Glosario HMI / SCADA / P&ID
La referencia rápida para ingenieros que compran, diseñan o migran una HMI / SCADA. Cada término en 2-4 frases con referencias cruzadas y ejemplos de equipos de planta reales. Escrito y mantenido por un técnico de automatización, no scrapeado; si una definición está mal o falta, dilo en el foro.
Navegación rápida
- HMI
- SCADA
- DCS
- PLC
- P&ID
- ISA-101
- ISA-5.1
- ISA-5.5
- ISA-18.2
- Prioridades de alarma P1-P4
- Avalancha de alarmas
- BPCS
- HART
- HMI tranquila
- Conciencia situacional
- Tag (tag de instrumento)
- Símbolo de montaje
- Multi-state lamp
- ESD
- SIS / Sistema instrumentado de seguridad
- Bus de campo
- OPC UA
- Modbus
- RTU
- Profibus
- PROFINET
- EtherNet/IP
- FOUNDATION Fieldbus
- Pantalla del operador
- Niveles de pantalla
- MCC
- VFD / VSD
- Enclavamiento
- Permisivo
- Disparo
- Lazo de control PID
- Consigna
- Banda muerta
- Histéresis
- Control en cascada
- Unidades de ingeniería
- Lógica de escalera
- Faceplate
- Watchdog
- Redundancia
- Tendencia (historian)
- OEE
- Guía de estilo de HMI
HMI /eɪtʃ em aɪ/
Interfaz hombre-máquina. La capa gráfica con la que un operador interactúa para monitorizar y comandar un proceso. Las HMI modernas suelen ser paneles basados en web (Weintek cMT, Siemens WinCC Unified, Ignition Perspective) o hardware dedicado (Rockwell PanelView, Pro-face GP). La HMI muestra niveles de depósito, estados de bomba y alarmas; el operador ve qué está pasando y da órdenes.
SCADA /ˈskeɪdə/
Supervisory Control and Data Acquisition (supervisión, control y adquisición de datos). Un sistema de planta que recoge datos de múltiples PLC / RTU a distancia (a veces geográficamente dispersos: redes de agua, oleoductos) y los presenta en estaciones de trabajo del operador. SCADA es más amplio que la HMI: incluye los historians, la gestión de alarmas, el control por lotes y la lógica de supervisión. Fabricantes: AVEVA Wonderware, Inductive Automation Ignition, Rockwell FactoryTalk View SE, Schneider Citect.
DCS /diː siː ɛs/
Distributed Control System (sistema de control distribuido). Un sistema de control fuertemente integrado que se usa en procesos continuos (refinerías, plantas químicas, celulosa y papel, grandes servicios públicos). A diferencia de PLC+SCADA, el DCS se diseña como un solo producto: controladores, E/S, HMI e historian vienen de un único fabricante (Honeywell Experion, Yokogawa Centum, ABB Ability System 800xA, Emerson DeltaV). Se usa cuando la fiabilidad y la integración estrecha importan más que la flexibilidad. A la HMI dentro de un DCS se le llama pantalla del operador.
PLC /piː ɛl siː/
Programmable Logic Controller (controlador lógico programable). Un ordenador industrial reforzado que ejecuta lógica determinista en un ciclo de scan (normalmente 10-50 ms). Los PLC gestionan el control discreto (marcha/paro de motor, apertura/cierre de válvula) y las secuencias por lotes. Ejemplos: Siemens S7-1500, Rockwell ControlLogix, Schneider M580, Mitsubishi MELSEC, Beckhoff TwinCAT. Los PLC se programan en los lenguajes de IEC 61131-3 (diagrama de escalera, bloques de función, texto estructurado, SFC, lista de instrucciones).
