1874 France case studies.indd

Transcription

M
National Instruments
Applications d’utilisateurs
Cette brochure rassemble les articles candidats
au concours des meilleures applications de 2010,
consacrées à l’occasion de NIDays 2011.
Acquisition/enregistrement de données
Automatisation industrielle
Enseignement
Instrumentation/test électroniques
Systèmes embarqués
nidays.fr/concours
ni.com/france/articles
Nom
Dr Laurel Watts
Fonction
Ingénieur logiciel principal
Domaine d’expertise
Génie chimique
En quoi LabVIEW
m’a aidée
Contrôler de multiples
instruments fonctionnant
dans un environnement
difficile
Tout dernier projet
Concevoir le chasseur
d’orages ultime
NI LabVIEW
LabVIEW me rend meilleure car
L’INTÉGRATION
avec le matériel est transparente
>>
Découvrez comment LabVIEW peut vous rendre meilleur(e) en visitant ni.com/labview/better/f
NATIONAL INSTRUMENTS France ■ 2 rue Hennape – 92735 Nanterre Cedex, France ■ Tél. : 01 57 66 24 24 ■ Fax : (0)1 57 66 24 14
Société de droit américain – capital social 1 000 dollars ■ US ■ 11500 N Mopac Expwy, Austin-Texas USA – 10056236 – 344 497 649
RCS Nanterre – SIRET B 344 497 649 00048 – APE 516J - N.I.I. FR 57344497649
©2010 National Instruments. Tous droits réservés. LabVIEW, National Instruments, NI, et ni.com sont des marques de National Instruments.
Les autres noms de produits et de sociétés mentionnés sont les marques ou les noms de leurs propriétaires respectifs. Pour plus d’informations
concernant les marques de National Instruments, veuillez vous référer à la partie Terms of Use sur le site ni.com/legal. 2935
01 57 66 24 24
Les gagnants du concours des meilleures
applications de 2010
Lauréats
2010
Super lauréat toutes catégories confondues
Télécom Bretagne choisit l’instrumentation RF au format PXI
pour préparer le déploiement de WiMAX en zone côtière
Par Jacky MÉNARD, Télécom Bretagne
Voir page 58
Télécom Bretagne
Dans la catégorie Acquisition/enregistrement de données
Le Critt Bois caractérise la performance énergétique et le comportement
hygrothermique de différents systèmes constructifs bois avec le CompactRIO
Par Jean-Marc RIONDEL, Critt Bois
Voir page 10
Critt Bois
Dans la catégorie Automatisation industrielle
Surveillance de la position des rails du RER avec NI LabVIEW et du matériel de vision
Par Véronique Newland, New Vision Technologies
Voir page 36
New Vision Technologies
Dans la catégorie Enseignement
Prototypage d’un buggy tout électrique dans le cadre de l’enseignement
Par Ghislain RÉMY, IUT de Cachan
Voir page 44
IUT de Cachan
Dans la catégorie Instrumentation/test électroniques
ST-Ericsson gère ses protocoles de communication RF avec
de l’instrumentation PXI Express à base de FPGA
Par Jean-Louis SCHRICKE, Mesulog, et Sylvain BERTRAND, ST-Ericsson
Voir page 56
ST-Ericsson
Dans la catégorie Systèmes embarqués
Système de monitoring pour la maintenance préventive de broyeurs à cône
Par Christian ÉPIÉ, O’Mos
Voir page 68
O’Mos
ni.com/france
Table des matières
Baie d’acquisition de signaux analogiques et de codeurs incrémentaux
Adeneo
4
Assystem développe un système de mesure d’impédance des essieux en
mouvement pour la SNCF
Assystem France
6
NI LabVIEW détecte les zones à gradient thermique optimal pour la récupération d'énergie
CETE Est
8
Le Critt Bois caractérise la performance énergétique et le comportement
hygrothermique de différents systèmes constructifs bois avec le NI CompactRIO
Critt Bois
10
DAM développe un système standard de surveillance de type course effort
dans l’environnement NI LabVIEW
DAM
12
Diagnostic des anomalies matérielles avec NI Multisim chez EDF Production Nucléaire
EDF
14
NI LabVIEW détermine la position de billes piégées optiquement ou magnétiquement
dans des expériences de nanomanipulation de biomolécules au CNRS
Institut Jacques Monod
16
Banc de diagnostic de connecteurs automobiles soumis à de fortes contraintes vibratoires
LGEP Supelec
18
Le CNRS s'appuie sur NI LabVIEW pour enregistrer et analyser l'activité neuronale
Médiane Système
20
NI LabVIEW dépiste la défaillance auditive chez le nouveau-né
MicroVitae Technologies
22
Contrôle acoustique de démarreurs en fin de ligne de production
Saphir/Valeo
24
NI LabVIEW supervise les bancs d’essai fin de ligne des boîtes de vitesses
MCx sur le site PSA de Valenciennes
Styrel
26
Le CEAT caractérise les équipements aéronautiques face au vent relatif à l’aide
du PXI et de NI LabVIEW
TMI-Tech
28
Crafelec choisit le système de vision embarqué NI EVS pour contrôler
des câbles automobiles
Alliance Vision/Crafelec
30
Audit énergétique d’une installation de climatisation solaire
Bouygues Bâtiment International
32
NI LabVIEW supervise les installations d’essais dynamiques chez
EADS Astrium Space Transportation
EADS Astrium Transportation
34
Surveillance de la position des rails du RER avec NI LabVIEW et du matériel de vision
36
NI LabVIEW au cœur d’un outil d’optimisation dédié à la construction routière
Saphir/Eurovia
38
Rénovation d’un système de régulation d’électrodes pour la production d’acier
SPIE Est
40
Système d’acquisition de données embarqué dans une monoplace
de type Formula Student
ISAT
42
Prototypage d’un buggy tout électrique dans le cadre de l’enseignement
IUT de Cachan
44
Contrôle d’un karting électrique « Drive by Wire » par NI CompactRIO
IUT1 de Grenoble
46
Simulateur pour l’apprentissage du traitement du signal sous NI LabVIEW
Université de Montpellier
48
Enseignement
2 ni.com/france
NI TestStand et ALL4TEC MaTeLo au service des tests de validation des systèmes
embarqués dirigés par les modèles
All4tec
50
Eurilogic exploite la technologie NI FlexRIO pour la validation de consoles ARPA
Eurilogic
52
Cobham Sliprings s’appuie sur LabVIEW pour le test final de ses collecteurs
électriques tournants
Médiane Système
54
ST-Ericsson gère ses protocoles de communication RF avec de l’instrumentation
PXI Express à base de FPGA
Mesulog/ST-Ericsson
56
Télécom Bretagne choisit l’instrumentation RF au format PXI pour préparer le
déploiement de WiMAX en zone côtière
Télécom Bretagne
58
Mesure de localisation d’Anderson de la lumière dans des membranes d’InGaAs/GaAs
Université de Nice
Sophia-Antipolis
60
Détection de microcoupures sur 15 voies analogiques à l’aide du FPGA de la carte
Single-Board RIO
ARDPI
62
Télédétection par lidar aéroporté pour observer les cendres volcaniques
CEA
64
Simulateur cardiovasculaire à double activation pour la modélisation in vitro des
écoulements intracardiaques
ISIL/Protomed SA
66
Système de monitoring pour la maintenance préventive de broyeurs à cône
O’Mos
68
Le PXI permet à l’ONERA d’embarquer son radar DRIVE sur le motoplaneur BUSARD
ONERA
70
Pour en savoir plus sur les lauréats du concours des meilleures applications, rendez-vous sur “nidays.fr/concours”.
ni.com/france
3
Baie d’acquisition de signaux analogiques
et de codeurs incrémentaux
Par Cyril GAMBINI, Département Moyens d’Essais, Adeneo
L’objectif
La solution
Développer une baie d’acquisition de signaux analogiques
et de codeurs incrémentaux pour tester des systèmes
embarqués automobiles.
S’appuyer sur une instrumentation modulaire PXI contrôlée par
LabVIEW pour pouvoir effectuer des mesures sur des signaux de
différents types à des vitesses d’acquisition élevées (jusqu’à 100 kHz).
