AULA2 - SISTEMAS SUPERVISÓRIOS

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

AULA 2 
SISTEMAS SUPERVISÓRIOS 
Profª Ana Carolina Bueno Franco 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
As Telas ou Interfaces Homem-Máquina (IHM) são responsáveis pela 
visualização de dados e alarmes de um processo. Ao longo dos anos, com 
recursos gráficos mais apurados, houve uma tendência de criar telas bastante 
realistas, porém, com excesso de objetos e informações. Estudos apontam que, 
na verdade, o ideal seria a adoção de conceitos simples, de forma a destacar 
apenas o que for mais relevante para o processo em questão. Os objetivos desta 
aula são: 
 entender o conceito de Interface Homem-Máquina (IHM); 
 conhecer os diferentes tipos de IHM; 
 entender a construção de telas e objetos de telas; 
 conhecer as normas existentes para desenvolvimento de telas; 
 e compreender a metodologia de telas de alta performance. 
CONTEXTUALIZANDO 
Os sistemas supervisórios atuais disponibilizam vários recursos e objetos 
gráficos, com o intuito de facilitar o desenvolvimento de telas. Por alguns anos, 
acreditou-se que telas com o máximo de informações e objetos otimizariam a 
operação dos processos. Esta aula mostrará como o gestor de automação deve 
implementar ou customizar telas, bem como quais critérios devem ser adotados 
para isso. 
TEMA 1 – INTERFACE HOMEM-MÁQUINA (IHM) 
O termo “Interface Homem-Máquina” é utilizado na indústria para 
descrever as telas de um processo. Essas telas, ou interfaces, possibilitam a 
interação do homem com as máquinas e servem para descrever ou representar 
processos industriais ou instalações físicas. 
No início da automação, antes dos sistemas supervisórios, o controle dos 
processos era feito por painéis de controles analógicos. Controlar e 
supervisionar os processos eram tarefas desafiadoras para o operador, já que 
displays analógicos, diversos botões, alarmes sonoros e lâmpadas eram 
utilizados para representar o processo. Além de requerer um alto nível de 
atenção, esse tipo de supervisão era passível de erros, pois os dados eram 
anotados e havia pouca automatização. 
 
 
03 
Figura 1 – Painel de controle 
 
Fonte: Biasuz, 2017 
Com o surgimento dos sistemas supervisórios e CLPs (Controladores 
Lógicos Programáveis), as telas passaram a representar o processo de forma 
mais simplificada, mas com muitas informações. 
Figura 2 – Tela de um sistema supervisório antigo 
 
Fonte: Biasuz, 2017. 
Ao longo dos anos, com a evolução dos sistemas supervisórios, as telas 
ganharam mais recursos e mais qualidade. Atualmente, é possível acessar as 
 
 
04 
telas do SCADA por meio da WEB e realizar a supervisão e controle de um 
processo a partir de qualquer local. No ambiente industrial, além do uso de 
computadores, é muito comum também o uso de uma IHM industrial. 
TEMA 2 – TIPOS DE INTERFACE HOMEM-MÁQUINA 
A interface homem-máquina não se restringe somente ao sistema 
supervisório. É muito comum, na indústria, o uso de IHMs industriais. 
 Operator Interface Terminal (OIT) é a IHM usada para substituir botões, 
LEDs, chaves e dispositivos eletromecânicos (antes existentes em 
painéis, conforme Figura 1). Nesse caso, a IHM consegue representar 
visualmente todos os dispositivos e também consegue executar a função 
de controle. Em geral, são telas de LCD com recursos gráficos limitados e 
que possuem a função touchscreen. Com relação à comunicação, 
conseguem trocar dados com CLPs. São muito utilizadas em pequenas 
aplicações, pois sua capacidade de armazenamento é baixa. 
Figura 3 – Exemplo de IHM 
 
Fonte: Omega. 
 Interfaces embarcadas: são muito utilizadas em aplicações que exigem 
monitoramento constante. Em geral, possuem um sistema operacional, 
como o Windows Embedded. Devido a essa característica, podem rodar 
sistemas supervisórios dedicados (que tenham compatibilidade com o 
sistema operacional). Oferecem mais possibilidades em relação às IHMs 
do tipo OIT. 
 
