Automação Industrial: Interface Humano-Máquina

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AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL 
Elmo Dutra
Interface humano-máquina
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Discutir a interação entre humanos e máquinas.
 � Enumerar os tipos de interface humano-máquina (IHM).
 � Apontar as aplicações de IHM.
Introdução
As interfaces humano-máquina (IHMs) são produtos e dispositivos intera-
tivos que usamos em nosso cotidiano. Como exemplo, temos telefones 
celulares, computadores, controles remotos, terminais de caixas eletrô-
nicos, calculadoras, GPS, jogos de computador, impressoras, etc.
Em automação industrial, as IHMs são utilizadas conectadas com 
controladores lógicos programáveis (CLPs) para permitir que o operador 
acesse e altere informações do processo produtivo de maneira simples, 
rápida e prática.
Neste capítulo, você vai ler sobre IHM e estudar a interação entre 
humanos e máquinas, os tipos de IHMs e suas aplicações no contexto 
da automação industrial e dos CLPs.
Interação entre humanos e máquinas
Usuário, interface e interação
De acordo com Rebelo (2009), a interface é responsável por promover estí-
mulos de interação para que o usuário obtenha respostas relacionadas às suas 
atividades. De um lado, ela funciona como dispositivo de entrada de dados 
e, de outro, é responsável por enviar as respostas aos usuários. Interação é, 
portanto, a troca que ocorre entre usuários e equipamentos, a exemplo dos 
sistemas computacionais. Isso acontece por meio de ações básicas e habituais, 
que são as tarefas de interação. Em um sistema computacional, a interface 
com o usuário é o conjunto completo de aspectos que torna explícito o processo 
de interação e inclui de forma resumida os seguintes elementos:
 � dispositivos de entrada e saída de dados;
 � informação apresentada ao usuário ou enviada pelo usuário;
 � retorno oferecido pelo sistema ao usuário;
 � ações do usuário com respeito a todos esses aspectos.
Conforme Rebelo (2009), os componentes de interface possibilitam a 
comunicação entre usuário e equipamentos ou dispositivos; eles permitem 
elaborar os processos de entrada e saída de dados. Em sistemas computacio-
nais e afins (estações de jogos, celulares, DVDs, etc.), esses componentes de 
interface servem para identificar objetos virtuais como caixas de checagem, 
barras de rolagem, botões, etc., mas também existem os componentes físi-
cos de interface como mouse, teclado, controle remoto, entre muitos outros. 
A Figura 1 ilustra a interação entre usuário, sistema e interface.
Figura 1. Usuário, sistema ou equipamento e interface. Interação.
Fonte: Rebelo (2009, documento on-line).
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Segundo Rebelo (2009), como exemplo de interface gráfica, dispositivo, 
usuário e interação, temos os terminais de banco ou quiosques. Permitem 
saques de dinheiro, pagamentos de contas, transferências bancárias, saldos, 
depósitos, leitor de códigos de barras, etc. A interação com o usuário se dá 
com um monitor LCD sensitivo e várias teclas adicionais, além das opções 
da tela. O cartão bancário do cliente, quando inserido, permite acesso à conta 
mediante senha e biometria opcionalmente, com leitura das impressões digitais 
do usuário. De modo similar, temos o home banking como aplicativos de 
celulares que permitem acesso a muitas funções.
Tipos de interfaces humano-máquina
Interfaces e projeto de interação
Em conformidade com Rebelo (2009), o projeto de interação é a geração de 
soluções para implementar o uso prático de algo que permita um diálogo, 
seja um sistema ou um equipamento. A interface pode ser dividida em dois 
aspectos de comunicação:
 � interface física (ou de hardware): meio de contato predominantemente 
físico empregando materiais como cabos, fios, placas, mouses, teclado;
 � interface lógica (ou de software): meio de contato predominantemente 
cognitivo que faz uso de aspectos léxicos (funcionais), sintáticos (es-
truturais) e semânticos (conteúdo). 
Para a grande maioria das pessoas, o mouse e o teclado representam parte 
importante do processo de interação — são exemplos de interface física. 
A interface lógica é mais conhecida pelos gráficos e suas regras são deter-
minadas pela graphical user interface. Esse tipo de interface faz parte de 
praticamente qualquer novo dispositivo tecnológico encontrado no mercado. 
Novas tecnologias tendem, inclusive, a minimizar o uso de interfaces físicas 
para a realização da comunicação, como já ocorre em equipamentos touch 
screen. A Figura 2 ilustra IHMs de substituição de teclas, tratamento de dados 
e supervisão.
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Figura 2. IHMs de substituição de botoeiras, tratamento de dados e supervisão.
Fonte: noina/Shutterstock.com.
