LabVIEW pilote une maquette d’éolienne à distance avec des boîtiers d’acquisition de données USB

Author(s):
Paul Godard - Lycée Pierre-Gilles de Gennes

Industry:
Energy/Power, Education

Products:
LabVIEW, Portable DAQ, Multifunction DAQ

The Challenge:
Développer une solution permettant de commander à distance une maquette d’éolienne à des fins pédagogiques, avec la possibilité qu’une séquence d’apprentissage puisse être effectuée par un élève éloigné de l’éolienne. Dans ce cas, les élèves d’un lycée ne possédant pas la maquette pourraient malgré tout l’exploiter.

The Solution:
Utiliser des boîtiers d’acquisition USB pour relayer les commandes et les mesures existantes sur la maquette, en exploitant la convivialité de LabVIEW pour faciliter la prise en main de la maquette.

Le lycée Pierre-Gilles de Gennes est un lycée à taille humaine (environ 700 élèves) créé en 1986 à Digne-les-Bains (04). Il propose les filières électronique, électrotechnique et sciences de l’ingénieur, un BTS domotique, un BTS métier de l’eau ainsi que les licences pro correspondantes.

Le lycée s’est doté en 2004 d’une maquette d’éolienne, développée par la société ASTRIANE, qui est constituée :

• d’un ventilateur - Commande de la vitesse du vent – tension 0-10 V
• d’une éolienne - Commande de l’orientation des pales – tension ±12 V. Mesure de l’angle des pales – tension 0-5 V
• d’une génératrice - Mesure de la tension génératrice – tension 0-40 V - Mesure du courant fourni par la génératrice – courant ±3 A
• d’une charge résistive pour la génératrice – de 2 ohms à l’infini
• d’une charge sur batterie pour la génératrice – commande par relais
• d’un anémomètre - Mesure de la vitesse du vent – tension 0-1,65 V.

Cette maquette permet à l’élève de connaître les paramètres permettant d’exploiter correctement une éolienne. Notamment l’optimisation du rendement (la puissance électrique restituée par rapport à la puissance du vent) en fonction de l’orientation des pales, de la tension de sortie voulue et de la charge de la génératrice (à vide, charge résistive ou batterie).

Une utilisation locale mais aussi à distance

Destinée plus particulièrement aux élèves de la filière S, option Sciences de l’ingénieur, la maquette est conçue avant tout pour une utilisation locale (potentiomètre, commutateur, rhéostat, afficheur, etc.).

Compte tenu du prix de cette maquette, on a souhaité partager ce système avec d’autres sections et regarder l’intérêt pour un élève d’une séquence d’apprentissage sur un support distant. J’ai donc développé une solution permettant d’exploiter tous les paramètres à distance.

Deux solutions techniques étaient envisagées. La première consistait à gérer les commandes et mesures par un Automate Programmable Industriel (API), associé à un coupleur Web. La seconde solution consistait à gérer les commandes et mesures à partir de matériels d’acquisition pilotés par l’ordinateur à l’aide de LabVIEW.

Les deux solutions sont valables. Toutes deux cohabitent dans l’industrie et sont de plus en plus en concurrence du fait de l’élargissement de leurs possibilités. La solution à base d’API existait dans le lycée pour d’autres supports et n’apportait rien de plus pour le lycée. Elle présente l’intérêt d’une fiabilité avérée, non liée au fonctionnement d’un PC et ses sempiternels messages d’erreurs. Mais j’ai opté pour la deuxième solution ; avec le logiciel LabVIEW et les boîtiers d’acquisition USB-6009 de National Instruments, l’interface utilisateur est plus facilement personnalisable.

En plus de la programmation graphique des entrées/sorties sur LabVIEW, il a fallu développer quelques cartes électroniques servant d’adaptation de niveau en sortie, d’adaptation de puissance pour le moteur d’orientation des pales ou de commande de charge par l’intermédiaire de relais et de résistances de puissance (huit résistances pondérées commandées par un octet via huit relais).

Pour la gestion à distance de l’éolienne, j’ai supprimé l’affichage du graphe des puissances. Sa mise à jour est visiblement trop lourde pour une transmission par Internet. J’obtiens un fonctionnement relativement fluide avec une connexion ADSL de 512 kb/s.

Sur le poste distant, il n’est pas nécessaire de posséder LabVIEW. En effet, l'installation d'un module (LVruntimeeng.exe) suffit pour pouvoir commander l'éolienne à distance. Par contre, suivant la « box » que l’on utilise, ou suivant la configuration du proxy pour une entreprise, la publication Web fonctionne ou pas. Peu de responsables réseau apprécient de modifier une configuration du proxy qui fonctionne. Pour moi, les meilleurs serveurs Web sont ceux qui n’utilisent aucun plug-in sur le client.

Une caméra IP pour observer le comportement de l’éolienne

Pour avoir une meilleure perception du comportement de l’éolienne, on transmet une image vidéo de celle-ci. Ceci est réalisé avec une caméra IP intégrant un serveur Web. L’affichage de l’ensemble se fait en définissant trois cadres sur la page Web : le premier pour la présentation, le deuxième pour la vidéo et le troisième pour la face-avant.

La solution technique consistant à commander l’éolienne à distance fonctionne de façon satisfaisante, même si on est tenu de simplifier la face-avant à transmettre.

La télégestion de l’éolienne se rapproche d’un système supervisé ; elle n’est intéressante que si l’on a une bonne connaissance du système distant. Ce qui est difficilement compatible avec la découverte de ce système. Tout doit être fait pour mettre en situation le système : le présenter auparavant, utiliser une caméra visualisant son fonctionnement, restituer le son, etc.

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Paul Godard
Lycée Pierre-Gilles de Gennes
Route de Marseille
Digne-les-Bains 04000
France
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