Centrale d’acquisition de données embarquée dans une rame de métro

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"La plate-forme NI CompactRIO a été choisie pour sa facilité d’intégration, sa robustesse, sa capacité à gérer un grand nombre de voies, et son faible encombrement… tout cela pour un coût raisonnable. "

- Rodéric L’EXACT, ARCALE

The Challenge:
Concevoir une centrale d’acquisition autonome, communiquant sans fil, embarquée dans une rame de la RATP pour surveiller un système de refroidissement innovant en cours de développement par Alstom.

The Solution:
Utiliser NI LabVIEW et le matériel CompactRIO pour construire une centrale totalement personnalisée, capable d’intégrer de nombreuses voies dans peu d’espace et de supporter des conditions difficiles.

Author(s):
Rodéric L’EXACT - ARCALE

ALSTOM développe un système de refroidissement d’électronique de puissance innovant, qui se distingue par un encombrement réduit.

Pour valider un système de refroidissement

Ce projet étant au stade de R&D, l’équipe d’ALSTOM souhaitait faire l’acquisition et la transmission des données du système en temps réel et en conditions d’exploitation. Le système de refroidissement est supervisé par un automate dont le fonctionnement doit aussi être surveillé.

Embarqué sous un train d’une rame de métro de Paris, le système d’acquisition de données doit transmettre des données sans fil, dans un environnement ou les occultations de réseau sont fréquentes.

Le système doit faire l’acquisition de signaux issus de 20 voies analogiques +/ -10 V et de 23 thermocouples, recevoir les données envoyées par l’automate (températures, pressions, défauts, alarmes, variables internes) et transmettre les fichiers de données.

Dans des conditions difficiles

Étant donné les conditions d’exploitation, le système d’acquisition doit résister aux vibrations et en température (-40 à 70°C). Le temps d’exploitation moyen du train étant d’environ 16 h/jour, il doit aussi pouvoir stocker les données en cas d’occultations du réseau et les transmettre dès que possible. La fréquence d’échantillonnage requise étant de 1 Hz, les conditions étaient très faciles à remplir avec le matériel de National Instruments.

Enfin, la solution devait nécessiter le moins de maintenance possible, compte tenu de la difficulté d’accès du système, et ne pas gêner la disponibilité du train.

5 modules dans un châssis CompactRIO à 4 emplacements

La solution matérielle a été d’utiliser un système CompactRIO composé d’un contrôleur NI 9012, d’un châssis NI 9101 (4 emplacements), d’un module NI 9215 (4 entrées analogiques), d’un module NI 9205 (16 entrées analogiques), de deux modules NI 9213 (32 voies thermocouples) et d’un module de communication 3G/EDGE de chez SEA. Ce dernier dispose d’un kit de montage spécial qui permet de s’affranchir du besoin d’un emplacement ; ce qui a permis d’éviter le surcoût d’un châssis à 8 emplacements. La communication avec l’automate se fait par liaison unidirectionnelle RS-232 disponible sur le contrôleur.

La plate-forme NI CompactRIO a été choisie pour sa facilité d’intégration, sa robustesse (modules durcis en température, chocs et vibrations), sa capacité à gérer un grand nombre de voies, et son faible encombrement… tout cela pour un coût raisonnable.

Trois process assignés à LabVIEW

Du point de vue logiciel, nous avons choisi d’utiliser LabVIEW et ses modules Real-Time et FPGA pour optimiser les temps de développement de l’application logicielle.

L’architecture logicielle peut être détaillée selon trois process. Le premier gère l’acquisition des données analogiques et des températures, ainsi que l’enregistrement des données. Un deuxième process consiste à communiquer avec l’automate (réception des trames RS-232, vérification de leur intégrité, et décodage). Un troisième process récupère les fichiers de données brutes au format binaire et les transmet sur un serveur FTP distant (environ 600 km).

Alerter par SMS si besoin

En cas d’alertes nécessitant une intervention, le système est capable d’envoyer des SMS au service de maintenance. Une application sur le serveur permet de traiter les données : convertir les grandeurs électriques en grandeurs physiques (vitesse, accélération, pression, etc.), de transformer les fichiers de données brutes dans un format CSV compatible avec l’analyse des données par différents groupes d’ingénieurs, et d’envoyer les statistiques par email à l’expérimentateur.

Une intégration rapide et sans difficulté

L’avantage majeur des produits NI dans cette application est leur facilité d’intégration et la tenue de contraintes en température et en vibration caractéristiques du domaine ferroviaire.

La mise en œuvre s’est déroulée dans les délais impartis, en partie grâce à la qualité du support technique de SEA. Étant Partenaire Alliance de National Instruments, nous n’avons pas eu de problème concernant l’intégration de leur matériel.

L’utilisation d’une architecture logicielle modulaire avec des processus testables indépendamment nous a permis de valider rapidement notre solution avec les différents intervenants du projet.

Décembre 2012

Author Information:
Rodéric L’EXACT
ARCALE
1, rue des Pénitents Blancs
Toulouse 31000
France
Tel: +33 (0)5 40 16 16 53
r.lexact@arcale.net

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