Distributed Monitoring and Control with the NI 9148 EthernetRIO Chassis - Webcasts and Videos - Developer Zone - National Instruments - National Instruments

Distributed Monitoring and Control with the NI 9148 EthernetRIO Chassis - Webcasts and Videos - Developer Zone - National Instruments - National Instruments

Read More ->>

Creating HMI Pages for LabVIEW Touch Panel Module

 

0 Ratings | 0.00 out of 5

Print | PDF

Overview

Human Machine Interface (HMI) applications are commonly organized into a set of different pages as a way for operators to switch between different views of configuring and monitoring the machinery. This document describes how to create a HMI page using the LabVIEW Touch Panel Module.

Table of Contents

1. Background
2. Implementation
3. References
4. Where to Go From Here

Background

As described in the An HMI Architecture for LabVIEW Touch Panel Module document, a Human Machine Interface (HMI) provides a graphical user interface (GUI) through which an operator can monitor and control the operation of a machine and its multiple processes or sub-processes.  The HMI application is commonly organized into a set of different pages as a way for operators to switch between different views of configuring and monitoring the machinery.  A single page represent a specific process or sub-process in the machine or user operation.  Each page is implemented as a separate program that contains the user interface (UI) elements needed to control or monitor that specific process. 
This document is intended for programmers who want to learn more about building UI pages using the LabVIEW Touch Panel Module.

Implementation

The building of a HMI page can be broken up into the four high level sections of building the user interface, block diagram architecture, updating the user interface, and application level integration.  For most of these sections, reference libraries and reference designs have been created as tools for decreasing development time and for implementing best practices.

Building the User Interface

When implementing a HMI Page, we need to create a new page, customize page appearance, and add all the needed user interface elements.

Creating a New Page

The first thing to do when building an HMI page is to simply create a new LabVIEW VI.  When using the LabVIEW Touch Panel module, the best way to do this is:

• Create a LabVIEW Project and add your touch panel type as a new target
• Right click on the HMI device and select New Touch Panel VI.

This will create a VI that has settings specific to your touch panel.  Specifically, the VI window size and orientation will match your touch panel and help ensure your page fits on your HMI screen.
Another option for creating a page is to make copies of the HMI_Page VI that is installed with HMI Navigation Engine (HNE) reference library.  This VI is meant to be a 12" landscape touch panel page template and has the block diagram architecture and application level integration already added (both discussed below).  The developer than just needs to customize the page VI to meet their specific needs.  This HMI_Page VI is on the User Libraries»HNE»Templates palette.
Whatever method you chose, make sure all the pages created have a consistent look and feel.  Things like window size, front panel color, etc. should be the consistent.

Customizing Page Appearance

Each page must be setup to display its front panel to the operator when executed and close its front panel after it finishes execution.  VIs have two properties that provide this functionality named Show front panel when called and Close afterwards if originally closed respectively.  Make sure these properties are selected for each page.  For more information on setting these properties, please refer to the How Can I Control Whether or Not The Front Panel of a SubVI Pops Up When Called in LabVIEW? document.

Window Appearance and Window Run-Time Position are two VI Properties that should also be considered when displaying your VI's front panel.  In general, the Window Run-Time Position should be Centered.  The settings for Window Appearance depend on your program's requirements.  As stated above, make sure each page adheres to the same standard.  For more information on the Window Appearance and Window Run-Time Position VI Properties, please refer to the LabVIEW Help.

Adding User Interface Elements

Next, select the user interface elements that will be used by the operator to interact with the functions controlled by the page.  The most common elements include:
- Navigation Buttons
- Control Buttons
- Alarm Displays
- Images
- Constant Free Text Labels
- Text Indicators
- Data Entry Objects (i.e. keypads)
Figure 1 shows a example page containing a typical set of UI elements.

Figure 1. HMI Page- LabVIEW VI’s Front Panel

Note that just like with page creation, a good UI design follows a stand convention to which all pages adhere.  In this example, red boolean buttons represent commands that when pressed, cause a control parameter or state change in the machine controller.  The blue buttons are navigation buttons that cause the HMI to navigate to a different page.

Block Diagram Architecture

Each HMI page needs to react quickly to any user actions or inputs.  The responsiveness of the HMI depends on the operation of the block diagram so using the correct architecture is important.  The Asynchronous Message Communication (AMC) reference library provides a template for handling UI events that is ideal for the block diagram architecture of a HMI page.  The AMC template is an event-based producer consumer design pattern.  When an event occurs in the producer loop due to user interaction, an message is queued to the consumer loop, which is programmed to handle that message.  Figure 2 shows an example block diagram using the AMC architecture.