Produits :
PXI, acquisition de données, E/S reconfigurables, NI LabVIEW
(Module FPGA)
Afin de caractériser les réponses mécaniques de ses directions
assistées, notre client souhaitait rénover ses moyens d’essais.
Les ingénieurs utilisaient jusqu’à présent un oscilloscope avec
analyseur de spectre permettant de visualiser les différents signaux
provenant des différents capteurs. Cependant, le nombre de voies,
la cadence d’échantillonnage ainsi que le temps d’acquisition étaient
trop faibles pour leur besoin. De plus, la corrélation temporelle des
signaux devait être effectuée à la main en post-traitement.
C’est la raison pour laquelle nous avons développé un moyen
d’essai qui devait permettre de faire l’acquisition à haute et faible
vitesse de signaux analogiques et de signaux “codeur”. De même,
il était nécessaire de synchroniser des mesures de codeurs
incrémentaux avec l’acquisition de signaux analogiques provenant
majoritairement d’accéléromètres. Enfin, le logiciel devait pouvoir
effectuer le calcul et la visualisation de FFT des signaux
précédemment acquis.
Le châssis PXI ainsi que l’étage d’alimentation sont intégrés dans
un coffret de table 19 pouces – 6U.
“La facilité d’utilisation du driver NI-DAQmx et la flexibilité du FPGA programmé
sous LabVIEW nous ont permis de réaliser rapidement les premiers essais de la
partie acquisition des données.”
Une solution basée sur un système PXI doté
d’un contrôleur double cœur
La solution matérielle choisie est basée sur un système PXI avec
contrôleur double cœur PXI-8105 (2,0 GHz avec Windows XP
et disque dur de 60 Go) et des cartes d’acquisition de données
intégrés dans un châssis mixte NI PXI-1050 PXI/SCXI (alimentation
standard 240 V, 8 emplacements de type PXI et 4 emplacements
de type SCXI). Le châssis PXI ainsi que l’étage d’alimentation sont
intégrés dans un coffret de table 19 pouces – 6U.
Pour l’acquisition de données, le système comprend une carte
d’acquisition de signaux dynamiques NI PXI-4472, deux cartes
d’acquisition de données multifonctions (PXI-6052E et PXI-6133)
et une carte d’E/S numériques NI PXI-7811R, qui intègre un
circuit FPGA.
Deux types d’acquisition possibles
Le premier type d’acquisition possible est l’acquisition “temporelle“ :
la synchronisation des mesures est faite par la carte NI PXI-4472
(horloge du système). La fréquence d’acquisition est définie par
4 ni.com/france
l’utilisateur lors de la phase de configuration mais reste limitée par
la fréquence maximale de la carte NI PXI-4472 (102,4 Kéch./s).
On peut également opérer une acquisition “angulaire“. La
synchronisation des mesures est faite par une des entrées
codeurs qui devient l’horloge du système. L’acquisition des voies
codeurs est faite par la carte FPGA (NI PXI-7811R). La fréquence
dépend de la vitesse de rotation du codeur. L’utilisateur définit,
lors de la phase de configuration, la voie codeurs “horloge“
(fréquence de 170 éch./s).
L’utilisation d’une carte intégrant un FPGA s’est révélée utile pour
l’acquisition des huit voies codeurs sur la même ressource matérielle.
Le tout sans réduire les capacités de vitesse d’acquisition des voies.
Le choix d’utiliser des interfaces SCXI s’est imposé par la nécessité
de filtrer (filtre passe-bas Butterworth) les voies analogiques tout en
assurant la compacité du système. Les 16 voies sont découpées en
8 voies rapides et 8 voies lentes gérées par les cartes d’acquisition
de données analogiques.
Des avantages multiples
Du point de vue de la partie acquisition, le système permet une
configuration complète des voies à acquérir (vitesse, voie, gain,
offset, couleur sur les graphes...). Il donne également la possibilité
de sauvegarder/importer des réglages d’acquisition, de régler les
prétriggers, la durée d’acquisition et la fréquence d’échantillonnage.
Particulièrement compacte, la baie peut effectuer des acquisitions
rapides sur 8 voies, des acquisitions lentes sur 8 autres voies
et la gestion de 8 encodeurs.
Deux types de déclenchement possibles
Le système d’acquisition permet deux types de déclenchement.
Dans le premier cas, le déclenchement et la synchronisation se
font sur un front du signal codeur. Le déclenchement de l’acquisition
est fait suivant les fronts montants et descendants de l’acquisition.
L’utilisateur peut définir lors de la phase de configuration la voie
codeur de déclenchement.
Dans le deuxième cas, le déclenchement et la synchronisation
se font sur un signal externe ou par le logiciel. Le déclenchement
de l’acquisition peut être fait par l’utilisateur (clic bouton) ou
par un signal extérieur défini lors de la phase de configuration
(dépassement d’un seuil, front montant, etc.).
Au niveau logiciel, le développement a été réalisé avec LabVIEW.
Le stockage des données est réalisé dans des fichiers de streaming
de type TDMS. Ces fichiers permettent le stockage des données
à la volée sur une taille pouvant atteindre jusqu’à 2 Go (pour
notre application).
Pour la partie “données”, le système rend possibles
l’enregistrement de plusieurs giga-octets de données et la
visualisation des données paramétrables (XY, en fonction du
temps). Il est également possible d’effectuer des FFT sur
plusieurs Go de données, de prévisualiser des signaux sur toute
la durée de l’acquisition et d’exporter des données sous format
CSV. De même, il est possible de relire les fichiers TDMS
enregistrés lors de précédentes acquisitions afin de visualiser
les signaux et de relancer des calculs de FFT.
Le temps de développement a été d’un mois avec une équipe
de deux personnes. Les parties “acquisition” et “exploitation des
résultats” se sont déroulées en parallèle.
Les technologies mises en œuvre sur ce projet sont depuis
utilisées régulièrement et avec succès dans nos développements
actuels (notamment FPGA et fichiers TDMS). Depuis la livraison
de notre équipement, le temps de mise au point des systèmes
a été optimisé et les performances du système en termes
d’échantillonnage ont permis d’affiner la détection des défauts.
Pour en savoir plus, vous pouvez contacter :
Cyril GAMBINI
Département Moyens d’Essais
Adeneo
2, chemin du Ruisseau
69130 Écully
Tél. : +33 (0)4 72 18 08 40
E-mail : [email protected]
Web : www.adetelgroup.com
Les algorithmes pré-programmés (FFT) de LabVIEW nous ont
permis de gagner du temps pour la partie “exploitation des
données”. De plus, la facilité d’utilisation du driver NI-DAQmx
et la flexibilité du FPGA, programmés sous LabVIEW, nous ont
permis de réaliser rapidement les premiers essais de la partie
“acquisition des données”.
Des performances élevées et un
encombrement moindre
Le matériel NI nous permettait de répondre aux exigences du
client tant en termes de performances que d’encombrement. Le
contrôleur PXI avec Windows nous permet de nous affranchir d’une
unité centrale indépendante. Il nous a suffi de rajouter un écran,
une souris et un clavier afin d’avoir un système d’acquisition
complet. De plus, les caractéristiques du châssis PXI et des cartes
d’acquisition nous permettaient de répondre positivement aux
contraintes de vitesse d’acquisition exprimées par le client.
Également, la solution FPGA nous a permis de regrouper de
manière efficace les fonctionnalités assurées habituellement
par plusieurs cartes d’acquisition.
ni.com/france
5
Assystem développe un système de mesure
d’impédance des essieux en mouvement
pour la SNCF
Par Alexis de LA FONTAINE, Assystem France
L’objectif
La solution
Déterminer si les essieux d’un train en circulation shuntent
correctement. Pour cela, il faut concevoir un système permettant
de mesurer l’impédance de chaque essieu d’un convoi ferroviaire
lors de son passage sur la voie.
S’appuyer sur la modularité et la robustesse de la plate-forme
PXI pour obtenir un système d’enregistrement temps réel.