P&ID /piː ən aɪ diː/
Piping & Instrumentation Diagram (diagrama de tuberías e instrumentación). El plano de ingeniería maestro de una planta de proceso: cada tubería, válvula, instrumento y equipo aparece con su tag, conexión y estado operativo. Los P&ID usan símbolos normalizados (ISA-5.1, ASME Y32.11, BS 1646) para que el mismo plano sea legible entre fabricantes y países. Las pantallas de HMI modernas suelen reflejar la disposición del P&ID para que los operadores puedan cruzar referencias rápidamente.
ISA-101 /aɪ ɛs eɪ wən oʊ wən/
ISA-101.01-2015 — Human Machine Interfaces for Process Automation Systems. El estándar para el diseño de HMI. Define el ciclo de vida (guía de estilo → diseño → implementación → operación → mantenimiento), la jerarquía de pantallas (visión general → unidad → detalle → diagnóstico), la filosofía de color (color = estado, no decoración), las prioridades de alarma y la tipografía. Cumplirlo reduce la fatiga de alarmas y el error del operador. Guía completa de ISA-101.
ISA-5.1 /aɪ ɛs eɪ faɪv pɔɪnt wən/
ISA-5.1-2009 — Instrumentation Symbols and Identification. El estándar para las letras de tag y las burbujas de instrumento en los P&ID. Define: letras de función (P=presión, T=temperatura, F=caudal, L=nivel, A=analítica, Z=posición…), modificadores (I=indicador, C=controlador, T=transmisor, S=interruptor, V=válvula) y burbujas de montaje (círculo de campo, círculo con línea para DCS, hexágono para PLC, círculo con doble línea para compartido). Referencia completa de ISA-5.1.
ISA-5.5
ISA-5.5 — Graphic Symbols for Process Displays. El estándar para las formas de equipo (depósitos, columnas, bombas, intercambiadores de calor) en los P&ID y las pantallas de HMI. Complementa a ISA-5.1 (que cubre los tags de instrumentación) definiendo las formas del propio equipo de proceso. Se usa ampliamente junto con ASME Y32.11 (EE. UU.) y BS 1646 (Reino Unido) / DIN 28004 (Alemania).
ISA-18.2
ISA-18.2-2016 — Management of Alarm Systems for the Process Industries. Define el ciclo de vida de la alarma: identificación, racionalización, diseño, implementación, operación, monitorización, gestión del cambio, auditoría. Fija límites prescriptivos (máx. 1 alarma cada 10 minutos por operador) y distingue las alarmas molestas de las reales. Se referencia a menudo junto con ISA-101 en el diseño de HMI.
Prioridades de alarma P1-P4
La clasificación de 4 niveles que usan ISA-101 / ISA-18.2:
- P1 Crítica (rojo) — acción inmediata requerida (< 1 min); seguridad, medioambiente o daño grave a equipos en juego
- P2 Alta (naranja) — acción en minutos; pérdida de producción o riesgo para equipos secundarios
- P3 Media (amarillo) — acción en decenas de minutos; producto fuera de especificación, pérdida de eficiencia
- P4 Baja (azul) — fin de turno; diagnóstico o mantenimiento predictivo
Codificado de forma redundante con la forma (triángulo / rombo / hexágono / círculo) para que los operadores daltónicos puedan seguir distinguiéndolo. Los badges de alarma P1-P4 y los badges de estado de la biblioteca oficial de iconos siguen exactamente este esquema.
Avalancha de alarmas
Una ráfaga de más de 10 alarmas en 10 minutos por operador (umbral de ISA-18.2). Durante una avalancha de alarmas, el operador no puede leer, priorizar ni actuar: la conciencia situacional se derrumba. Causas habituales: disparos en cascada, falta de racionalización, alarmas usadas como estado. La solución es la racionalización (borrar, suprimir, subir el umbral) y reglas de aparcado (shelving), no una pantalla más grande.
BPCS · Sistema básico de control de proceso
Basic Process Control System (sistema básico de control de proceso). La capa DCS o PLC+SCADA que ejecuta el control continuo y discreto de la planta en condiciones normales: el «cerebro» del día a día. Se distingue del SIS por IEC 61511, que exige independencia física, lógica y administrativa entre ambos para que un fallo del BPCS no pueda anular la capa de seguridad.