 
05 
Como são utilizadas em ambiente industrial, é preciso que tenham grau 
de proteção elevado (IP 67 ou IP 68), para que possam operar em ambientes 
agressivos (altas temperaturas, elevada umidade e poeira). As características 
das IHMs estão listadas na figura 4: 
Figura 4 – Características das IHMs 
 
Fonte: Silveira, 2017. 
TEMA 3 – TELAS 
A customização e especificação das telas, com o objetivo de representar 
o processo industrial, é de responsabilidade do cliente e da empresa de 
engenharia que desenvolverá o supervisório. 
A etapa de especificação das telas é extremamente importante, pois, além 
da representação do processo e das informações relevantes, deve considerar o 
conforto dos operadores e a segurança do processo. Telas muito poluídas, com 
informações em excesso, dificultam a operação do sistema. Para gerar as telas, 
são utilizados objetos de tela, tais como: 
 Primitivas do editor gráfico (retas, círculos, retângulos, polígonos etc.). 
 Controles ActiveX. 
 Imagens (vetoriais e não vetoriais). 
 Controles padrão do Windows. 
Grande parte dos fornecedores de SCADA disponibiliza o editor gráfico 
para facilitar a edição das telas. As telas criadas podem ser apresentadas de 
 
 
06 
dois modos: tela cheia (full screen) ou como tela modal (tamanho reduzido, isto 
é, janelada). 
Os controles ActiveX são pequenos programas, também chamados de 
complementos ou add-ons, que podem ser inseridos no supervisório. São 
desenvolvidos por terceiros, com finalidades específicas, tais como barra de 
ferramentas, barra de cotações de ações, vídeos etc. 
Já os objetos Microsoft Forms são componentes de software, baseados 
na tecnologia COM (Component Object Model). São utilizados para realizar 
diversas tarefas. 
Figura 5 – Controles Microsoft 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
 
 
07 
Figura 6 – Ambiente de desenvolvimento do supervisório – construção de telas 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
TEMA 4 – NORMAS ISO 9241-11 E ISA 101 
O desenvolvimento e especificação de telas devem levar em conta os 
seguintes critérios: 
1. A tela deve prover ao operador do processo apenas as informações 
relevantes. 
2. O conforto visual dos operadores deve ser considerado. 
3. As telas devem facilitar a interpretação do processo. 
Para atender a esses critérios, algumas normas foram elaboradas e 
servem de guias para os desenvolvedores de sistemas. A norma ISO 9241-11 
trata da usabilidade de sistemas de software. De acordo com a norma, o 
conceito de usabilidade é definido como a “Medida na qual um produto pode ser 
usado por usuários específicos para alcançar objetivos específicos com eficácia, 
eficiência e satisfação, em um contexto específico de uso” (ISO, 2018). 
A usabilidade deve prever os seguintes objetivos: 
 Facilitar o aprendizado. A utilização do sistema deve ser simples e 
requerer pouco treinamento. 
 Facilitar a memorização. O usuário deve lembrar como utilizar a interface. 
 
 
08 
 Aumentar a produtividade. A interface deve permitir que o usuário realize 
uma tarefa de forma rápida e eficiente. 
 Minimizar a taxa de erros. Em caso de operações realizadas de forma 
incorreta, a interface deve alertar o usuário e permitir a correção de forma 
rápida e eficiente. 
Outra norma que trata da usabilidade e estabelece alguns padrões para o 
desenvolvimento de interfaces é a norma ANSI/ISA – 101. A norma tem como 
objetivos: 
 estabelecer padrões para o desenvolvimento, manutenção e operação de 
interfaces homem-máquina, que resultem em operações mais seguras e 
eficientes; 
 otimizar a habilidade do operador de detectar, diagnosticar e responder às 
situações de processo que estejam fora da normalidade. 
No escopo da norma, constam os seguintes itens: hierarquias em menus, 
convenções para a navegação entre telas, padrões para gráficos e cores, 
animação de objetos, convenções para sinalizar alarmes, fundos de telas, estilos 
de telas do tipo pop-up, telas de ajuda, entre outros (LEHMANN; WILKINS, 
2015). 
 