Produits :
PXI Express, acquisition de données, NI LabVIEW
(Module Real-Time), NI Real-Time Hypervisor
Depuis quelques années, pour diminuer les bruits de roulement, les
nouvelles normes européennes imposent de remplacer des mâchoires
de frein en fonte par des mâchoires en matériaux composite, moins
bruyantes. Or, depuis, un phénomène a été observé : certains essieux
ne sont plus bons shunteurs (l’impédance de l’essieu et des contacts
roues-rails peut être supérieure à la limite autorisée), ce qui entraîne
des tensions résiduelles au niveau du récepteur de CdV (circuits de
voie). Il se pourrait aussi que certains véhicules comprenant peu
d’essieux, tous mauvais shunteurs, ne soient plus détectés par
des CdV.
Les bruits de roulement des trains vont diminuer, suite à de nouvelles
normes européennes.
exportation vers un poste d’exploitation. Sachant que la tension
d’entrée représente un signal sinusoïdal ayant une fréquence de
L’objectif est donc de déterminer si les essieux d’un train en
93,2 kHz, nous réalisons l’acquisition à une fréquence vingt fois
circulation shuntent correctement. Pour cela, il faut concevoir un
supérieure arrondie à 2 MHz par voie. À cette fréquence d’acquisition,
système permettant de mesurer l’impédance de chaque essieu
le système récupère un volume de données important à chaque
d’un convoi ferroviaire lors de son passage sur la voie tout en
déclenchement d’acquisition. Si l’on ajoute à cela le fait qu’un train
tenant compte de plusieurs contraintes.
peut posséder 100 essieux et peut circuler à une vitesse de 250 km/h
(cas critiques), le
volume de données à
“L’équipe R&D de National Instruments a tout mis en œuvre pour nous
traiter et à sauvegarder
fournir une version stable et opérationnelle de NI Real-Time Hypervisor 2.0
pour chaque train est
afin que nous puissions respecter nos contraintes de délais. Félicitations !”
un paramétrage à ne
pas sous-estimer.
Acquisition, traitement et sauvegarde des données
gérés par le même système
Des études réalisées par la SNCF ont permis de concevoir une
maquette du système de mesure qui nous servira de base de travail
pour la réalisation du projet. Le principe de mesure imaginé par la
SNCF consiste à injecter, dans un circuit électrique superposable
aux installations de signalisation existantes, un courant à une
fréquence de 93,2 kHz et à mesurer le courant induit dans chaque
essieu au moment du passage du train afin de déterminer
l’impédance de chaque essieu. Des cellules de détection
permettent de déclencher les acquisitions et de déterminer les
caractéristiques du train en cours de circulation (type de locomotive,
nombre de wagons, vitesse du train, longueur du train, etc.).
Un pont de jauge permet de mesurer le tonnage de chaque
essieu afin d’en déterminer la masse globale du train.
Le système de mesure est capable de gérer à la fois l’acquisition
de l’ensemble des voies à 2 MHz mais également le traitement des
données et la sauvegarde des résultats sur disque en vue d’une
6 ni.com/france
Afin de garantir la prise de mesure et la pérennité du système, nous
nous sommes naturellement orientés vers un système de mesure
basé sur le matériel National Instruments associé à la technologie
temps réel pour la partie matérielle et sur LabVIEW 2010 Real-Time
pour la partie logicielle.
PXI Express avec un contrôleur temps réel double cœur
Le système de mesure fourni à la SNCF se compose d’un châssis
NI PXIe-1062Q, d’un contrôleur PXIe-8108 RT (double cœur) et
d’une carte d’acquisition de données NI PXIe-6366. Nous assignons
à chaque cœur du contrôleur un système d’exploitation différent
grâce à NI Real-Time Hypervisor 2.0.
Sur le cœur n° 1, le système d’exploitation temps réel a pour objectif
de réaliser les acquisitions, les traitements et les sauvegardes. Un
protocole de communication est établi avec la partie Windows de
NI Hypervisor afin de rapatrier les mesures et de configurer la partie
temps réel.
résultats obtenus et les afficher sous la forme de tableaux et
de graphes et exporter les résultats obtenus sous la forme de
fichier Excel.
Vers une duplication du système sur le
réseau ferré français
Nous avons tiré profit du double cœur dont dispose le contrôleur PXIe-8108
en installant NI Real-Time Hypervisor 2.0.
Sur le cœur n° 2, le système d’exploitation Windows XP a pour
objectif de servir de passerelle de communication entre la partie
temps réel de l’Hypervisor et un PC d’exploitation. Il possède
donc trois protocoles de communication différents :
■■
liaison filaire Ethernet avec un poste d’exploitation
■■
liaison virtuelle Ethernet avec l’OS temps réel
■■
liaison sans fil avec un poste d’exploitation via un serveur FTP.
Le développement du projet a nécessité cinq mois de développement.
Le système de mesure développé est à l’état de prototype. Nos
premières campagnes de tests ont prouvé la faisabilité de la
mesure d’impédance sur des trains en circulation. La SNCF compte
s’approprier rapidement les logiciels développés afin de continuer
à améliorer le système. L’objectif restant à terme de dupliquer le
système sur différents points stratégiques du réseau ferré français.
La fiabilité, la modularité et la robustesse des produits
National Instruments associées à la souplesse de programmation
de LabVIEW 2010 permettent d’envisager des évolutions
relativement facilement.
Toutes les entrées/sorties sur une seule carte
La carte d’acquisition de données dispose de 8 entrées analogiques
échantillonnées à 2 MHz par voie et de 16 bits de résolution, de 2
sorties analogiques cadencées à 3,33 MHz et de 16 bits de résolution
(± 10 V), de 24 entrées/sorties numériques et de 4 compteurs
numériques 32 bits (horloge de la carte de 20 MHz). Sachant que
nous devions disposer de 7 entrées analogiques, d’1 sortie analogique,
de 3 entrées numériques et de 2 compteurs, la carte PXIe-6366 nous
a permis de réduire les coûts du système de mesure en regroupant
toutes les entrées/sorties sur une seule carte.
Principe de communication entre les différents logiciels développés
La communication sans fil vers le poste d’exploitation du laboratoire
d’essais électriques de la SNCF est assurée par une clé USB 3G+
de SFR. Ainsi, nous bénéficions du débit de la 3G pour transférer
l’ensemble des mesures des différents sites vers le poste d’exploitation.
Trois types d’ordinateurs différents
Pour le système global, trois types d’ordinateurs sont distingués.
Le premier type correspond aux plates-formes PXI sur les sites
opérationnels de mesure. Le second type correspond à l’ordinateur
central d’exploitation de type bureautique. Le troisième type
d’ordinateur correspond à l’ordinateur portable itinérant. Il permet,
à l’aide d’une liaison Ethernet (câblage croisé), la configuration
du logiciel et le rapatriement de l’ensemble des données du PXI
auquel il est connecté.
En termes de fonctions principales, le logiciel de mesure permet
de gérer les entrées/sorties analogiques et numériques, gérer la
sauvegarde et le traitement des fichiers de mesure enregistrés
pour chaque essieu détecté, gérer l’envoi des résultats vers le PC
d’exploitation et gérer la liaison avec le PC d’exploitation pour
recevoir les données de paramétrage du système de mesure.
Nous restons à la pointe du développement ! La sortie de
NI Real-Time Hypervisor 2.0 était annoncée lors de NIWeek 2010
mais n’était pas encore compatible avec le contrôleur PXIe-8108
sélectionné. L’équipe R & D de National Instruments a tout mis en
œuvre pour nous fournir une version stable et opérationnelle afin que
nous puissions respecter nos contraintes de délais. Félicitations !
Alexis de LA FONTAINE
Ingénieur d’étude
SBU Régions – Pôle R & D Produit
Assystem France
1, rue Louis Duvant
Parc d’activité Aérodrome Ouest
Valpark – Rdc Bâtiment F
Plateau d’Hérin à Rouvignies
59328 Valenciennes Cedex
Web : www.assystem.com
En termes de fonctions principales, le logiciel d’exploitation permet
de gérer la base de données des sites de mesure, gérer la base
de données des trains, gérer le rapatriement manuel et automatique
des données des différents sites de mesure, gérer l’envoi manuel des
données de paramétrage des sites de mesure, synthétiser les
ni.com/france
7
NI LabVIEW détecte les zones à gradient
thermique optimal pour la récupération d’énergie
Par Mario MARCHETTI, Rémy CLAVERIE, Julien BOUYER, LRPC Nancy-ERA 31
Laurent IBOS et Vincent FEUILLET, Université Paris Est-CERTES
L’objectif
La solution
Détecter et mesurer des zones avec gradient optimal
de température pour la récupération d’énergie sur des
infrastructures de génie civil.