[+] Enlarge Image
[+] Enlarge Image
Figure 2. AMC Block Diagram Architecture 

If the HMI_Page VI was copied to create a new page, this AMC architecture will already be in place.  If not, navigate to the User Libraries»AMC»Templates palette and select the AMC QMH Windows CE Template VI.  Place this code on the page's block diagram and remove any old structures that this will be replacing.  Once this is done, the building of the page's functionality can start.  The programmer first links UI objects to the event structure so that when an operator makes changes on the front panel, the event structure captures those changes.  Next, the programmer uses a queue to send a message from the event structure to the consumer loop.  The programmer then creates or modifies cases in the consumer loop to handle the queued message.
Figure 2 can be used as a simple example.  The code has been programmed such that when the operator selects Process 1, a random number is generated and queued to the consumer loop as message name Process Data 1.  The consumer loop has a case defined for the message Process Data 1 that simply reads, converts and displays the data sent.
Please refer to Asynchronous Message Communication (AMC) Reference Library for more information on the AMC.  Please refer to Application Design Patterns: Producer/Consumer for more information on producer consumer loops.  Please refer to Event Structures (Basics) and its Additional Notes for more information on events.

Updating the User Interface

Previously, the Touch Panel HMI Page Development (TPD) reference library was used to update the user interface.  This library has been deprecated and replaced with the better practices discussed below.

Updating Controls and Indicators

In machine control systems, the HMI application is meant to configure and monitor the machinery.  To do this, the HMI must have the latest data from the machine controller.  The Current Value Table (CVT) reference library is used to create a central data location locally on the HMI.  This same reference library is used to create another central data location locally on the machine controller that is both separate and different from the HMI's data location.  The CVT Client Communication (CCC) reference library is used to share the latest data values between these two data locations via an ethernet connection such that the HMI has the latest data from the machine controller and visa versa.  Because the latest machine data is now in the HMI's central data location, the API installed by the CVT reference library can be used to access this data anywhere on the HMI.  As each data value is associated with a tag name, accessing the data is as simple as wiring the desired tag name to the correct CVT API VI.  To update the front panel with this information, just wire the output of the CVT API VI to an indicator.  Also remember that data flow still applies.  If you would like this indicator to frequently update with the latest data values, place this code snippet into a while loop.  The consumer loop of the AMC architecture (discussed above) has an Idle state which executes if no events have occurred within a specified time.  Figure 3 shows an example of how to use this state to update your indicators within recommended AMC architecture.

[+] Enlarge Image
[+] Enlarge Image
Figure 3. Example Page Using CVT Tags to Update Indicators

The same is true in reverse.  If a CVT tag on the HMI is setup to transfer its data through the CCC to the machine controller, all we need to do is write the front panel control to that CVT tag.  Figure 4 below shows an example of how to do this within the recommended AMC architecture.

[+] Enlarge Image
[+] Enlarge Image

Figure 4. Example Page Updating CVT Tags with Controls 

Please refer to the document Current Value Table (CVT) Reference Library for more information on the CVT.  Please refer to the document CVT Client Communication (CCC) Reference Library for more information on the CCC.

Displaying Alarms

HMI applications commonly require a mechanism for monitoring, logging and displaying active and historical alarms and the Touch Panel Alarm Engine (TAE) reference library was created for this purpose.  While the monitoring and logging pieces of the TAE should reside in a different section of your program, the displaying of alarms should occur in the HMI pages.  The TAE installs a palette to User Libraries»TAE named Display Alarms.  This palette has an API for accessing, formatting and displaying the 40 latest active and historical alarms.  Each of these VIs accepts a reference to a string control and updates that string control with the latest active and historical alarms whenever it is called.  Typically, this code resides in the Idle case of the consumer loop in the AMC architecture.  Please refer to the document Touch Panel Alarm Engine (TAE) Reference Library for more information on the TAE.

Page Localization

Localization of the HMI application is often required for machine control systems that are to be distributed on a global scale or to a multilingual environment.  One option to meet this requirement is to have a different HMI with a localized OS for each language (i.e. Windows XP Embedded German Edition) but this can be very cumbersome to maintain.  A better option is to build localization into your HMI application.  The Localization Configuration Editor (LCE) and reference library were created for this purpose.  The Localization Configuration Editor is used to create a configuration file that contains all the language values for the different User Interface elements to be localized.  The LCE reference library is then used to load this file into the HMI application and to update the User Interface elements with the appropriate localized language values.  The block diagram below shows an example of how to integrate localization into a HMI page with the AMC architecture.