 
09
Figura 7 – Terminologias da norma ISA 101 
 
Fonte: Lehmann; Wilkins, 2015. 
A norma ainda propõe um ciclo para o desenvolvimento de telas, de forma 
similar aos ciclos propostos em desenvolvimento de alarmes e segurança. Seu 
objetivo é servir como referência para o desenvolvimento de novas telas, bem 
como otimizar as existentes. 
Figura 8 – Ciclo proposto pela norma ISA 101 
 
Fonte: Lehmann; Wilkins, 2015. 
 
 
010 
TEMA 5 – TELAS DE ALTA PERFORMANCE 
Atualmente, as interfaces de sistemas, em geral, têm por objetivo se 
tornarem mais intuitivas e de fácil operação. Cada vez mais os usuários 
dependem de sistemas para realizar tarefas simples: aplicativos de bancos, 
comparação de preços entre sites de compras, delivery de comida, entre outros. 
É importante que o usuário consiga navegar e realizar transações sem que 
necessite de ajuda. 
Com base nas normas já mencionas e em estudos nas áreas de design, 
psicologia e ciências cognitivas, foi desenvolvida uma metodologia para 
interfaces de alta performance, que vai além da questão estética. Ela tem por 
objetivo a prevenção de falhas e redução de erros na operação e proporciona 
maior conforto ao usuário, visando à facilidade de aprendizado e memorização. 
Outro ponto importante é que ela permite a visualização de informações 
detalhadas, em vez de apenas dados brutos. Alguns estudos comprovaram os 
benefícios da implementação, conforme a Figura 9. 
Figura 9 – Resultados dos testes com telas de alta performance 
 
Fonte: Elipse Software, 2017 
Um fato importante apontado pelos estudos é que, usando interfaces de 
alta performance, o operador conseguiu detectar mais situações de 
anormalidades, antes da ocorrência de alarmes. Portanto, a grande justificativa 
para a sua implementação é a segurança. 
 
 
011 
Existem diversos relatos de acidentes em indústrias, causados por telas 
muito poluídas e com excesso de informações, como o acidente na refinaria BP 
Texas e o acidente com o voo da Indian Airlines, em 1990. 
Estes acidentes são exemplos de que não basta apenas que os dados 
estejam em exibição na tela. O operador precisa ter consciência da situação de 
modo geral e de tudo que se passa ao seu redor. Este conceito é chamado de 
“consciência situacional” e define como a situação é percebida pelo operador em 
uma situação real. A consciência situacional envolve três aspectos: percepção, 
compreensão e projeção. 
Figura 10 – Etapas da consciência situacional 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Ao desenvolver uma tela do processo, é preciso que o operador consiga 
identificar e perceber informações que estejam anormais. Após a percepção do 
fato, é preciso que ele compreenda como essas informações influenciam no 
processo. A terceira etapa é a projeção das consequências, isto é, a 
determinação de quais medidas devem ser tomadas. 
 
 
012 
Figura 11 – Etapas da consciência situacional 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Um bom exemplo de como os dados devem ser disponibilizados é 
mostrado na Figura 11. A informação da temperatura dá ao operador a 
percepção do valor, porém ela não indica se este valor está dentro da 
normalidade do processo ou próxima a um limiar de alarme. 
A compreensão de como esta temperatura se comporta é dada quando 
há a indicação de limite de alarmes, a fim de deixar claro ao operador qual é 
exatamente a faixa de operação em condições normais. Essa indicação de 
contexto pode ser exibida em objetos como gráficos ou barras. 
Nesta etapa, o operador não consegue projetar as consequências do 
comportamento da temperatura. Isso só é feito na etapa de projeção, quando há 
também um histórico da temperatura ao longo do tempo. 
A metodologia de telas de alta performance trata do design pré-atentivo, 
ou seja, a interface deve alertar o operador para o que realmente importa. O 
excesso de informações, cores e objetos, sobrecarrega o operador e tira a 
eficiência da função informativa da interface, diminuindo a sua usabilidade. A 
seguir, alguns exemplos de como as interfaces de alta performance devem ser 
projetadas. 
 
 
013 
Figura 12 – Visualização de dados em alta performance (antes e depois) 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Figura 13 – Uso do gráfico do tipo Radar 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Na figura 13, o gráfico do tipo radar é usado para correlacionar variáveis 
do processo. A linha pontilhada indica a situação ideal e a linha contínua, a 
situação real do processo. A sinalização dos dados dessa forma dá ao operador 
a percepção de como cada variável está em relação ao ponto considerado ideal. 
Outro ponto de destaque é o uso de cores. É recomendado o uso de 
cores discretas para o fundo de tela, evitando-se o uso de gradientes. Para 
indicar estados críticos e de maior relevância, é indicado o uso de cores que 
chamem a atenção do operador. 
 