Utiliser LabVIEW avec des solutions efficaces d’acquisition
de données NI CompactDAQ, et un Toolkit LabVIEW pour
caméra thermique.
Produits :
NI CompactDAQ, NI LabVIEW, Toolkits LabVIEW
La récupération d’énergie constitue l’une des priorités définies
dans les objectifs du Grenelle de l’environnement et portées par
le Ministère de l’Écologie. En France, la densité de flux d’énergie
solaire est de l’ordre de 1400 kWh/m2 /an. Le seul réseau des
routes nationales, avec 10 000 km, représente une surface
d’environ 140 km2. L’énergie solaire potentielle ou maximale ainsi
reçue par la route est donc d’environ 2.1011 kWh/an, soit la
consommation électrique annuelle de 28 millions d’appartements.
Tirer profit de ce vivier d’énergie dépend des rendements
de conversion.
À l’heure actuelle, les différentes technologies disponibles
(photovoltaïques, thermoélectriques, sondes géothermiques)
offrent des rendements autour de 10 %. Les technologies
utilisées pour la récupération d’énergie connaissent des progrès
extrêmement rapide s, à la fois en termes de rendement et
de coût de fabrication. Seule la quantification de ces effets
thermiques permettra d’apprécier la solution technologique
la plus adaptée à la récupération d’énergie.
Des outils pour quantifier l’énergie disponible
Le LRPC Nancy-ERA 31, en association avec l’Université Paris
Est (LCPC, CERTES) disposent de moyens pour apprécier les
effets thermiques de cette énergie solaire sur les infrastructures.
Des gradients thermiques apparaissent entre différents points
de la surface en fonction de l’environnement en place et des
saisons. Ils peuvent ainsi atteindre une dizaine de degrés. La
détection de ces gradients s’inscrit dans un cadre de recherche
pluriannuelle du Ministère de l’Écologie. Ils consistent en un
véhicule, Thermoroute ®, instrumenté avec des sondes atmosphériques embarquées, et des caméras thermiques. Une interface
unique a été développée sous LabVIEW, couplée à un châssis
NI CompactDAQ équipé de modules dédiés, et utilisant un
toolkit pour caméra thermique.
L’ensemble des développements sous LabVIEW s’est effectué
grâce aux nombreuses solutions logicielles développées par le
passé. Un appui significatif a été trouvé sur le site de NI dans
Developer Zone (zone.ni.com). Cette interface permet de
mesurer et de détecter des gradients thermiques le long des
infrastructures, et de quantifier l’environ-nement radiatif.
L’ensemble est embarqué à bord d’un véhicule pour réaliser
des acquisitions jusqu’à 70 km/h. La plate-forme LabVIEW nous
8 ni.com/france
Le véhicule Thermoroute est équipé de sondes atmosphériques embarquées
et de caméras thermiques.
offrait toute la flexibilité nécessaire pour un déploiement rapide.
Elle permet l’auscultation de plusieurs dizaines de kilomètres, et
complète judicieusement un réseau épars de stations de mesures.
Tous les dispositifs embarqués sont alimentés par un onduleur qui
délivre du 220 V alternatif à partir des 12 V continus de la batterie
du véhicule.
La fiabilité de la solution matérielle et logicielle a permis de
conduire des auscultations sur plusieurs mois. Le Toolkit LabVIEW
de la caméra thermique permet d’accéder aux fonctionnalités
essentielles de l’instrument. Les prises de vue de l’ensemble
des voies circulées permettent d’accroître de près de 50 %
la cadence des mesures par rapport à un radiomètre
infrarouge traditionnel.
Une acquisition rapide et complète
grâce à l’interface MAX
Thermoroute ® bénéficie d’un déclenchement des mesures à
l’aide d’un codeur de distance. La fréquence spatiale de mesure
est ajustable à l’aide du module d’acquisition NI 9401 pour les
signaux numériques TTL. Les signaux analogiques (thermocouples,
sondes platine, tension) des différents capteurs sont respectivement collectés avec des modules NI 9211, NI 9217 et NI 9205.
Toute la configuration des voies est effectuée via l’interface
Measurement and Automation Explorer (MAX). Le déclenchement
intervient alors quelle que soit la vitesse du véhicule et est
concrètement accessible jusqu’à 110 km/h. Dans notre cas,
elle a été fixée respectivement à 24 m et 3 m pour la caméra
et les autres paramètres.
D’autre part, l’automatisation des tâches d’acquisition de données
permet à l’opérateur de consacrer intégralement son attention aux
conditions de circulation. Un compteur permet d’accéder au
nombre de prises de vue infrarouges réalisées, et de calculer
la distance auscultée. Un recoupement avec le compteur
kilométrique du véhicule est alors possible. La gestion des
erreurs permet d’identifier les erreurs éventuelles de prises de
vue. Celles-ci sont effectuées en mode “snapshot”. Le temps
d’intégration du capteur CCD de la caméra et celui d’acquisition
sont suffisamment faibles. Ainsi, le phénomène de traînée induit
par le déplacement du véhicule porte sur 2 pixels pour une
matrice CCD microbolo-métrique de 320 x 240. De plus, les
Des applications urbaines ?
Cette auscultation peut aisément être appliquée à du suivi
périodique pour analyser le comportement thermique de
bâtiments en zone urbaine, ou pour mieux apprécier les îlots
de chaleur urbains. Une possible évolution de l’interface
incorporerait un traitement dynamique des mesures effectuées.
Mario MARCHETTI
CETE Est – LRPC Nancy – ERA 31
71, rue de la Grande Haie
54510 Tomblaine
Tél. : +33 (0)3 83 18 31 60
Fax : +33 (0)3 83 18 41 00
Web : www.cete-est.developpement-durable.gouv.fr
“La fiabilité de la solution matérielle et logicielle a permis
de conduire des auscultations sur plusieurs mois.”
mesures atmosphériques sont injectées comme paramètres de
fonctionnement de la caméra infrarouge pour réduire les erreurs.
Une géolocalisation des mesures est également possible par
récupération des données d’un GPS via le port série RS-232, mais
cette possibilité n’a pas été activée. Un fichier de mesure global
au format texte est généré. L’exploitation ultérieure des mesures
a déjà permis d’apprécier ces gradients thermiques.
ni.com/france
9
Lauréat
2010
Le Critt Bois caractérise la performance
énergétique et le comportement hygrothermique
de différents systèmes constructifs bois avec
le CompactRIO
Par Jean-Marc RIONDEL, Responsable Systèmes Spéciaux, Critt Bois
L’objectif
La solution
Développer un système d’acquisition autonome et communiquant,
destiné à l’acquisition thermique, hygrométrique, et au comptage
d’énergie dans des bâtiments. L’objectif est de déterminer un
modèle mathématique sur les échanges thermiques et hygrométriques dans différents systèmes constructifs en bois.
Utiliser la plate-forme CompactRIO et la puissance du FPGA
intégré pour s'interfacer simplement avec des composants
spécifiques et obtenir un système d'acquisition multivoie
personnalisable et communiquant.
Produits :
NI CompactRIO, NI LabVIEW (Modules FPGA et Real-Time)
Dans l’Est de la France a été mis en place un projet destiné à étudier
les transferts de chaleur et d’humidité dans les constructions bois.
Ce projet, appelé Transbatibois, réunit des scientifiques et experts
spécialistes du matériau bois, des transferts énergétiques, de la
physique du bâtiment, et des entreprises représentatives des
différents systèmes constructifs à base de bois présents sur
le marché.
Système CompactRIO installé dans une armoire de commande
Chargée de la coordination du projet, la société Critt Bois
(Centre Régional d’Innovation et de Transfert de Technologies),
s’est donné pour objectif de développer un système de mesure
autonome et communiquant, à dupliquer sur plusieurs sites.