HART
Highway Addressable Remote Transducer. Se superpone al lazo heredado de 4-20 mA: la señal analógica sigue llevando la variable primaria, mientras que una señal FSK de baja amplitud lleva los diagnósticos digitales, la configuración y las variables secundarias. La vía de actualización pragmática que permite a las plantas reutilizar el cableado existente: la mayoría de los transmisores modernos hablan HART, y HART-IP / WirelessHART lo extienden.
HMI tranquila
La filosofía de diseño de HMI de ISA-101 / High Performance HMI Handbook: la mayor parte de la pantalla es gris y blanca; el color saturado (rojo, naranja, amarillo, azul, verde) se reserva para condiciones anómalas y el estado del equipo. Lo opuesto a las HMI «árbol de Navidad» de los años 90, donde todo se coloreaba de forma decorativa. Las HMI tranquilas reducen la fatiga de alarmas en un margen medible. Lee la guía de la paleta de color tranquila.
Conciencia situacional
El modelo de 1995 de Mica Endsley: un operador solo es eficaz si puede percibir lo que está pasando, comprender lo que significa y proyectar lo que ocurrirá a continuación. ISA-101 mapea explícitamente cada regla de diseño a uno de estos tres niveles. Una buena HMI ayuda al operador a proyectar (no solo a reaccionar).
Tag (tag de instrumento)
El ID único de un instrumento o elemento final de control: FCV-104 = válvula de control de caudal, lazo 104. Formato XX[X]-NNN donde las letras describen la función (ver ISA-5.1) y los números identifican el lazo concreto. Los tags son sagrados: aparecen en el P&ID, la HMI, la lógica de control, los resúmenes de alarmas y las órdenes de trabajo de mantenimiento. Cambiar un tag es un ejercicio de Gestión de Cambios.
Símbolo de montaje (burbuja de instrumento)
La forma de la burbuja alrededor del tag te dice dónde vive el instrumento:
- Círculo simple = montado en campo (visible solo junto al equipo)
- Círculo con línea horizontal = montado en DCS (visible en la sala de control)
- Hexágono dentro de un círculo = montado en PLC
- Círculo con doble línea horizontal = visualización compartida / control compartido
Multi-state lamp
El objeto gráfico de HMI que mapea un único tag de PLC (normalmente UINT16) a una lista de imágenes o estilos. Se usa para renderizar la matriz de 9 estados por equipo motorizado (parado / arrancando / en marcha / sin feedback / manual / deshabilitado / +P1 / +P2 / fallo). En Weintek EasyBuilder Pro: objeto Multi-state Lamp; en WinCC: Multi Lamp; en FactoryTalk: Multi-state Indicator; en Ignition: vincula icon a una expresión. Los 9 estados de motor explicados. Construye tú mismo el bloque de 9 estados en el Symbol Builder, o parte de un símbolo de motor que otro ingeniero haya publicado en la biblioteca de la comunidad.
ESD
Emergency Shutdown (parada de emergencia): el sistema independiente que lleva una planta o unidad a un estado seguro cuando el control normal falla. Los disparos ESD saltan por encima de la HMI / DCS habituales y accionan directamente solenoides con clasificación de seguridad. Se dibuja en los P&ID con válvulas ESD en rojo intenso. Requerido por IEC 61511 / ISA-84 en procesos peligrosos.
SIS · Sistema instrumentado de seguridad
Safety Instrumented System (sistema instrumentado de seguridad). El conjunto de sensores, resolvedor lógico y elementos finales que implementan una Función Instrumentada de Seguridad (SIF) para llevar el proceso a un estado seguro. Opera de forma independiente del sistema básico de control de proceso (BPCS): distinto hardware, distinta alimentación, distinto cableado. Regido por IEC 61511 / ANSI ISA-84.