[+] Enlarge Image
[+] Enlarge Image

Figure 5. Example Page Using the Localization API

Please refer to the document Reference Example for Localization Configuration Editor for LabVIEW for more information on the LCE.

Application Level Integration

While pages help simplify the organization and creation of individual process-specific programs, it does create an additional concern which is how to integrate these pages into our application such that they are well organized and easy to navigate.  The HMI Navigation Engine (HNE) reference library provides a design pattern and API to handle this problem.

The HNE navigation loop is implemented as a case structure enclosed in a while loop.  Each case of the case structure contains a page VI.  The case selector is wired to the HNE Page Manager (Next) VI, which is used to provide the name of the next page to display.  When this loop executes, it loads a page, waits until that page finishes execution, iterates, loads the next page and again waits for that new page to finish executing.  The HNE component installs a VI named HMI_NavigationEngine to the User Libraries»HNE»Templates palette that contains this basic structure.  This VI can be copied and renamed for use in your application.  To modify this VI, create new cases with each case being named for a specific page.  Then, add each HMI page to its relating case.

The next step is use the HNE API in the pages to inform the navigation loop which page it is to loaded next.  To do this, first add buttons to the page's UI that will be used by the operator to navigate to other pages.  When any of these buttons are pressed, the page should be programmed to execute the HNE Page Manager (Set).  The name of the page relating to the button pressed should be wired to the Next Page input.  This will inform the navigation loop which page to open next.  Last, the page should be programmed to exit.  Figure 6 shows an example of how to do this using the AMC architecture.

[+] Enlarge Image
[+] Enlarge Image

Figure 6. Example Page Using the HNE API

The HNE also includes a VI named HNE Page Manager (Back) VI that can be used to navigate back through the page history.  This VI is added to each page in the same way as described above.

By using the navigation loop and HNE API, we have both integrated pages into our application in a simple and organized way and architected a way to easily navigate between pages.  Please refer to the document HMI Navigation Engine (HNE) Reference Library for more information on the HNE.

References

KnowledgeBase 3E08SANQ: How Can I Control Whether or Not The Front Panel of a SubVI Pops Up When Called in LabVIEW?
Developer Zone Tutorial: Application Design Patterns: Producer/Consumer
Developer Zone Community: Event Structures (Basics)

Where to Go From Here

The following is a map of other documents that describe the machine control reference architecture.  You can click on the image to navigate directly to each document.

[Your user agent does not support frames or is currently configured not to display frames. However, you may visit <a href="ftp://ftp.ni.com/pub/devzone/tut/mca_navigation1.html">the related document.</a>]

0 Ratings | 0.00 out of 5

Print | PDF

Reader Comments | Submit a comment »

 

Legal
This tutorial (this "tutorial") was developed by National Instruments ("NI"). Although technical support of this tutorial may be made available by National Instruments, the content in this tutorial may not be completely tested and verified, and NI does not guarantee its quality in any way or that NI will continue to support this content with each new revision of related products and drivers. THIS TUTORIAL IS PROVIDED "AS IS" WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND AND SUBJECT TO CERTAIN RESTRICTIONS AS MORE SPECIFICALLY SET FORTH IN NI.COM'S TERMS OF USE (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ ).

 

Read More ->>

Transducer Tekanan Relatif dan Aplikasinya pada VSD untuk Motor Pompa

Posted on July 4, 2011 by feriefalsoi

Pengaturan tekanan pada tangki air yang bersirkulasi secara terus-menerus dapat dilakukan dengan pengaturan pipa buang seperti terlihat pada Gambar 1.
Motor pada pompa dioperasikan secara penuh sesuai dengan kapasitasnya sementara tekanan air pada tangki dapat diatur dengan membuang sebagian air yang akan masuk ke tangki sirkulasi. Hal ini berakibat adanya air yang dibuang secara sengaja untuk menjaga tekanan air yang kita inginkan. Dalam perspektif penggunaan motor pompa sebagai sumber tenaga yang melakukan proses sirkulasi tersebut, maka pembuangan air kembali ke bak utama merupakan suatu pemborosan listrik.
Kelemahan lainnya dari sistem ini adalah dibutuhkannya operator yang harus selalu sigap untuk mengatur keran pembuangan ketika terjadi perubahan tekanan pada tangki akibat pembukaan atau penutupan keran-keran air pada kamar-kamar tamu hotel. Penjagaan tekanan air yang kurang akurat karena penggunaan tenaga manusia dalam pengaturan pipa buang secara manual dapat mengakibatkan tekanan air pada masing-masing kamar akan berubah-ubah tergantung berapa banyak keran air yang dibuka. Hal ini tentunya tidak diharapkan oleh pengurus hotel demi kepuasan tamunya.