Automação industrial, controladores lógicos 
programáveis e interface humano-máquina
Segundo Petruzella (2013), o CLP é um tipo de computador industrial que 
pode ser programado para executar funções de controle, além de representar 
outros benefícios, como facilidade de programação, instalação, controle de 
alta velocidade, compatibilidade de rede, verificação de defeitos e alta con-
fiabilidade. Uma IHM pode ser conectada para se comunicar com um CLP 
e o usuário e substituir no processo botões de comando, chaves seletoras, 
sinaleiros luminosos, chaves digitais manuais e outros dispositivos de controle 
no painel do operador. Um teclado sensível ao toque (touch screen) fornece ao 
operador uma interface que funcione como um painel de controle tradicional. 
De acordo com Petruzella (2013), essas IHMs possibilitam o operador de 
ver o funcionamento em tempo real. Por meio de um computador, e baseado no 
ajuste (set-up) do programa, é possível configurar as telas do mostrador para:
 � substituir botões de comando e sinaleiros luminosos com ícones de 
aparência real;
 � mostrar operações no formato gráfico para facilitar a visão;
 � permitir ao operador mudar o tempo e a contagem presentes pelo toque 
no teclado numérico;
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 � mostrar os alarmes, completando com o tempo da ocorrência e o local;
 � mostrar como as variáveis mudam com o tempo.
Principais tipos de interface humano-máquina
Em conformidade com Coradassi (2018), existem três tipos principais de IHM: 
operator interface terminal (OIT), embedded e baseada em PC. A IHM OIT, 
também conhecida como a substituta das botoeiras, é usada principalmente 
para substituir chaves, LEDs, botoeiras e dispositivos eletromecânicos. Todos 
os instrumentos substituídos são representados graficamente em um display 
LCD. A IHM embedded é utilizada quando há a necessidade de um feedback 
ou um monitoramento constante. Também de acordo com Coradassi (2018), 
a IHM de supervisão ou baseada em PC são as que têm mais características 
como flexibilidade, acesso remoto, gráficos e conectividade. Nessa categoria, 
além do CLP, é necessário também um software supervisório.
As principais características a serem levadas em consideração na escolha 
entre estes três tipos são: vida útil, custo, tamanho da aplicação, armazena-
mento de dados, conectividade, segurança, acesso remoto, gráficos, entradas e 
operações e flexibilidade. A partir dessas características é escolhida a interface 
ideal para o processo.
Estudos da IHM em dispositivos móveis trata-se de um artigo técnico de como melhorar 
a usabilidade de software para dispositivos móveis aplicando as regras de engenharia 
de usabilidade e levando em consideração as peculiaridades de hardware e software 
presentes nesses dispositivos.
Segundo o autor, a interface de um sistema é o meio de comunicação e interação 
entre o usuário e o sistema. Interfaces mais usuais e agradáveis chamam a atenção e 
definem a preferência por um ou outro sistema, sendo mais uma das características 
que podem influenciar na escolha de um software. Para garantir uma boa interface, 
avaliações de usabilidade devem ser feitas em um sistema do começo ao fim do ciclo 
de desenvolvimento.
A usabilidade hoje é considerada fator de sucesso para um software, eignorá-la 
pode significar o fracasso de um projeto. Os desenvolvedores normalmente não se 
preocupam com essa característica, com o pensamento de que o sistema foi feito 
para sua própria utilização. (RIBEIRO, 2006).
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Aplicações de interfaces humano-máquina e 
software supervisórios
Segundo Souza (2004), IHMs e software supervisórios são usados em au-
tomação. A seguir, estão listadas as aplicações e as características de cada.
As IHMs: 
 � têm robustez para serem empregadas em ambientes hostis, sujeitos a 
umidade, poeira, ruídos de rede, etc;
 � por não terem elementos mecânicos, não estão sujeitas a erros de leitura 
e interpretação do programa nelas instalado;
 � não permitem armazenar dados para bancos de dados;
 � têm tamanho físico reduzido, o que facilita a sua instalação em painéis, 
mesas de comando, entre outros.
Os programas supervisórios: 
 � têm estrutura delicada e devem ser instalados em computadores, em 
salas especialmente preparadas, com temperatura controlada e sistemas 
nobreak;
 � exigem grande espaço físico na instalação;
 � permitem armazenar grandes bancos de dados;
 � permitem animações;
 � apresentam possibilidade de utilização para a finalidade de computador;
 � têm grande capacidade gráfica.
As IHMs são muito utilizadas em automação industrial, conectadas a um 
CLP. As IHMs oferecem telas enxutas e são sistemas que facilitam a operação 
e tornam os controles mais simples, com a possibilidade de acompanhamento 
em tempo real do resultado de suas atuações. As IHMs normalmente são 
instaladas próximas ao processo, e assim permitem a intervenção rápida pelo 
operador sem a necessidade de ir até uma sala de controle. Por serem mais 
robustos, sistemas baseados em IHMs são mais duráveis na comparação com 
os sistemas supervisórios. 