Bus de campo
Redes digitales que sustituyen el cableado analógico de 4-20 mA a nivel de campo: Profibus DP/PA, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus TCP, FOUNDATION Fieldbus, HART. Los buses de campo mueven múltiples variables por dispositivo (señal + estado + diagnóstico), reduciendo el coste de cableado y habilitando el mantenimiento predictivo.
OPC UA
OPC Unified Architecture: el estándar moderno de comunicación industrial de la OPC Foundation. Sustituye a OPC Classic (basado en DCOM). Independiente de la plataforma, seguro (TLS por defecto), admite especificaciones complementarias (PackML, MTConnect). La lengua franca para conectar PLC, HMI, MES, ERP y servicios cloud de IoT.
Modbus
El protocolo industrial más antiguo aún relevante (1979). Dos variantes: Modbus RTU (sobre serie RS-485) y Modbus TCP (sobre Ethernet). Simple, ubicuo, soportado por casi cualquier dispositivo. Los códigos de función 03 (leer registros holding) y 06 (escribir un registro) cubren el 90 % de los casos de uso.
RTU
Remote Terminal Unit (unidad terminal remota). Un controlador de campo reforzado que recoge datos de sensores y acciona equipos en un emplazamiento remoto, a menudo no atendido, y reporta a un maestro SCADA central por un enlace de área amplia (celular, radio, satélite, línea dedicada). Las RTU dominan la infraestructura geográficamente dispersa —redes de agua/saneamiento, oleoductos, subestaciones eléctricas— donde un armario PLC completo es excesivo. La línea entre RTU y PLC se ha difuminado; muchos dispositivos modernos hacen ambas cosas.
Profibus
Process Field Bus. Un bus de campo serie normalizado en IEC 61158, históricamente dominante en plantas basadas en Siemens. Dos perfiles: Profibus DP (Decentralized Peripherals) para E/S cíclica rápida sobre RS-485, y Profibus PA (Process Automation) para instrumentos en zonas peligrosas con cableado intrínsecamente seguro y alimentado por el bus. En gran medida superado por PROFINET en instalaciones nuevas, pero aún muy extendido en la base instalada.
PROFINET
El estándar de Ethernet industrial de PROFIBUS & PROFINET International (PI), el sucesor Ethernet de Profibus. Ejecuta TCP/IP estándar para la configuración junto con canales de tiempo real (RT) e isócrono en tiempo real (IRT) para E/S determinista de bajo jitter y control de movimiento. El bus de campo por defecto en los sistemas Siemens S7-1500 y una opción destacada para Ethernet a pie de planta.
EtherNet/IP
Ethernet industrial que transporta el Common Industrial Protocol (CIP) sobre Ethernet estándar y TCP/UDP: la «IP» significa Industrial Protocol, no Internet Protocol. Gestionado por ODVA y el bus de campo dominante en las plataformas Rockwell/Allen-Bradley ControlLogix y CompactLogix. Usa conexiones implícitas (E/S cíclica) y explícitas (mensajería bajo demanda).
FOUNDATION Fieldbus
Un bus de campo de proceso todo digital y bidireccional (ahora regido por el FieldComm Group, que también administra HART). Su capa H1 (31,25 kbit/s, alimentada por bus, intrínsecamente segura) conecta instrumentos en plantas de proceso continuo y puede distribuir la lógica de control en los propios dispositivos de campo (Control in the Field). Compite con Profibus PA en aplicaciones de refinería y química.
Pantalla del operador
El término del DCS para lo que en las arquitecturas PLC+SCADA se llama HMI. Mismo concepto, distinto vocabulario de fabricante.