Hal diatas dapat diatasi dengan penggunaan sensor tekanan aktif pada tangki sirkulasi. Yaitu sensor tekanan yang akan mengirimkan statusnya ke tenaga penggerak utama (yang dalam hal ini adalah motor pompa) sehingga motor pompa hanya bekerja sesuai dengan kebutuhan. Ketika tekanan dalam tangki sirkulasi melebihi batas nilai yang diinginkan, maka motor pompa dapat bekerja pada kecepatan dan atau tegangan yang lebih kecil dan sebaliknya ketika tekanan dalam tangki sirkulasi lebih kecil dari nilai yang diinginkan, maka motor harus dioperasikan dengan kecepatan dan atau tegangan yang lebih besar. Dengan pengaturan motor ini, penggunaan listrik akan jauh lebih hemat karena motor hanya dioperasikan sesuai kebutuhannya saja.
Dalam aplikasinya, pengaturan kecepatan dan tegangan kerja motor pompa tidak bisa dilakukan secara langsung tanpa bantuan perangkat luar. Salah satu pengaturan motor pompa adalah dengan menggunakan VSD (Variable Speed Drive) atau juga disebut sebagai VVVF (Variable Voltage Variable Frequancy). VSD merupakan perangkat elektronika daya yang akan mengkonversikan tegangan serta frekuensi kerja pada sumber energi listrik menjadi tegangan serta frekuensi kerja sesuai dengan kebutuhan. Dengan menggunakan VSD yang terinterkoneksi dengan sensor tekanan, maka pengaturan tekanan tangki sirkulasi dapat dilakukan secara otomatis sehingga operator tidak harus selalu siaga di tempat. Selain itu, tekanan yang diatur secara otomatis dapat bereaksi secara cepat terhadap perubahan yang terjadi akibat pembukaan atau penutupan keran-keran air pada kamar-kamar tamu, sehingga tekanan air pada keran-keran dapat dijaga konstan setiap saatnya berapapun keran yang dibuka. Skema penggunaan VSD dan sensor tekanan untuk aplikasi sirkulasi air dapat dilihat pada Gambar 2.



A. Sensor Tekanan
Sensor/transducer tekanan pada umumnya menggunakan strain gauge sebagai sensornya. Strain gauge dapat mengubah sinyal tekanan menjadi sinyal listrik. Pada kenyataannya, perubahan tekanan ini akan membuat strain gauge memberikan nilai resistansi yang berbeda ketika terjadi perubahan luas penampangnya. Selanjutnya, hambatan yang berubah-ubah ini dapat kita konversikan menjadi bentuk tegangan atau arus yang berubah-ubah dengan menggunakan tambahan rangkaian.
Umumnya, pada keadaan normal/setimbang, nilai resistansi strain gauge sebesar 120 ohm. Perubahan yang terjadi hanya mencapai + 3 ohm. Untuk mendeteksi perubahan ini, dapat digunakan jembatan Wheatstone seperti terlihat pada Gambar 5 dibawah. Penambahan rangkaian penguat dengan menggunakan Op Amp dan atau Instrumentation Amplifier juga dapat digunakan untuk memperbaiki kinerja sensor ini sehingga memungkinkan untuk memperoleh gain yang besar.





Dengan memberikan nilai resistansi tertentu pada R₃ dan R₁ = R₂ pada gambar diatas, maka dapat diperoleh tegangan V = 0 yang merepresentasikan strain gauge dalam keadaan normal/setimbang. Bila terjadi perubahan nilai resistansi pada strain gauge, maka jembatan Wheatstone tidak lagi seimbang sehingga tegangan V tidak lagi sama dengan 0. Nilai tegangan V ini masih dalam skala mV yang mengakibatkan tegangan ini terlalu kecil untuk diproses kemudian sesuai kebutuhan. Oleh karena itu, dibutuhkan rangkaian penguat.
Salah satu sensor tekanan untuk pengukuran tekanan relatif pada air maupun gas adalah JUMO MIDAS dengan berbagai tipenya. Penulis menggunakan sensor ini pada aplikasi pengaturan VSD untuk motor pompa di hotel Bumi Sawungggaling ITB Bandung. Sensor yang digunakan menggunakan strain gauge dengan film yang tebal serta menggunakan keramik aluminium-oxide (Al₂O₃) sebagai material dasarnya. Tipe sensor yang digunakan adalah 401001/000-458-405-XXX-20-XXX-61/000 yang menggunakan arus 4 – 20 mA sebagai keluarannya dengan maksimum tekanan adalah 6 bar. Bentuk sensor yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 6. Keluaran arus adalah linier terhadap tekanan yang diberikan, sehingga pada tekanan maksimum sebesar 6 bar, arus yang dihasilkan adalah sebesar 20 mA.

