manera gráfica, una representación del sistema, esto es, del ordenador de los programas, datos, objetos así como la interacción con los programas, datos, objetos así como la interacción con ellos. Utilizando este tipo de interfaz, no sólo nos permite presentamos la información sino también manipular los objetos e información que aparecen en la pantalla.

En esta interface en particular, se utiliza la forma de trabajar objeto-acción, esto es, el usuario selecciona el objeto y posteriormente la acción a realizar sobre el mismo.


Interfaces orientadas a objetos (object oriented userinterfaces, OOUIs); el aspecto de esta interface es bastante similar al que tienen las interfaces gráficas, su diferencia consiste en que las interfaces gráficas se encuentran consiste en que las interfaces gráficas se encuentran enfocadas hacia la aplicación como tal.

El objetivo principal de esta interface es que el usuario se enfoque en sus labores, mas no en el ordenador y mucho menos en cómo utilizar las aplicaciones y ficheros necesarios para lograr esto.


Interfaz de Operación (HMI)Interfaz de Operación (HMI)Reglas para el Diseño de una InterfazReglas para el Diseño de una Interfaz

Al diseñar una interface debe de tomarse en cuenta las habilidades cognitivas y perceptivas de las personas y tratar de, ó adaptar el programa a ellas. Uno de los principales objetivos de una interfaz es lograr reducir la dependencia objetivos de una interfaz es lograr reducir la dependencia de las personas de su propia memoria, esto es no obligándolas a recordar cosas innecesarias como por ejemplo información aparecida en ventanas anteriores o a repetir operaciones ya hechas (introducir un mismo dato varias ocasiones).


También es necesario que se plantee el modelado de las tareas para las cuales va a ser diseñada la Interface, independientemente del enfoque general del análisis de las tareas; la persona encargada de diseñar la interfaz debe las tareas; la persona encargada de diseñar la interfaz debe de definir y clasificar las tareas.

Debe de tomarse en cuenta el tiempo de respuesta, refiriéndonos específicamente al tiempo que necesita el sistema para expresar los cambios de estado al usuario.


Es necesario que los tiempos sean de una duración aceptable, ya que si son muy largos, debe de notificarse al usuario que la “petición” ha sido tomada en cuenta y que se está trabajando en ella ya que si no se hiciere podría está trabajando en ella ya que si no se hiciere podría provocar frustración e incluso estrés en el usuario, por el contrario si dichos tiempos son demasiado cortos puede causar en el usuario un estado de desconcierto ya que no logrará asimilar la información y por ende llevarle al error todo ello por el exceso de velocidad.


La variabilidad se refiere a la desviación del tiempo medio de respuesta siendo una característica importante dentro del tiempo de respuesta ya que si se tiene una variabilidad pequeña, permite al usuario establecer un cierto variabilidad pequeña, permite al usuario establecer un cierto ritmo y si es demasiado largo puede provocar en el usuario cierta incertidumbre llegándose a preguntar si realizo la acción correcta.

Se deben de tomar en cuenta ciertas reglas antes de diseñar una Interfaz; las cuales son:


1.- Dar control al usuario; se debe de dar al usuario la posibilidad en lugar de suponer qué es lo que éste desea hacer, la interfaz que se diseñe debe de ser lo suficientemente flexible para que pueda adaptarse a los suficientemente flexible para que pueda adaptarse a los requerimientos de los distintos usuarios que utilizarán el programa. Para lograr lo mencionado anteriormente, se debe de cumplir con algunos principios tales como: usar adecuadamente los modos de trabajo, permitir a los usuarios usar el teclado y el mouse, permitir que el usuario pueda interrumpir su tarea en el momento que lo desee y logre continuarla más tarde, utilizar mensajes y textos descriptivos,…


… permitir deshacer las acciones e informar de su resultado, que se logre tener una cómoda navegación dentro del producto y una sencilla salida del mismo y tener distintos niveles de uso del producto para usuarios con distintos niveles de uso del producto para usuarios con distintos niveles de experiencia.