Niveles de pantalla (Nivel 1-4)
La jerarquía de cuatro niveles de pantallas de HMI de ISA-101:
- Visión general — todo el emplazamiento o área de planta en una pantalla, solo KPIs
- Unidad / Área — una unidad de proceso; pantalla de trabajo rutinario del operador
- Detalle — un solo equipo con todos los lazos, enclavamientos y controles
- Diagnóstico / Mantenimiento — datos a nivel de instrumento, recorrido de válvulas
MCC
Motor Control Center (centro de control de motores): el armario que aloja contactores, relés de sobrecarga, arrancadores suaves, VFD y circuitos de control de los motores de la planta. Conectado al PLC para las órdenes de marcha/paro y la realimentación. El MCC es donde se origina la matriz de 9 estados del motor.
VFD / VSD
Variable Frequency Drive (EE. UU.) o Variable Speed Drive (Europa): convierte la energía de línea de frecuencia fija en frecuencia variable, permitiendo el control de la velocidad del motor. Ahorra energía (bombas, ventiladores según demanda) y reduce el desgaste mecánico. Marcas habituales: ABB ACS, Siemens Sinamics, Schneider Altivar, Yaskawa A1000, Rockwell PowerFlex.
Enclavamiento
Una lógica de seguridad que impide una orden (normalmente marcha de motor, apertura de válvula) a menos que se cumplan las precondiciones: p. ej., una bomba no puede arrancar salvo que la válvula de aspiración esté abierta. Se implementa en escalera de PLC; visible en la HMI como controles bloqueados o banners rojos. Se distingue de los disparos, que son reactivos.
Permisivo
La misma idea que el enclavamiento pero describiendo normalmente la condición positiva: «todos los permisivos cumplidos, marcha habilitada». Los operadores ven un panel de «Permisivos» en las pantallas de detalle.
Disparo (trip)
La parada reactiva de un equipo cuando salta una alarma o una condición de seguridad. El disparo de un motor le quita la alimentación al contactor de inmediato. Distinto del enclavamiento (que bloquea la orden de antemano).
Lazo de control PID
Proporcional-Integral-Derivativo — el algoritmo de realimentación caballo de batalla del control de procesos. Calcula continuamente el error entre la variable de proceso medida (PV) y la consigna (SP), y luego acciona una salida (CO) usando tres términos ajustados: proporcional (reacciona al error presente), integral (elimina el offset en régimen permanente) y derivativo (anticipa el cambio). La mayoría de los lazos funcionan solo con PI, reservando el derivativo para procesos lentos de temperatura. Los operadores ajustan y monitorizan cada lazo desde su faceplate.
Consigna
El valor objetivo que un operador o un programa de supervisión quiere que mantenga una variable controlada: p. ej., una consigna de nivel de depósito del 60 %, una consigna de temperatura de reactor de 180 °C. El lazo de control manipula su salida para llevar la variable de proceso medida hacia la consigna. En la HMI la consigna es el campo de entrada de un faceplate de lazo; en el control en cascada la salida de un lazo se convierte en la consigna de otro.
Banda muerta
Una banda alrededor de la consigna (o de un umbral de alarma) dentro de la cual no se produce ninguna acción de control ni cambio de estado. La banda muerta evita que actuadores y alarmas oscilen (chattering) ante pequeñas fluctuaciones o ruido del sensor: p. ej., una bomba configurada para arrancar al 80 % y parar al 20 % tiene una banda muerta del 60 %. En gestión de alarmas es lo que la variable debe retroceder por debajo de un punto de disparo antes de que la alarma se borre, evitando la reanunciación repetida.
Histéresis
La propiedad por la que un umbral de conmutación depende de la dirección del recorrido: el punto de activación difiere del de desactivación. Estrechamente relacionada con la banda muerta y usada a menudo de forma intercambiable en la práctica, la histéresis es lo que da a un termostato o interruptor de nivel sus dos puntos de disparo distintos para que no cicle rápidamente en torno a un único valor.
Control en cascada
Una estrategia de control donde la salida de un lazo externo (maestro/primario) fija la consigna de un lazo interno (esclavo/secundario), en lugar de accionar una válvula directamente. El lazo interno rápido rechaza las perturbaciones antes de que alcancen la variable externa lenta: por ejemplo, un lazo de temperatura de reactor en cascada sobre un lazo de caudal de camisa más rápido. En la HMI el operador puede poner el lazo interno en modo «cascada» (gobernado por el maestro) o romper la cascada a manual.