Communiquer en I2C avec plus de 500 capteurs
Le projet consistait à acquérir différentes grandeurs physiques,
température, humidité, présence de gaz,... avec suffisamment
de précision et de rapidité. Dans un souci de précision et de
coût, l’équipe projet a donc sélectionné un capteur numérique
de température et d’humidité précis et peu coûteux (environ
15 €/capteur). Ces capteurs sont capables de mesurer la
température au 1/10 ème de ° C et l’humidité relative au 1/10 ème de
%. Le projet compte actuellement plus de 500 capteurs installés,
qui nous ont permis de réduire considérablement les coûts.
La difficulté a donc été de communiquer avec un protocole de type
I2C imposé par le constructeur du capteur. C’est l’une des raisons
pour lesquelles nous avons choisi de faire appel à un système
CompactRIO dont l’un des atouts est d’être personnalisable via un
circuit FPGA. Intégré au châssis CompactRIO, ce FPGA peut en
effet être exploité pour implémenter tout type de protocole de
communication, en association avec un module d’E/S numériques.
Installation de capteurs sur parois types
10 ni.com/france
Le protocole I2C série utilise une voie DATA canal de communication
bidirectionnel et une voie CLK pour synchroniser la communication.
Nous l’avons donc implémenté en FPGA avec un module d’E/S
est différent en fonction de la typologie des modules d’acquisition.
Mais le programme LabVIEW Real-Time (le plus conséquent) reste
toujours le même quels que soient les modules insérés dans les
châssis CompactRIO (modules utilisés : cRIO-9403, cRIO-9213,
cRIO-9411, cRIO-9205, cRIO-9472...).
Des fonctions d’asservissement par PID en température et en
hygrométrie ont été également intégrées (pilotage des sorties des
modules cRIO-9472), afin de réguler les enceintes climatiques
pour des essais précis en laboratoire sur les échanges thermiques
et hygrométriques dans des murs ossature bois modèles.
Un système communiquant à distance
Paramétrage et configuration des CompactRIO et modules de la Série C
numériques cRIO-9403, qui permet par programmation de faire
varier sa configuration de voie (entrée ou sortie). Avec l’utilisation
des modules cRIO-9403, nous pouvons donc communiquer
avec 31 capteurs simultanément, soit 248 capteurs par châssis
CompactRIO (équipé de 8 modules), c’est-à-dire 248 températures
et 248 humidités relatives !
Les châssis CompactRIO, au nombre total de 14, sont implantés
géographiquement sur 7 sites dans tout l’Est de la France
et communiquent à distance avec un serveur de données.
Cette configuration permet une analyse rapide et efficace
des informations.
Les conditions climatiques de chaque site sont également
envoyées (station météorologique : température, vent, pluie,
pression, ensoleillement...), ce qui permet de comprendre et
mieux pondérer les valeurs physiques reçues.
“Le système d’acquisition permet un gain financier important (par rapport aux solutions
spécifiques disponibles sur le marché) et une modularité intéressante.”
Le programme LabVIEW FPGA a été optimisé pour entrer
dans un châssis cRIO-9074 (avec un circuit FPGA doté de 2
millions de portes). Les acquisitions de chaque module ont été
programmées en parallèle afin d’obtenir une acquisition rapide.
Une programmation modulaire pour favoriser
la maintenance
Pour obtenir des résultats exploitables, le projet a donc nécessité
une acquisition sur différents sites avec différentes typologies
d’implantation de capteurs. Dans un souci de maintenance du
logiciel, nous avons configuré un programme LabVIEW Real-Time
paramétrable. Celui-ci permet, quel que soit le programme
LabVIEW FPGA installé (programme lié à la configuration des
emplacements pour les modules de la Série C), d’effectuer
l’acquisition des signaux. En résumé, chaque programme FPGA
Un système facilement adaptable
à d’autres applications
Ce système d’acquisition modulaire est aujourd’hui capable
de faire l’acquisition de tout type de signaux admissibles par
des modules de la Série C. L’architecture du programme reste
inchangée quelle que soit la configuration matérielle. Ce qui
signifie qu’il est tout à fait facile à transposer sur n’importe quelle
application industrielle d’acquisition de données physiques. Il
permet un gain financier important (par rapport aux solutions
spécifiques disponibles sur le marché) et une modularité intéressante.
Cette configuration matérielle est aujourd’hui proposée par le
Critt Bois dans des applications de gestion d’énergie et de
bâtiments (GTB, Gestion Technique des Bâtiments).
Jean-Marc RIONDEL
Critt Bois
27, rue Philippe Séguin
BP 91067
88051 Épinal Cedex 9
Tél. : +33 (0)3 29 81 11 70
Web : www.cribois.net
Capteur numérique Température et Humidité Relative sur parois bois
ni.com/france
11
DAM développe un système standard de
surveillance de type course effort dans
l’environnement NI LabVIEW
Par François DAGUE, DAM
L’objectif
La solution
Développer un outil convivial, performant et réutilisable pour
la surveillance de process d’assemblage (emmanchement,
poinçonnage…).
Utiliser un système d’acquisition multivoies permettant de
réaliser de façon simultanée la surveillance de plusieurs process
indépendants dans l’environnement LabVIEW.
Produits :
USB, acquisition de données, NI LabVIEW
Pour surveiller les process d’assemblage sur ses machines,
DAM, constructeur de machines spéciales, a conçu son propre
outil d’acquisition et d’analyse. Des solutions existent sur le
marché, mais ce développement apporte des améliorations
significatives, notamment sur les points suivants :
■■
chaque système peut contrôler plusieurs axes simultanément
■■
l’interface utilisateur est conviviale, ergonomique et intuitive
■■
l’acquisition est rapide et l’échantillonnage performant
■■
■■
l’enregistrement et l’exploitation native des courbes
et des résultats se font sans limitations
le coût est réduit.
Un système indépendant pour chaque
axe de mesure
La mesure des grandeurs telles que course et effort ne
représente pas de difficultés particulières. Toutefois, l’un
des impératifs est de pouvoir utiliser le système de façon
complètement indépendante pour chaque axe de mesure :
les départs/fins de cycles doivent pouvoir être déclenchés de
façon totalement arbitraire. Ces exigences ont conduit à créer un
“serveur d’acquisition” commun à tous les axes et un template
pour chaque axe de mesure. Chaque template peut alors utiliser
les données acquises et bufferisées par le serveur d’acquisition.
Les paramètres d’acquisition peuvent être définis pour répondre
aux spécificités du process : fréquence d’échantillonnage brute,
moyennage, durée maximale de surveillance… Les cartes de
la Série M ou X – typiquement des systèmes USB-6221 ou
USB-6341 – nous permettent une grande liberté de configuration,
y compris l’utilisation de codeurs quadratiques pour les mesures
de déplacement, en garantissant la synchronisation des voies de
déplacement et d’effort.
Chaque axe est matérialisé à l’écran par une fenêtre. Le matériel
choisi permet de disposer du nombre de voies nécessaires
à l’application.
Définition des gabarits de validation
Le principe des mesures est de vérifier que les données
acquises respectent des conditions sur un graphe de type XY
(représentation de l’effort en fonction du déplacement par
12 ni.com/france
Machine d’assemblage d’articulations synthétiques
sur des bras de suspension d’automobiles
exemple). Les conditions sont représentées par des segments,
chacun des segments ayant une propriété définie ; la courbe doit
alors respecter des conditions telles que :
■■
passer obligatoirement à travers un segment dans
un sens donné
■■
ne pas franchir un segment
■■
passer au moins une fois à travers un segment.
Les segments des gabarits sont définis par groupe de 4 (la forme
de base de la définition est un quadrilatère). L’ensemble des
conditions définit un gabarit pour la courbe mesurée.
Le principal défaut des solutions existantes est leur manque de
convivialité pour définir les gabarits d’acceptation des courbes.