2.- Reducir la carga de memoria del usuario; la Interfaz se debe diseñar de tal forma que logre evitar que el usuario tenga que almacenar y recordar información. Se debe de permitir al usuario copiar, pegar, deshacer así como mantener los últimos datos introducidos.


… Proporcionar indicaciones visuales de donde está el usuario, que puede hacer y que esta haciendo, así como las funciones deshacer, rehacer y todas aquellas acciones por defecto. por defecto.

Asociar acciones a los objetos así como presentar al usuario sólo la información que necesita. Presentar al usuario sólo aquella información que necesita.


3.- Consistencia; Se logra dar al usuario utilizar el conocimiento adquirido en otros programas. Proporcionar al usuario las indicaciones sobre el proceso que está siguiendo. siguiendo.

Consistencia en los resultados de las interacciones; esto es obtener una misma respuesta ante la misma acción, ya que los elementos estándar de la interfaz deben de comportarse siempre de la misma forma.

Se debe de fomentar la posibilidad de poder explorar la interfaz sin que se tenga el temor de alguna acción negativa.


4.- Atajos para usuarios frecuentes; se da cuando la interfaz que se esta utilizando, nos permite tomar atajos dentro de la misma con el fin de reducir el tiempo de respuesta y aumentar la productividad. aumentar la productividad.

Interfaz de Operación (HMI)Interfaz de Operación (HMI)Pasos para diseñar una InterfazPasos para diseñar una Interfaz

- Reunir y analizar la información del usuario; concretar por medio de distintos tipos de requerimientos, qué tipos de usuarios van a utilizar el programa, qué tareas y cómo las van a realizar; por último qué cosa esperan los usuarios del van a realizar; por último qué cosa esperan los usuarios del programa y en qué tipo de entorno se desenvuelven los mismos ya sea físico, cultural, social, etc.


- Diseñar la interface de usuario; es de suma importancia dedicarle tiempo y recursos a esta parte en específica, antes de pasar a la siguiente parte que es la codificación, ya que en este paso se definen los objetivos del programa, las distintas este paso se definen los objetivos del programa, las distintas tareas del usuario, los objetos y las acciones de la interfaz, las vistas y las representaciones visuales de los objetos y ventanas. De hecho todos los objetos visuales se pueden hacer primero a mano para después depurarlos con las herramientas adecuadas.


- Construir la interface de usuario; en esta fase se realiza un prototipo del programa, con la finalidad de poder visualizar y realizar una prueba acerca de qué forma va a quedar, para que posteriormente, se logre codificar definitivamente. que posteriormente, se logre codificar definitivamente.

- Validar la interface de usuario; en esta fase se deben de realizar pruebas del producto, lo ideal es que se realicen con los usuarios que van a utilizar el mismo. Se debe de tener cuidado en realizar un diseño que comience del usuario y no del sistema.


- Presentación de información; no es recomendable que se coloquen demasiados objetos en la pantalla y los existentes deben de colocarse de una forma bien distribuida; esto con la 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 distintos factores, el color; sin embargo es el elemento que con más frecuencia es mal utilizado ya que no deben de utilizarse colores que después de un determinado período de tiempo ocasione cansancio al usuario, para evitar esta situación primero debe diseñarse en blanco y negro para luego comenzar a elegir los colores adecuados.


-El Análisis de Audio; hay que tomar en cuenta si es más apropiado utilizarlo que la información visual, efectuado lo anterior se debe determinar el sonido adecuado y por último tener la opción de personalizar el sonido esto es, último tener la opción de personalizar el sonido esto es, aumentar o disminuir el volumen así como su desactivación.

- El Análisis de Animación; lo podemos definir como un cambio existente en cuanto al tiempo se refiere de la apariencia visual de cualquier elemento gráfico. Nos puede ser de gran ayuda para mostrar el estado de un objeto en particular o explicar su comportamiento.


- El Diseño Internacional; se debe de poner un gran interés y cuidado en esta parte ya que contamos con las diferencias culturales como son las distintas terminologías, dibujos, formatos de teléfonos, de calendarios, etc. formatos de teléfonos, de calendarios, etc.

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Sistema de control distribuido parte 6