UC02941

HMI — Interface homem-máquina

Touch panels, SCADA, design e programação

Técnico de Manutenção Industrial / Mecatrónica · 25h

Plano da unidade

  1. Conceitos HMI
  2. Touch panels industriais
  3. SCADA
  4. Design de interfaces
  5. Programação Siemens WinCC
  6. Manutenção

Bloco 1 · Conceitos

O que é HMI

HMI (Human-Machine Interface): interface gráfica entre operador e máquina/processo.

Funções:

  • Visualização: estados, valores, alarmes.
  • Comando: botões, sliders, comutadores virtuais.
  • Configuração: parâmetros, receitas.
  • Diagnóstico: histórico, gráficos, logs.

Substitui (e complementa) painéis físicos de botoeiras + lâmpadas.

Hierarquia HMI

  • HMI local (touch panel na máquina): operador no terreno.
  • HMI supervisor (sala de controlo): visão global de várias máquinas.
  • SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): visualização e controlo de instalação completa.
  • MES (Manufacturing Execution System): integração com gestão de produção.

Bloco 2 · Touch panels

Tipos

Básico (Basic Panel):

  • 4-15", monocromo ou cor.
  • Funções essenciais.
  • PMEs, máquinas standard.
  • Ex: Siemens KTP400/700/1200 Basic.

Comfort Panel:

  • 7-22", touch capacitivo.
  • Mais ecrãs, mais variáveis, mais conectividade.
  • Indústria média-pesada.
  • Ex: Siemens TP/KP Comfort.

Industrial PC com software HMI:

  • PC robusto + software (WinCC, Citect).
  • Custom, alta flexibilidade.
  • Sala de controlo.

Marcas

Siemens: KTP, TP, IPC.
Schneider Electric: HMI ST, HMI GTU.
Allen-Bradley: PanelView Plus.
Pro-face: GP-Pro EX.
Wonderware (Aveva): InTouch.

Comunicação

HMI ↔ PLC via:

  • Profinet (Siemens, predominante na Europa).
  • EtherNet/IP (Allen-Bradley).
  • Modbus TCP (universal).
  • OPC UA (moderno, agnóstico).

Cabo Ethernet standard ou via switch industrial.

Bloco 3 · SCADA

SCADA — Supervisory Control and Data Acquisition

Software num PC industrial ou servidor:

  • Visualiza múltiplos PLCs/máquinas.
  • Centraliza dados.
  • Histórico (trends, alarmes).
  • Receitas centralizadas.
  • Reports automáticos.
  • Acesso remoto (web, mobile).

Padrão em fábricas médias-grandes.

Softwares SCADA

  • Siemens WinCC: amplo, integra TIA Portal.
  • Wonderware InTouch (Aveva): standard mundial.
  • Schneider Citect (Aveva): forte em água, mineração.
  • Rockwell FactoryTalk View: Allen-Bradley.
  • Inductive Automation Ignition: moderno, multiplataforma.
  • Open Source: ScadaBR, Rapid SCADA.

Arquitectura típica

Sala de controlo
   PCs servidores SCADA
      │
      │ Ethernet
      ▼
   Switches industriais
      │
      │ Profinet/EtherNet IP
      ▼
   PLCs em chão de fábrica
      │
      │ I/O remotos, sensores, actuadores
      ▼
   Máquinas

Bloco 4 · Design

Princípios

Clareza:

  • Informação essencial visível.
  • Não sobrecarregar ecrã.
  • Hierarquia visual clara.

Consistência:

  • Cores standard (verde=OK, amarelo=aviso, vermelho=alarme).
  • Posições standard (botões à direita, valores ao centro).
  • Vocabulário consistente.

Ergonomia:

  • Botões grandes (premíveis com luvas).
  • Cores não confundíveis.
  • Fonte legível à distância.

Cores standard (ISA-101)

Cor Significado
Verde Operação normal
Amarelo Aviso / atenção
Vermelho Alarme / paragem
Azul Informação
Cinza Inactivo / não disponível
Branco Texto / valor estático

Cor de fundo recomendada: cinza claro (não branco — cansa olhos, não preto — perde contraste).

Layout típico de HMI

┌─────────────────────────────────────────┐
│ HEADER: Logo, status, hora, utilizador  │
├─────────────────────────────────────────┤
│                                         │
│   ÁREA PRINCIPAL                        │
│   - Visualização da máquina             │
│   - Valores essenciais                  │
│   - Botões de operação                  │
│                                         │
├─────────────────────────────────────────┤
│ NAVEGAÇÃO: ecrãs disponíveis            │
├─────────────────────────────────────────┤
│ FOOTER: alarmes activos, idioma         │
└─────────────────────────────────────────┘

Erros comuns

  • Cluttered (muita informação num só ecrã).
  • Cores inconsistentes.
  • Botões pequenos (impremíveis com luvas).
  • Texto pequeno.
  • Cores garrida que cansam olhos.
  • Sem hierarquia (tudo igual visualmente).
  • Linguagem técnica demais para operador.