Notre objectif a donc été de porter un soin tout particulier à cet
aspect. Les critères peuvent tous être définis et modifiés par de
simples clics de souris : ajout d’un quadrilatère, déplacement
d’un point ou d’un segment en fonction de l’emplacement du
clic, modification du type de segment (passage obligé et sens,
au moins un passage dans un sens ou dans l’autre, passage
interdit, aucune contrainte). Les sorties logiques de la carte
peuvent être paramétrées pour être activées au franchissement
d’un segment.
En évolution permanente
Ce développement, installé sur plusieurs machines à ce jour, a
permis de réduire les coûts de façon substantielle, de disposer
d’un outil convivial, intuitif et simple d’utilisation, adaptable à de
nombreuses situations et parfaitement intégré.
Le système a déjà évolué depuis sa conception pour prendre
en compte les besoins nouveaux des clients (par exemple,
l’intégration des codeurs quadratiques, la mise à disposition
des données mesurées, etc.) et malgré un code conséquent, la
structure permet d’envisager sereinement les évolutions prévues.
François DAGUE
Responsable développements logiciels
DAM
200, rue Léon Blum
69100 Villeurbanne
Tél. : +33 (0)4 78 26 95 83
Web : www.dam.fr
Visualisation de type XY (course effort par exemple) :
la courbe mesurée est contrôlée par rapport à un gabarit.
Tous les paramètres sont enregistrés dans des fichiers
de configuration.
Des outils de mise au point du process
Outre les aspects fonctionnels décrits ci-dessus, des outils
d’aide à la mise au point des machines ont été intégrés dans le
logiciel pour visualiser des données sous différentes formes :
■■
numérique – données instantanées
■■
courbe (avec ou sans moyennage) en fonction du temps.
“Les cartes de la Série M ou X nous permettent une grande liberté de configuration,
y compris l’utilisation de codeurs quadratiques pour les mesures de déplacement.”
Intégration avec un superviseur
L’intégration avec un superviseur est très simple : quelques
VIs permettent de choisir le jeu de paramètres à utiliser, de
démarrer les appareils de façon indépendante et de les arrêter.
Le superviseur peut également exploiter les données acquises
et effectuer les éventuels traitements spécifiques du process
(archivage des données dans une base de données spécifique
client par exemple).
En outre, les voies du système d’acquisition qui ne sont pas
utilisées par les systèmes de surveillance peuvent être exploitées
pour mettre à disposition du superviseur des valeurs moyennées
comme des températures ou des mesures dimensionnelles sans
ajouter de matériel supplémentaire.
ni.com/france
13
Diagnostic des anomalies matérielles avec
NI Multisim chez EDF Production Nucléaire
Par Erick SEGERIE, EDF CNPE du Blayais
L’objectif
La solution
Améliorer le diagnostic et le traitement de certaines
anomalies matérielles.
Mettre en place un outil de simulation à l’aide de NI Multisim
afin de comparer les comportements des équipements avec
leurs comportements théoriques et ainsi trouver les causes
des anomalies.
Produit :
NI Multisim
Le Centre Nucléaire de Production d’Electricité (CNPE) du Blayais
d’EDF en Gironde est composé de quatre centrales thermiques
ayant chacune une chaudière nucléaire qui permet de produire
900 MW électriques.
Dans le cadre de la maintenance des équipements, le service
Ingénierie intervient, entre autres, sur les problématiques de
fonctionnement des systèmes automatiques dans la centrale.
Problématique
Lorsqu’une anomalie matérielle sur un équipement de régulation
est suspectée ou détectée, il s’agit de diagnostiquer le problème
afin d’analyser son impact sur la sûreté et de le résoudre dans
les meilleurs délais. Le diagnostic peut mener à différentes
conclusions : reprise des réglages de l’équipement, changement
Les centrales nucléaires comme celles du CNPE du Blayais nécessitent une
politique rigoureuse de diagnostic des anomalies matérielles.
“Nous avons choisi le logiciel NI Multisim après avoir testé plusieurs logiciels de simulation.”
de l’équipement ou bien on peut aussi constater que l’équipement
fonctionne bien et que la cause du problème se trouve en amont.
Il faut savoir que l’on cherche à éviter les interventions en direct
sur les équipements de la centrale, car elles impliquent en général
un passage en mode manuel ou bien, plus rarement, un arrêt
d’une partie de la production, impactant nos résultats.
Le but de l’application est de pouvoir diagnostiquer et comprendre
les anomalies, sans intervention matérielle directe sur les
équipements, et de réduire les délais d’analyse et de réparation.
Si on prend l’exemple d’un régulateur, on va créer une feuille de
simulation sous Multisim qui reproduit la fonction de transfert
théorique du régulateur à l’aide des fonctions mathématiques
disponibles. On importe les données réelles dans Multisim et on
vient comparer les données réelles aux données théoriques.
En fonction des besoins, on va mettre en place une analyse en
utilisant l’oscilloscope, l’analyseur de spectre, le générateur de
signaux, etc., disponibles sous Multisim. Les bibliothèques de
fonctions mathématiques et les bibliothèques de composants
électroniques vont permettre de simuler le fonctionnement
théorique de l’équipement.
Méthode et outils de diagnostic et d’analyse
La méthode mise en place consiste à comparer le comportement
de l’équipement en anomalie avec son comportement théorique.
Pour cela, on utilise une centrale d’acquisition qui vient mesurer
les entrées et les sorties aux bornes de l’équipement en anomalie
sans arrêter ou modifier son fonctionnement. Les données sont
enregistrées, mises en forme au format ASCII et envoyées sous
forme de fichiers au PC qui va servir au diagnostic.
Sur ce PC, on utilise le logiciel de simulation Multisim pour
comparer les données mesurées avec les données théoriques,
ce qui nous permet d’analyser l’anomalie.
14 ni.com/france
Nous avons choisi le logiciel Multisim après avoir testé plusieurs
logiciels de simulation. Nous l’avons retenu car il est convivial,
performant et simple d’utilisation.
Un bilan très positif
Nous utilisons Multisim depuis trois ans environ et nous avons
mis en œuvre plus d’une vingtaine d’applications. Cette méthode
de diagnostic et d’analyse basée sur Multisim a été reconnue
comme une innovation au CNPE de Blayais et a été communiquée
et partagée avec des experts au niveau national.
Un autre avantage de cette application est son utilisation pour la
formation des opérateurs conduite et des automaticiens. Avec
Multisim, il est très facile de montrer aux intervenants de façon
visuelle, par exemple, les conséquences d’une modification de
paramétrage ou de simuler la dégradation d’un signal pour faire
comprendre les limites de fonctionnement du système. Grâce
à la simulation, toutes ces données deviennent parlantes et
beaucoup plus compréhensibles que si elles restaient sous forme
d’équations mathématiques ou de composants électroniques.
L’application est donc utilisée lors de cours de formation destinés
aux opérateurs et aux techniciens.
Perspectives d’évolution
Analyse de la désaturation d’un régulateur de niveau
Les diagnostics menés à Blayais ont conduit à différents types
d’actions dont voici quelques exemples.
Sur un problème de régulation de la vitesse de la turbine, la
simulation nous a permis de comprendre l’origine des inhibitions
de blocage intempestif qui ont conduit à une perte de plusieurs
centaines de MW en décembre 2008. Nous avons pu mettre en
évidence que l’étage d’entrée du module électronique n’était
pas assez performant. En se rapprochant du constructeur, nous
avons appris qu’il existait une révision plus récente de la carte
électronique qui résolvait le problème, ce qui nous a conduits à
changer la carte.
Sur un autre cas, lors d’un redémarrage du groupe turboalternateur, nous avons diagnostiqué un vieillissement du capteur
de vitesse qui provoquait un dysfonctionnement de la mesure de
vitesse. Nous avons ainsi pu mettre en place un programme de
maintenance préventive qui implique le changement du capteur
après un certain nombre d’heures de fonctionnement et permet
ainsi d’éviter cette panne. Ce programme est mis en place dans
les autres centrales en France.
Nous sommes en train de faire évoluer l’application. À terme,
l’application de diagnostic sera utilisée directement par les
techniciens et les manipulations seront automatisées. Pour cela,
nous développons un data logger avec LabVIEW et du matériel
d’acquisition de données NI portable.