Untuk menggunakan sensor dengan tipe keluaran arus 4 – 20 mA, maka interkoneksinya adalah secara 2 kawat seperti terlihat pada Gambar 7 dan Gambar 8 dan juga dapat secara 3 kawat seperti terlihat pada Gambar 9 dan Gambar 10.





B. Variable Speed Drive
Pada dasarnya, sebuah VSD merupakan perangkat inverter (konverter DC-AC) yang dapat mengatur tegangan keluaran serta frekuensi kerjanya. Umumnya input tegangannya berupa tegangan AC, sehingga dibutuhkan komponen penyearah sehingga dihasilkan tegangan DC sebelum dikonversikan menjadi tegangan AC kembali pada keluarannya. Skema sebuah VSD satu fasa dapat dilihat pada Gambar 11.

Penulis menggunakan sebuah VSD keluaran Toshiba, yaitu TOSVERT^TM VS-S11 yang bekerja pada tiga fasa dengan daya hingga 5.5 kW. Pengaturan frekuensi dan tegangan kerja dapat dilakukan secara manual maupun otomatis. Pengaturan secara manual dilakukan dengan proses trimming knop yang tersedia pada VSD-nya, sementara pengaturan secara otomatis dapat dilakukan dengan memberikan input tegangan 0 – 10 V atau arus 4 – 20 mA. Dalam aplikasi pada pengaturan motor pompa di Bumi Sawunggaling penulis menggunakan pengaturan otomatis dengan input tegangan berupa 0 – 10 V. VSD yang digunakan ini dapat diatur frekuensi serta tegangan kerja maksimum yang akan digunakan. Hubungan antara tegangan control terhadap frekuensi dan tegangan kerjanya adalah linier.
(Detail mengenai prinsip kerja sebuah inverter dan penyearah tidak disertakan dalam tulisan ini)



C. Konverter Sinyal Kontrol
Perlu diperhatikan bahwa dalam sistem yang digunakan pada Gambar 2 diatas dibutuhkan penambahan daya motor ketika tekanan lebih kecil dari nilai setimbangnya dan sebaliknya dibutuhkan pengurangan daya motor ketika tekanan lebih besar dari nilai setimbangnya. Oleh karena itu dibutuhkan konverter sinyal dari sensor tekanan menjadi sinyal input pada VSD. Ketika tekanan naik, maka arus keluaran dari sensor akan menjadi lebih besar, sementara motor haruslah bekerja pada daya yang lebih rendah untuk mengurangi tekanan tersebut, oleh karena itu, konverter sinyal akan mengubah logika arus besar menjadi tegangan kecil dan arus kecil menjadi tegangan besar, dengan batas arus keluaran sensor antara 4 – 20 mA dan batas tegangan untuk input VSD antara 0 – 10 V. Logika yang sama juga berlaku ketika tekanan berkurang.
Grafik arus keluaran sensor tekanan terhadap tegangan control VSD setelah menggunakan konverter sinyal dapat dilihat pada Gambar 13. Grafik dari konverter sinyal yang dibutuhkan adalah sesuai dengan keinginan kita, sehingga pengaturan tekanan kondisi setimbang dapat kita ubah sewaktu-waktu. Hal ini dapat dilakukan dengan melakukan pengaturan pada konverter sinyal sehingga grafiknya dapat kita ubah-ubah seperti terlihat pada gambar dimana garis grafik putus-putus menggambarkan kondisi pengaturan yang berbeda-beda.


D. Kesimpulan
Dengan menggunakan sistem kendali tertutup, kita dapat mengatur tekanan dalam tangki sirkulasi tetap. Ketika penggunaan keran-keran sangat sedikit, motor dapat bekerja dengan daya yang lebih rendah, sementara ketika banyak keran yang dibuka oleh tamu hotel, maka motor akan bekerja dengan daya yang lebih besar. Dengan menggunakan sistem ini, kita dapat melakukan penghematan listrik karena daya yang digunakan adalah benar-benar sesuai kebutuhan.
Dari data logger pada sistem motor pompa tercatat bahwa sebelum menggunakan sensor tekanan dan VSD, daya yang digunakan memiliki rata-rata 3.5 kW, sementara setelah menggunakan sistem tertutup dengan sensor tekanan dan VSD tercatat bahwa daya rata-rata yang digunakan adalah 700 W. Kita lihat bahwa kita dapat melakukan penghematan sebesar kurang lebih 80%.

Read More ->>