Bloco 5 · WinCC

Siemens WinCC

Software de HMI integrado no TIA Portal:

  • Basic: para Basic Panels (KTP).
  • Comfort: para Comfort Panels.
  • Advanced: para PC.
  • Professional: SCADA empresarial.

Mesmo projecto TIA Portal contém PLC + HMI → integração natural.

Workflow no WinCC

  1. Adicionar HMI ao projecto TIA Portal.
  2. Configurar conexão com PLC (Profinet).
  3. Criar Tags (variáveis a partilhar com PLC).
  4. Desenhar ecrãs:
    • Arrastar objectos (lâmpadas, valores, botões).
    • Associar a tags.
  5. Animar objectos (mudar cor conforme estado).
  6. Definir alarmes com gravidade.
  7. Configurar histórico (trends).
  8. Compilar e descarregar.

Objectos típicos

  • I/O Field: input/output de valores.
  • Button: comando.
  • Symbol library: bombas, motores, válvulas, tubagens.
  • Trends: gráficos em tempo real.
  • Bar graph: indicador de barra.
  • Gauge: mostrador analógico.
  • Alarm view: lista de alarmes.
  • Recipes: parâmetros de receitas.

Bloco 6 · Manutenção

Plano

Mensal:

  • Limpeza do ecrã touch.
  • Verificar conectores Ethernet.
  • Limpeza dos arquivos de log (alarmes antigos).

Trimestral:

  • Backup do projecto HMI.
  • Verificar tempo de resposta dos ecrãs.

Anual:

  • Substituir bateria do relógio interno (se aplicável).
  • Calibração do touch (se desviado).
  • Actualizar firmware (com cuidado).
  • Re-validar funcionalidades críticas.

Avarias comuns

Sintoma Causa
Touch não responde Calibração desviada; ecrã sujo
Ecrã preto Backlight queimada; alimentação
Comunicação cai Cabo Ethernet, IP, switch
Alarmes não aparecem Configuração; tags
HMI travado Reset hardware; reset software
Gráficos lentos Demasiada actualização; demasiados pontos

Backup

Crítico: backup do projecto HMI tão importante como do PLC.

Conteúdo:

  • Projecto TIA Portal completo (PLC + HMI).
  • Imagens, animações, símbolos customizados.
  • Configuração de utilizadores e passwords.
  • Receitas e parâmetros.

Frequência: após cada alteração.

UC02941 · resumo

  • HMI = visualização + comando de máquinas.
  • Touch panels (KTP, GTU, PanelView) standard industrial.
  • SCADA integra múltiplas máquinas e dados.
  • Design segue princípios: clareza, consistência, ergonomia.
  • WinCC integra com TIA Portal Siemens.
  • Cores ISA-101 standard (verde/amarelo/vermelho).
  • Backup essencial.

NOTAS DO PROFESSOR 📖 HMI como ponto de contacto operador-máquina A HMI é a "cara" da automação: é por ela que o operador percebe o que a máquina faz e age sobre ela. Convém insistir que uma boa HMI não acrescenta funções ao processo — torna visível e seguro o que já existe no PLC. A distinção entre as quatro funções (visualizar, comandar, configurar, diagnosticar) ajuda a estruturar qualquer ecrã que venham a desenhar. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Comparar uma botoeira física com lâmpada e o equivalente numa HMI touch • Dar exemplos concretos de cada função num caso real (ex.: encher um depósito) • Sublinhar que a HMI não controla o processo — quem controla é o PLC

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Pirâmide de supervisão Convém mostrar que estes níveis não competem — empilham-se. O operador na máquina usa o touch panel local; o chefe de turno na sala vê o SCADA; a gestão consulta o MES. Cada nível agrega e resume a informação do nível abaixo, e essa é a lógica de toda a automação industrial moderna. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Relacionar com a pirâmide CIM/ISA-95 (terreno, supervisão, gestão) • Exemplo de informação que sobe (produção/hora) e desce (ordem de fabrico) • Quando se justifica SCADA vs. ficar só com HMI local

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Escolher o painel à medida da máquina A regra prática é não sobredimensionar: um Basic Panel chega para uma máquina standard com poucas variáveis, enquanto um Comfort Panel se justifica quando há muitos ecrãs, trends e ligação a rede. O PC industrial reserva-se para quando se precisa de flexibilidade total ou de integrar com SCADA. O critério é sempre o número de variáveis, a conectividade exigida e o orçamento. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Mostrar fotos de um KTP400 e de um Comfort de 22" lado a lado • Discutir o impacto do tamanho do ecrã no preço e na legibilidade • Quando vale a pena o salto para PC + WinCC Advanced