 
014 
Figura 14 – Uso de cores em telas de alta performance 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Usar uma cor clara como fundo de tela emite maior quantidade de luz, 
provocando a fadiga visual em um longo período de exposição. Assim, 
recomenda-se o uso de cores escuras, que emitem menos quantidade de luz. 
Com relação à representação de status dos objetos, recomenda-se: 
 Ligado: objeto mais claro que a cor de fundo da tela. 
 Desligado: objeto mais escuro que a cor de fundo. 
Figura 15 – Representação do status dos equipamentos 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
 
 
015 
Não é recomendado o uso das cores branca ou preta como fundo de tela. 
A indicação é o uso de cores neutras intermediárias, como cinza claro e cinza 
escuro. Com relação aos alarmes da aplicação (que estão sempre atrelados a 
um grau de severidade), a recomendação é que sejam diferenciados por cor, 
forma e número. 
Figura 16 – Indicação de alarmes 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Figura 17 – Representação de alarmes em alta performance 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Para representar o nível de importância que os elementos possuem entre 
si em uma tela (hierarquia visual), recomenda-se a variação no tamanho dos 
objetos, conforme Figura 18. 
 
 
016 
Figura 18 – Hierarquia de objetos (alta performance) 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Outra recomendação é evitar o uso de animações em telas, pois elas 
podem tirar a atenção do operador de algo prioritário. Também não é 
recomendado o uso de objetos em 3D. 
Figura 19 – Posicionamento de objetos (alta performance) 
 
Fonte: Elipse Software, 2017. 
Elementos em 3D só são recomendados para telas que não possuam 
operação, cuja função seja mostrar o processo de forma geral. A seguir, 
exemplos de telas antes e depois de aplicadas as recomendações: 
 
 
017 
Figura 20 – Tela SCADA (sem a metodologia de alta performance) 
 
Fonte: ISA 
 
 
018 
Figura 21 – Tela SCADA (com alta performance) 
 
Fonte: ISA 
FINALIZANDO 
Ao especificar o projeto de um sistema supervisório, deve-se levar em 
conta quais dados são relevantes ao processo e adotar a metodologia de alta 
performance. Telas implementadas de forma adequada garantem não só 
segurança, mas também otimizam a operação do processo. 
 
 
 
019 
REFERÊNCIAS 
BIASUZ, C. Design e Interação: Afinal, o que é HMI? E HPHMI? Scada HUB, 
11 jan. 2017. Disponível em: <https://www.scadahub.io/single-
post/2017/01/11/Design-e-Interação-Afinal-o-que-é-HMI-E-HPHMI>. Acesso em: 
19 abr. 2018. 
ELIPSE Software. Tutorial do E3 Desenvolvedores. Porto Alegre: [s.n.], 2017. 
Disponível em: <https://edisciplinas.usp.br>. Acesso em: 19 abr. 2018. 
GOETZ, H. F. Metodologia para Desenvolvimento de IHMs de Alta 
Performance Visual. Elipse Knowledgebase Disponível em: 
<http://kb.elipse.com.br/ >. Acesso em: 19 abr. 2018. 
ISA. Disponível em: <https://www.isa.org>. Acesso em: 19 abr. 2018. 
ISO. ISO 9024-11: Usability: Definitions and concepts. [S.l], 2018. Disponível em: 
<https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:9241:-11:ed-2:v1:en>.
Acesso em 19 abr. 
20118. 
OMEGA. Disponível em: <https://www.omega.com >. Acesso em: 19 abr. 2018. 
LEHMANN, G.; WILKINS, M. ISA 101 HMI standard nears completion. InTech 
Magazine, 2015. Disponível em: <https://www.isa.org/intech/20140805/>. 
Acesso em 19 abr. 2018. 
SILVEIRA, C. IHM: Saiba quais os tipos e como selecionar. Citisystem. 
Disponível em: <https://www.citisystems.com.br/ihm/>. Acesso em: 19 abr. 2018.