Une autre évolution va consister à reproduire une chaîne de
régulation complexe sous LabVIEW, ceci pour apporter des
réponses aux anomalies plus complexes à diagnostiquer et
à analyser.
Erick SEGERIE
EDF Division Production Nucléaire
CNPE du Blayais
Service Maintenance
BP 27
33820 Saint-Ciers-sur-Gironde
Tél. : +33 (0)5 57 33 31 46
Web : www.edf.com
Faces-avant virtuelles des instruments disponibles avec Multisim
ni.com/france
15
NI LabVIEW détermine la position de billes
piégées optiquement ou magnétiquement
dans des expériences de nanomanipulation
de biomolécules au CNRS
Par Terence Strick et Wilfried Grange, Équipe “Nanomanipulation de biomolécules”, Institut Jacques Monod, CNRS, Université Paris Diderot
L’objectif
La solution
Déterminer la position de billes piégées optiquement ou
magnétiquement en vue d’expériences de biophysique dans
le cadre d’une école d’été organisée sous l’égide de l’EMBO
(European Molecular Biology Organization).
S’appuyer sur les solutions NI-IMAQdx et NI Vision Acquisition
pour mettre en place une solution rapide et robuste de suivi de
particules de taille micrométrique.
Produits :
donc soumise aussi à des chocs avec les molécules de cette
dernière) permet de renseigner par exemple sur la raideur du
piège (optique ou magnétique).
NI-IMAQdx, NI Vision Acquisition, NI LabVIEW
L’équipe de Terence Strick à l’Institut Jacques Monod
(CNRS/Université Paris 7) emploie des techniques de nanomanipulation de molécule individuelle (pinces magnétiques
et optiques) qui permettent une analyse structurelle et cinétique
extrêmement fine de réactions biochimiques in vitro. En
particulier, de telles études offrent la possibilité de mettre
en évidence des intermédiaires réactionnels cinétiquement
limitants qu’il est difficile (voire impossible) d’observer lors
d’une mesure sur un grand nombre de molécules.
Analyser des images issues d’une caméra
Gigabit-Ethernet
Du fait de la durée limitée de cette école (s’adressant à un
public composé à la fois de biologistes et de physiciens), il est
important que l’acquisition des données ne constitue pas un frein
à l’assimilation de concepts parfois nouveaux qui sont présentés
lors de l’école. Bien qu’il existe plusieurs moyens de mesurer la
position de billes (en particulier en utilisant des photo-diodes),
un moyen relativement simple à mettre en œuvre consiste
“En utilisant le driver NI-IMAQdx, l’interfaçage de caméras Gigabit-Ethernet
est relativement aisé.”
Depuis juin 2009, Terence Strick organise une école d’été
financée par l’EMBO visant à former des chercheurs à ces
techniques. L’originalité de cette école réside dans le fait que
les étudiants vont apprendre à construire en quelques jours une
expérience de nano-manipulation en utilisant un équipement
de pointe et à la piloter en utilisant des solutions logicielles
développées au Laboratoire ainsi que des routines LabVIEW.
à analyser directement les images reçues sur une caméra
Gigabit-Ethernet (GigE) qui offre des vitesses allant jusqu’au kHz
et donc tout à fait adaptées à notre étude. En utilisant le driver
NI-IMAQdx, l’interfaçage de telles caméras est relativement aisé
sans toutefois sacrifier à la possibilité d’utiliser des fonctions
avancées de la caméra (synchronisation, acquisition de sousimage, etc.).
Techniques de nano-manipulation
de molécule unique
Afin de déterminer la position des billes, plusieurs algorithmes
développés au laboratoire peuvent être utilisés mais nous avons
choisi de tirer parti du grand nombre d’exemples inclus avec le
logiciel IMAQ Vision afin de donner une première approche du
traitement d’images.
Schématiquement, une expérience de manipulation de molécule
individuelle consiste à attacher une molécule (ADN, protéines)
entre deux surfaces dont l’une au moins est une bille de
dimension micrométrique. Cette dernière est alors piégée en
trois dimensions soit par un faisceau laser (pinces optiques),
soit par un champ magnétique (pinces magnétiques). Dans
les deux cas, la position de la bille renseigne sur la force qui
s’exerce sur la molécule ainsi que sur l’extension de cette
dernière. Par ailleurs, une analyse fine des fluctuations de la
bille (inhérentes au fait que la bille se trouve en solution et
16 ni.com/france
Fournir rapidement des outils opérationnels
La possibilité de fournir rapidement (quelques heures) des outils
capables d’interfacer une expérience a constitué un réel plus
dans le cadre de cette école. Si nous nous sommes limités à
n’utiliser que des outils de base (exemples inclus, utilisation de
Vision Builder), ces derniers permettent toutefois de donner une
Photographie du dispositif de pinces optiques mis en place lors de l’école EMBO
précision sur la position des billes inférieure au pixel (et à des
fréquences de l’ordre de la centaine de Hertz) ce qui reste plus
que satisfaisant pour une première approche.
Terence Strick et Wilfried Grange
Équipe “Nanomanipulation de biomolécules”
Institut Jacques Monod
CNRS – Université Paris Diderot
Bât. Buffon – 15, rue Hélène Brion
75205 Paris Cedex 13
Tél. : +33 (0)1 57 27 80 20
Web : www.ijm.fr
ni.com/france
17
Banc de diagnostic de connecteurs automobiles
soumis à de fortes contraintes vibratoires
Par Florent LOETE, SUPELEC, Laboratoire de génie électrique de PARIS
L’objectif
La solution
Développer un système polyvalent et évolutif de diagnostic
de connecteurs intégrés dans des pièces automobiles, avec
des contraintes importantes en termes de synchronisation
et de déterminisme temporel.
S’appuyer sur la modularité, les capacités temps réel et la
robustesse de la plate-forme PXI pour obtenir un système de
pilotage et d’enregistrement personnalisable tout en gardant
une grande flexibilité d’utilisation et un coût minimum.
Produits :
PXI, instrumentation modulaire (multimètre, commutation,
mesure de vibrations), LabVIEW (Module Real-Time)
Dans les véhicules modernes, le faisceau électrique représente
plus de 4 km de câbles. Les études ont montré que plus de 30 %
des défauts électriques peuvent être imputés à des défauts de
câblages ou des connecteurs dégradés essentiellement par
les contraintes vibratoires sévères auxquelles ils sont confrontés.
Le diagnostic (localisation et caractérisation) des éléments
défaillants est donc à l’heure actuelle un domaine de recherche
d’intérêt majeur.
Dans le cadre de ce projet qui concerne le développement
d’une nouvelle méthode de diagnostic, il nous était nécessaire
de corréler deux méthodes de mesure différentes de l’état
d’un connecteur sous vibration.
Ainsi, nous devions concevoir un banc d’essai qui réalise de
manière synchrone l’asservissement du spectre de vibration
d’un camion sur un pot vibrant et synchroniser différents types
de mesures telles que la résistance du connecteur, ainsi que
sa caractérisation large bande à l’aide d’un analyseur de réseau
vectoriel externe.
Banc d’asservissement de vibration et d’acquisition de mesures électriques
construit autour d’un système PXI
de nombreux phénomènes rapides (microcoupures). Il était
donc essentiel de disposer d’une carte d’acquisition-multimètre
rapide et d’une large bande passante vers une grande capacité
de stockage.
“Nous disposons d’un système avec des capacités supérieures à la somme des
capacités de systèmes commerciaux séparés (et pour un coût nettement moindre).”
PXI pour le temps réel, la souplesse et l’évolutivité
La difficulté technique majeure de ce projet a été de trouver une
solution pour réunir, en un seul système simple et évolutif, un
système mécanique et différents systèmes d’acquisition du
commerce dont les modes de commande n’avaient a priori rien
en commun.