Interface humano-máquina6
Já os software supervisórios permitem aos operadores controlar, monitorar 
e rastrear todas as informações do processo a partir de uma sala de controle por 
meio de equipamentos de gerenciamento de dados. Depois, essas informações 
são armazenadas, trabalhadas e apresentadas em uma visualização ampla ao 
usuário. Eles permitem a possibilidade de visualização geral do processo de 
forma rápida e com melhor controle das atuações dos operadores. A escolha 
desses sistemas deve levar em conta parâmetros técnicos do processo.
A IHM faz a interface entre o CLP e o operador, permitindo obter e inserir informações 
do sistema de modo prático e funcional. Por exemplo, uma IHM mais simples possibilita 
comunicação com inversores de frequência permitindo alteração de parâmetros 
funcionais. IHMs de maior porte permitem a exibição de telas gráficas e melhor acom-
panhamento e controle das variáveis do processo. No link a seguir, você pode assistir 
a um vídeo em que o autor mostra o que é e para que servem as IHMs. Você verá 
alguns tipos de IHM que são abordadas com uma linha completa de um fabricante 
nacional como exemplo.
https://qrgo.page.link/T98mk
O CLP é utilizado para controle de processos industriais. Para instrumentação e controle 
de variáveis analógicas de entrada e saída e para melhor visualização de dados de 
processo, pode ser utilizada uma IHM parametrizada para display de variáveis de entrada 
ou saída, e gráficos podem ser implementados com a variação temporal das variáveis 
no processo. Isso permite uma melhor visualização dos operadores do andamento do 
processo. Alarmes podem ser configurados para situações anormais ou de risco, com 
a definição de set-points críticos. Também é possível a alteração das variáveis mediante 
teclado de configuração. As IHMs facilitam o trabalho dos operadores pela melhor 
visualização e controle das variáveis do processo. A Figura 3 ilustra uma IHM que 
pode ser configurada para a visualização de variáveis de processo e monitoramento.
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Figura 3. Exemplo de IHM que pode ser configurada para visualização de variáveis analógicas 
de entrada e saída e gráficos temporais.
Fonte: August Phunitiphat/Shutterstock.com. 
CORADASSI, B. Implementação de IHM mobile para planta didática. 2018. Trabalho de 
Conclusão de Curso (Tecnologia em Automação Industrial)- Universidade Tecnológica 
Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2018. Disponível em: http://repositorio.roca.utfpr.
edu.br/jspui/bitstream/1/10214/1/PG_COELE_2018_1_03.pdf. Acesso em: 27 dez. 2019.
PETRUZELLA, F. Controladores lógico programáveis. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. 
(Série Tekne).
REBELO, I. B. Apostila de IHC: interação entre homem e computador. Brasília, DF: Unieuro. 
2009. Disponível em: https://docgo.net/view-doc.html?utm_source=ihc-interacao-
-entre-homem-e-computador-apostila-tasi-ihc-2009-2. Acesso em: 27 dez. 2019.
RIBEIRO, D. F. Estudo de Interface Humano-Máquina em Dispositivos Móveis. 2006. 
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Sistemas de Informação)- Universidade 
Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2006. Disponível em: https://repositorio.ufsc.
br/handle/123456789/184359. Acesso em: 27 dez. 2019.
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SOUZA, M. A. B. Estudo comparativo entre a aplicação de sistemas dedicados e a utili-
zação de controladores lógico-programáveis na automação de sistemas prediais. 2004. 
Dissertação (Mestrado em Engenharia)- Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 
São Paulo, 2004. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/
tde-26052004-154102/pt-br.php. Acesso em: 27 dez. 2019.
Leituras recomendadas 
BARBOSA, S. D.; SILVA, B. S. Interação humano-computador. Rio de Janeiro: Elsevier, 2010. 
(Série SBC, Sociedade Brasileira de Computação).
BOLTON, W. Mecatrônica: uma abordagem multidisciplinar. 4. ed. Porto Alegre: Book-
man, 2010.
LAMB, F. Automação industrial na prática. Porto Alegre: AMGH, 2015. (Série Tekne).
MORAES, C. C. de; CASTRUCCI, P. de L. Engenharia de automação industrial. 2. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2010.
NATALE, F. Automação industrial. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2008. 
PIRES, J. N. Automação industrial. 4. ed. São Paulo: ETEP, 2007. 
PREECE, J.; ROGERS, Y.; SHARP, H. Design de interação: além da interação homem-com-
putador. São Paulo: John Wiley e Sons, 2005.
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