Faceplate
El panel emergente normalizado que un operador abre para interactuar con un solo objeto: un lazo de control, un motor o una válvula. Expone la variable de proceso, la consigna y la salida, los botones de modo auto/manual/cascada, el estado de alarma y el ajuste. Como cada lazo de un tipo dado usa un faceplate idéntico, los operadores desarrollan memoria muscular; definir los faceplates es un entregable central de la guía de estilo. El análogo de fabricante del multi-state lamp para el control interactivo.
Unidades de ingeniería
Las unidades del mundo real a las que se escala una señal cruda para mostrarla —bar, °C, m³/h, %— frente a las cuentas crudas que un PLC lee de la tarjeta de E/S (p. ej. 0-27648 para un canal analógico de Siemens, o 4-20 mA). Escalar las cuentas crudas a unidades de ingeniería (y definir el rango de EU, o span) es un paso de configuración básico para todo tag analógico; la HMI y las tendencias siempre presentan unidades de ingeniería al operador.
Lógica de escalera (ladder)
El lenguaje de programación de PLC más usado, uno de los cinco definidos por IEC 61131-3. Los programas se dibujan como rungs (peldaños) entre dos «raíles de alimentación» verticales, con contactos (entradas) y bobinas (salidas) que reproducen visualmente los esquemas de relés que sustituyó, lo que lo hace legible para electricistas y personal de mantenimiento. Ideal para la lógica booleana de enclavamiento y permisivo; menos adecuado para la matemática, que se resuelve con texto estructurado o bloques de función.
Watchdog
Un temporizador que debe reiniciarse («patearse») a intervalos regulares por software sano o por un interlocutor en comunicación; si el reinicio deja de llegar, el watchdog vence y fuerza una acción segura: reiniciar un controlador, o llevar las salidas a un estado a prueba de fallos. En SCADA/HMI, un watchdog de latido (heartbeat) detecta un enlace de PLC muerto y marca como obsoleto (stale) cada tag de ese dispositivo, en lugar de mostrar valores congelados y engañosamente «buenos».
Redundancia
Duplicar componentes críticos —controladores, fuentes de alimentación, rutas de red, servidores— para que un fallo único no detenga el proceso. Los esquemas habituales son el hot standby (un controlador de respaldo replica el estado y toma el relevo en un scan, usado en DCS y sistemas de seguridad) y los anillos de red redundantes. La redundancia aumenta la disponibilidad; es distinta de la independencia funcional que IEC 61511 exige entre el BPCS y el SIS.
Tendencia (historian)
La vista gráfica de uno o más tags a lo largo del tiempo. Alimentada por el historian (una base de datos de series temporales que almacena cada valor de tag con marca de tiempo). Crítica para el ajuste de lazos, el análisis de causa raíz y los informes de OEE. Ejemplos: AVEVA PI System (antes OSIsoft), Honeywell PHD, Wonderware Historian, InfluxDB.
OEE
Disponibilidad × Rendimiento × Calidad, expresado de 0 a 100 %. El KPI de fabricación más citado. La clase mundial ronda el 85 %; las plantas típicas, el 60-70 %. A menudo se muestra en las pantallas de Visión general de la HMI como un mosaico KPI.
Guía de estilo de HMI
El documento específico del proyecto que fija paleta, tipografías, biblioteca de símbolos, prioridades de alarma y convenciones de nombres antes de dibujar las pantallas. Entregable de la Fase 1 de ISA-101. Una buena guía de estilo es lo que hace que 50 pantallas parezcan un producto en lugar de 50 experimentos visuales distintos. Prueba el editor de estilo en vivo en la biblioteca oficial de iconos (paleta, tipografía, formato de tag) y dibuja los símbolos del proyecto con los mismos ajustes en el Symbol Builder.