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O mercado segue o PLC Na prática, a marca da HMI tende a acompanhar a marca do PLC instalado: quem tem Siemens fica com KTP/Comfort, quem tem Allen-Bradley fica com PanelView. Isto poupa problemas de comunicação e de peças. Convém conhecer as três ou quatro marcas dominantes na Europa porque são as que vão encontrar no terreno. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque é que misturar marcas complica a comunicação e o stock de peças • Predominância da Siemens na indústria portuguesa/europeia • Onde aparece cada marca por sector (automóvel, alimentar, água)

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O protocolo determina a compatibilidade Antes de ligar uma HMI a um PLC, o primeiro passo é confirmar que ambos falam o mesmo protocolo. O Profinet domina o mundo Siemens, o EtherNet/IP o mundo Rockwell, e o Modbus TCP serve de "língua franca" quando se misturam fabricantes. O OPC UA é a aposta moderna porque é agnóstico e seguro, ideal para ligar ao nível da gestão. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Diferença entre cabo direto e ligação via switch industrial • Porque é que o IP da HMI e do PLC têm de estar na mesma sub-rede • Vantagem do OPC UA na integração entre marcas diferentes

NOTAS DO PROFESSOR 📖 SCADA é a HMI à escala da fábrica Enquanto uma HMI mostra uma máquina, o SCADA junta dezenas de máquinas e PLCs num só lugar. O grande valor está nos dados: o histórico de trends e alarmes permite diagnosticar tendências e justificar manutenção preventiva. O acesso remoto, hoje em dia, é o que distingue um SCADA moderno — poder ver a instalação do telemóvel. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Diferença entre supervisionar (SCADA) e controlar (PLC) • Valor do histórico para análise de avarias e relatórios • Cuidados de cibersegurança no acesso remoto a um SCADA

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Há SCADA para todos os orçamentos O WinCC e o InTouch são os pesos-pesados que se encontram na grande indústria, mas vale a pena mostrar que existem alternativas modernas como o Ignition (multiplataforma, licenciamento por servidor) e soluções open source para projetos pequenos ou formação. A escolha depende do ecossistema de PLCs e da dimensão da instalação. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Modelos de licenciamento (por tag, por cliente, por servidor) • Onde o open source faz sentido e onde não compensa o risco • Ligação natural WinCC + TIA Portal num parque Siemens

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Ler a arquitetura de cima para baixo Esta pirâmide é o mapa mental que devem ter sempre presente: a energia e os comandos descem da sala de controlo até aos sensores e atuadores, e os dados sobem no sentido inverso. Os switches industriais e os protocolos de campo (Profinet, EtherNet/IP) são as "estradas" que ligam tudo. Perceber esta camada ajuda muito no diagnóstico de avarias de comunicação. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Seguir o percurso de um sinal de um sensor até ao ecrã do SCADA • Papel do switch industrial vs. switch de escritório • Onde estão tipicamente os pontos de falha de comunicação

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Desenhar para o operador, não para o programador Estes três princípios — clareza, consistência, ergonomia — são o que separa uma HMI profissional de um amontoado de objetos. O erro mais comum dos formandos é querer mostrar tudo; o desafio é decidir o que NÃO mostrar. A ergonomia industrial é específica: botões grandes para luvas, contraste para ambiente com pó e cores que se vejam à distância. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Regra de "uma tarefa, um ecrã" para evitar sobrecarga • Como a consistência reduz o erro humano e a formação • Particularidades de premir um touch com luvas de trabalho

NOTAS DO PROFESSOR 📖 A cor comunica estado, não decoração A norma ISA-101 existe precisamente para que a cor signifique sempre o mesmo em qualquer ecrã: verde é normal, vermelho é alarme. Convém alertar que abusar de cor garrida cansa o operador e esconde o que é importante — uma boa HMI é maioritariamente cinzenta, e a cor reserva-se para o que muda de estado. Atenção também ao daltonismo: nunca usar só a cor para distinguir. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque é que o fundo cinzento claro é o recomendado • Reforçar a cor com forma/texto para acessibilidade (daltonismo) • Exemplo de um ecrã "demasiado colorido" e como o corrigir

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O layout cria hábitos seguros Este esquema header-corpo-navegação-footer repete-se em quase todas as HMIs profissionais porque o operador aprende onde procurar cada coisa. O header dá contexto (quem, quando, estado geral), o corpo é a ação, a navegação é constante e o footer concentra os alarmes ativos. Manter posições fixas entre ecrãs reduz erros e tempo de reação. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Vantagem de ter os alarmes sempre no mesmo sítio (footer) • Navegação consistente em todos os ecrãs do projeto • Adaptar este layout ao tamanho real do painel disponível

