LabVIEW Real-Time au cœur d’un système d’acquisition de données et de contrôle temps réel, distribué et en réseau
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Author(s):
Randy Schmidt - NexGen Automation Experts
Industry:
ATE/Instrumentation, Water/Wastewater, Research
Products:
Data Acquisition, LabVIEW, Real-Time, Industrial Communications
The Challenge:
Développer un système d’acquisition de données et de contrôle temps réel distribué, capable d’intégrer des centaines de capteurs et d’actionneurs avec des capacités d’accès au système sécurisé, d’enregistrement de données configurable, d’extraction des données et d’affichage.
The Solution:
Utiliser du matériel standard de National Instruments, dont des contrôleurs temps réel et des modules d’E/S PXI, avec NI LabVIEW, le module LabVIEW Real-Time et le module LabVIEW DSC (Datalogging and Supervisory Control), pour mettre en oeuvre une solution de contrôle temps réel, configurable par l’utilisateur et complètement intégrée.
"En utilisant du matériel standard de National Instruments avec de puissants outils logiciels, nous avons été en mesure de mettre en œuvre, pour notre client, une solution de contrôle temps réel, intégrée et configurée par l’utilisateur."
Chez NexGen Automation Experts, nous proposons des systèmes de test, de mesure et de contrôle innovants, capables d’accroître l’efficacité de nos clients et d’améliorer la qualité de leurs produits et services.
À ce propos, l’un de nos clients, Wyle Laboratories, avait besoin d’un fonctionnement distribué en réseau en plus de fonctionnalités de configuration modulaire et de contrôle temps réel pour un caisson de vide thermique. Nous avons été en mesure de satisfaire tous les besoins du système de Wyle grâce aux technologies modulaires et économiques de National Instruments.
Mise en œuvre du système
Nous avons créé un système de contrôle et d’acquisition de données pour le caisson, permettant de collecter et d’afficher jusqu’à 256 voies de données temps réel, en provenance de thermocouples et de manomètres à vide, mais aussi de contrôler et de commander jusqu’à 192 E/S numériques pour gérer des compresseurs, des vannes et des pompes. Nous avons élaboré le système pour qu’il communique avec des contrôleurs tiers comme le contrôleur de température Omega CYD218 et toute une variété de systèmes de contrôle d’azote liquide (LN2). La logique de contrôle est une machine d’état indépendante qui assure le contrôle du caisson et de la sécurité de l’unité sous test. La logique de contrôle repose sur l’utilisation des états de la vanne de contrôle, du moteur et de la pompe ainsi que des pressions et des températures.
Le système de régulation PID contrôle et affiche simultanément 64 boucles de régulation de températures alimentées par les sorties analogiques et 12 boucles de contrôle de température de l’azote liquide contrôlées de façon numérique. L’utilisateur peut effectuer des changements en temps réel sur les points de consigne et les paramètres de contrôle avec ce système, ce qui permet aussi de contrôler 100 thermocouples supplémentaires rattachés à l’unité sous test.
Les applications hôtes et temps réel reposent sur l’architecture de la machine d’état. Grâce à cette architecture, l’utilisateur peut facilement modifier la logique du programme principal en ajoutant de nouvelles fonctionnalités logicielles ou en apportant des changements au matériel. L’objectif de la conception était de décomposer une application événementielle et complexe en un ensemble d’états connectés par des files d’attente. Cette conception sépare la répartition des événements et des threads de la logique de l’application. La division des services en un ensemble d’états permet aussi d’obtenir une vraie modularité et la réutilisation du code.
Parmi les tâches pour lesquelles les utilisateurs peuvent mettre en œuvre cette application, citons :
• Boucle DAQ : pour acquérir et mettre à l’échelle des données analogiques et numériques
• Boucle de communication : pour transmettre l’état du système et les données acquises au PC hôte
• Commande entrante : pour recevoir et décomposer les commandes reçues du PC hôte
• Boucle de contrôle : pour effectuer un contrôle/commande temps réel
• Variables fonctionnelles LabVIEW : pour le stockage des données globales des applications temps réel.
Nous avons lancé les applications hôtes sur des PC en réseau sous Windows XP en utilisant LabVIEW avec le module LabVIEW DSC. Nous avons mis en oeuvre un réseau redondant en utilisant des commutateurs, des routeurs et du câblage multiroutage ; nous avons aussi utilisé le protocole UDP/IP pour diffuser des messages à tous les ordinateurs reliés au réseau.
En profitant de ses caractéristiques de sécurité intégrées, nous avons utilisé le module LabVIEW DSC afin de gérer les accès utilisateurs pour toutes les applications sur le réseau. Nous avons aussi utilisé le moteur de tags pour faciliter et accélérer le stockage ainsi que l’affichage de données acquises par le contrôleur temps réel.
Grâce aux serveurs de VIs, les applications hôtes accèdent aux applications autonomes pour permettre à l’utilisateur de visualiser les états du système et les données sur plusieurs écrans.
Nous avons construit, avec LabVIEW, plusieurs consoles-opérateurs, basées sur des PC sous Windows XP, qui peuvent être déployées n’importe où sur le réseau local. Les utilisateurs d’Internet et d’intranet ont accès aux données du système en lançant des applications LabVIEW qui se connectent au serveur DataSocket ; lequel publie les données pour une visualisation à distance.
Un accès intuitif et hiérarchique
En utilisant l’application LabVIEW, le système peut construire des ensembles de configuration résidant sur disque avec un accès intuitif et hiérarchique au matériel système. Les changements de configuration se chargent dynamiquement sur les contrôleurs PXI et deviennent immédiatement effectifs.
Le code temps réel des modules PXI assure un contrôle déterministe du système. Il fournit aussi les données de mesure à l’application d’acquisition installée sur la machine serveur. Le serveur collecte des données depuis les périphériques série et met à jour les faces-avant avant d’enregistrer les données sur la base de données Citadel. La gestion d’alarmes, la zone morte pour l’enregistrement et la définition de valeurs de données calculées sont quelques-unes des fonctionnalités disponibles via la partie acquisition de données et l’enregistrement du système. Via les VIs LabVIEW, l’utilisateur peut profiter de l’extraction de données configurable, de la visualisation sur des graphes de tendances historiques et temps réel, ainsi que de l’affichage de données tabulaires.
Le système fonctionne dans des modules distribués en réseau, protégés par mots de passe pour un accès hiérarchique aux installations de test individuelles et aux diverses opérations de contrôle et de visualisation de données.
En utilisant du matériel standard de National Instruments avec de puissants outils logiciels, nous avons été en mesure de mettre en œuvre, pour notre client, une solution de contrôle temps réel, intégrée et configurée par l’utilisateur.
Juin 2006
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