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Aprender pelos erros dos outros Esta lista é um excelente checklist de revisão: antes de dar um projeto por concluído, vale a pena passá-lo por estes pontos. A maioria destes erros nota-se logo quando se põe alguém que não programou o ecrã a tentar usá-lo. Linguagem demasiado técnica é dos mais subtis — o operador não tem de saber o nome da variável interna. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Fazer um teste de usabilidade com um colega "operador" • Reescrever uma mensagem técnica em linguagem de operador • Relacionar cada erro com o princípio que viola (clareza/consistência/ergonomia)

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Uma família WinCC para cada nível A grande vantagem do WinCC é estar dentro do TIA Portal: PLC e HMI vivem no mesmo projeto e partilham as tags sem reconfigurar nada. Convém deixar claro que as quatro edições (Basic, Comfort, Advanced, Professional) acompanham o hardware-alvo — não se compra Professional para programar um KTP. Esta integração é o principal argumento de venda da Siemens. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Como a partilha de tags PLC↔HMI evita erros de digitação • Que edição corresponde a que painel • Diferença entre WinCC (TIA) e WinCC clássico/OA

NOTAS DO PROFESSOR 📖 A ordem do workflow não é arbitrária Estes oito passos seguem uma lógica: primeiro liga-se ao PLC, depois criam-se as tags (a "ponte" de dados), e só então se desenham e animam os ecrãs sobre essas tags. Saltar a configuração de conexão ou criar objetos sem tags associadas é a causa número um de ecrãs "mortos". Compilar e descarregar é sempre o último passo, e convém fazê-lo cedo e muitas vezes. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque é que as tags vêm antes do desenho dos ecrãs • O que significa "animar" um objeto (ligar a cor/posição a uma tag) • Simular no PLCSIM antes de descarregar para hardware real

NOTAS DO PROFESSOR 📖 A biblioteca de objetos poupa tempo Em vez de desenhar tudo de raiz, o WinCC traz uma biblioteca de símbolos (bombas, motores, válvulas) e widgets (gauges, trends, alarm view) prontos a ligar a tags. Convém demonstrar a diferença entre um I/O Field (mostra/edita um valor) e os elementos gráficos. As receitas são poderosas: permitem mudar dezenas de parâmetros num clique para fabricar produtos diferentes. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Mostrar um símbolo da biblioteca a animar com o estado do PLC • Quando usar trend (histórico) vs. bar graph/gauge (instantâneo) • Caso de uso de receitas numa máquina que faz vários produtos

NOTAS DO PROFESSOR 📖 A HMI também precisa de manutenção É fácil esquecer que o painel é um equipamento eletrónico exposto ao ambiente fabril. A limpeza do ecrã touch e a verificação dos conectores são tarefas simples mas evitam falhas. A atualização de firmware deve ser feita com muita prudência e sempre depois de um backup — um update mal sucedido pode deixar o painel inutilizável. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Riscos de atualizar firmware sem backup prévio • Porque é que a bateria do relógio interno importa (data dos alarmes) • Recalibrar o touch quando os toques ficam desalinhados

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Diagnosticar do simples para o complexo Esta tabela ensina o raciocínio de diagnóstico: começar sempre pelo mais provável e barato (ecrã sujo, cabo solto) antes de assumir falha grave. Muitas "avarias" de HMI são na verdade problemas de comunicação ou de configuração, não do hardware do painel. Os gráficos lentos quase sempre resultam de pedir demasiados pontos com refrescamento excessivo. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir avaria de hardware de avaria de comunicação • Sequência de verificação para "comunicação cai" (cabo→IP→switch) • Otimizar trends reduzindo a taxa de aquisição

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Sem backup não há recuperação A mensagem-chave é que o projeto HMI é tão crítico como o programa do PLC, e ambos vivem no mesmo projeto TIA Portal — logo, um backup cobre os dois. Convém insistir que símbolos customizados, utilizadores/passwords e receitas também têm de ser guardados, porque recriá-los do zero é trabalho de dias. A regra de ouro é "backup após cada alteração". 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • O que se perde se só houver backup do PLC e não da HMI • Onde guardar os backups (servidor, fora da máquina) • Versionar backups com data para poder recuar

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Fechar ligando os pontos Este resumo serve para os formandos verificarem que dominam a cadeia completa: do conceito de HMI, passando pelo hardware (panels), pela supervisão (SCADA), pelo design (ISA-101) e pela ferramenta (WinCC), até à manutenção e backup. Vale a pena pedir-lhes que expliquem por palavras próprias como estes blocos se encaixam num projeto real. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Pedir a um formando que descreva um mini-projeto HMI de ponta a ponta • Reforçar que design e backup são tão importantes como a programação • Ligar a UC às restantes do curso (PLC, quadros, comunicação)