Le dispositif mécanique (pot vibrant) ne pouvait pas, avec
son système commercial, être synchronisé comme nous le
souhaitions avec les appareils de mesure. Il était de plus impossible
de synchroniser un analyseur de réseau vectoriel pour la
caractérisation large bande avec un nanovoltmètre et une source
de courant pour la mesure de la très faible résistance de contact
de nos connecteurs (quelques mΩ). Enfin, cette étude devait
se faire sur une durée de quelques heures, afin d’être capable
d’observer une dégradation, mais pendant laquelle on observe
18 ni.com/france
Ainsi, la plate-forme PXI, associée au Module NI LabVIEW
Real-Time, nous a paru être la solution idéale, dans le sens où
placée au centre du système et grâce au large panel de cartes
proposées par National Instruments, nous pouvions remplir
toutes les fonctionnalités souhaitées et à moindre coût. Cela
nous a effectivement permis de réaliser des économies
significatives sur les matériels commerciaux.
Une solution technique tout-en-un à moindre coût
Le contrôleur PXI-8106 a été choisi pour son processeur double
cœur (afin de gérer plusieurs tâches en parallèle) et sa capacité
d’enregistrement. En effet, le système devait être capable,
en parallèle, d’asservir le pot vibrant sans faillir (le manque de
contrôle d’un pot vibrant d’une force de 3 kN peut en effet
présenter un risque pour la sécurité des personnes) et d’effectuer
et stocker les mesures électriques voulues. Le tout devait
Le PXI est le système nerveux du banc d’expérimentation. Souple et évolutif, il permet de synchroniser en temps réel différents systèmes dont des commerciaux.
être réalisé dans un timing très précis d’où le besoin en
bande passante offert par le bus PXI, d’un contrôleur double
cœur très rapide et d’un système LabVIEW Real-Time.
Nous avons pu mener à bien nos études et nous avons publié dans
des journaux scientifiques des résultats innovants qui auraient été
très difficiles à mettre en évidence sans cet ensemble.
Le pilotage et l’asservissement du pot vibrant ont été réalisés
grâce aux entrées/sorties de la carte PXI-4461 (spécialement
conçue pour les applications de vibration) et à l’utilisation des
VIs d’asservissement PID de LabVIEW, afin de reproduire le spectre
de vibration souhaité. Nous avons ainsi économisé l’ensemble
matériel et logiciel proposé par le fabricant du pot vibrant.
Enfin, grâce à la grande évolutivité de notre application de pilotage
et d’acquisition, et moyennant quelques modifications, ce banc
d’essais nous a permis également de travailler sur d’autres contrats
(notamment en rajoutant des aspects d’asservissement PID de
la température).
Du point de vue acquisition, nous avons pu piloter notre analyseur
de réseaux vectoriel commercial par le réseau informatique du
laboratoire avec les VIs adaptés fournis par le fabricant. La mesure
4 points de précision de la résistance de contact du connecteur a
été réalisée grâce à une carte nanovoltmètre-ohmmètre PXI-4071
(7 chiffres ½) avec source de courant intégrée et un multiplexeur
PXI-2527. Là encore, un système commercial externe nous aurait
coûté aux environs du double.
Il m’a fallu environ trois mois pour développer l’application
principale nécessaire sur LabVIEW, tout en sachant que je
connaissais déjà bien ce langage. Je n’avais jusqu’alors pas
utilisé les VIs DAQ pour l’acquisition, cependant comme
à l’habitude la simplicité d’utilisation de ces modules de
programmation spécifiques a permis de réduire le temps
de développement.
En perspective, il pourrait être envisagé de passer sur un châssis
PXI Express afin de disposer d’une plus grande bande passante
et faciliter l’acquisition d’événements très rapides et très
rapprochés sur de longues périodes.
Florent LOETE
SUPELEC – Laboratoire de Génie Electrique de Paris
11, rue Joliot Curie
91190 Gif-sur-Yvette
Tél. : +33 (0)1 69 85 16 77
Web : www.lgep.supelec.fr
Un cahier des charges rempli, et plus encore
Le cahier des charges fixé a été rempli avec succès. Nous
disposons, avec un effort de développement limité, d’un système
avec des capacités supérieures à la somme des capacités de
systèmes commerciaux séparés (et pour un coût nettement
moindre). Nous disposons également d’une souplesse inouïe
quant aux séquences de vibration et d’acquisition que nous
pouvons exécuter.
ni.com/france
19
Le CNRS s’appuie sur NI LabVIEW pour
enregistrer et analyser l’activité neuronale
Par Eddy Duchene, Bancs de test, Médiane Système
Suliann Ben Hamed, R&D, CNRS CNC
L’objectif
La solution
Élaborer un système d’acquisition et un logiciel de traitement de
données pour corréler les changements de réponses neuronales
à des changements identifiables dans l’environnement ou la
réponse du sujet.
Développer un logiciel sous LabVIEW et utiliser deux cartes
d’acquisition de données multifonctions NI synchronisées
entre elles.
Produits :
PCI, acquisition de données, NI LabVIEW
Le Centre de Neuroscience Cognitive (CNC) étudie les mécanismes
cérébraux de la cognition et ses dysfonctionnements. Il dépend du
Centre National de la Recherche Scientifique. De par son activité,
le CNC propose des logiciels couplés à des cartes d’acquisition
dédiées à l’étude des réactions des neurones à différentes
stimulations sensorielles, comportementales ou pharmacologiques.
Deux types de signaux à enregistrer
L’analyse de l’activité neuronale est réalisée sur des enregistrements de signaux issus d’électrodes intra-crâniennes, l’objectif
étant de corréler les changements de réponses neuronales à des
changements identifiables dans l’environnement ou la réponse du
sujet. Deux types de signaux sont enregistrés : des signaux dits
“haute fréquence” (20 kHz) qui capturent la réponse de plusieurs
Capture d’écran de l’IHM réservée à l’acquisition
“LabVIEW nous a permis de réaliser rapidement des IHM conviviales et complètes,
offrant à l’opérateur des indications précises et claires en temps réel.”
neurones (des spikes) et permettent de les discriminer sur la base
de la forme du signal ; des signaux “basse fréquence” (1 kHz),
reflétant des phénomènes plus lents tels que les mouvements
des yeux ou des changements de potentiels moyens. L’acquisition
des signaux est déclenchée suite à l’isolement satisfaisant de
spikes. Ceci se fait grâce à la visualisation de plages temporelles
caractéristiques, extraites par seuillage et visualisées par l’utilisateur
pour réglage. Des statistiques d’occurrence temporelle de ces
spikes, triés par forme d’enveloppe, sont ensuite réalisées par
un PC distant.
Concrètement, le système d’acquisition de signaux électriques
doit fonctionner sur PC (Windows XP) et effectuer l’acquisition
synchronisée de :
L’interface utilisateur permettra de gérer la préparation des essais
et la visualisation en temps réel des acquisitions ainsi que la
conversion des fichiers d’acquisition au format Plexon™ pour la
suite des analyses.
Deux cartes pour gérer 128 voies
Pour le développement de ce système, le CNC du CNRS a fait appel
à la société Médiane Système qui a proposé une solution matérielle
d’acquisition composée de deux cartes National Instruments
d’acquisition de données multifonctions de la Série M au format
PCI synchronisées entre elles à l’aide d’une nappe RTSI :
■■
■■
■■
32 voies analogiques à 20 kHz
■■
32 voies analogiques à 1 kHz
■■
64 voies numériques à 1 kHz pour le codage d’événements
discrets (précision 1 ms).
Les enregistrements peuvent durer une heure tout en étant
accessibles par un autre PC distant.
20 ni.com/france
une carte NI-PCI 6254 pour les voies haute fréquence
et 32 voies numériques
une carte NI-PCI 6224 pour les voies basse fréquence
et 32 voies numériques.
Ces cartes disposent d’entrées numériques cadencées, ce qui est
nécessaire pour respecter la précision demandée. Les horloges
d’acquisition (20 kHz, 1 kHz) des voies analogiques et numériques
sont partagées.
Capture d’écran de l’IHM réservée à la préparation
La solution logicielle s’articule autour d’un exécutable développé
entièrement sous LabVIEW.
Ce logiciel dispose principalement de 3 IHM (interfaces
homme-machine) :
■■
■■
■■
préparation : pour sélectionner les voies à acquérir et à
visualiser en temps réel (fichier de configuration XML)
acquisition : pour lancer l’acquisition, l’enregistrement sur
disque des données, la visualisation en temps réel sous
forme de graphe et le trigger à mémoire
conversion : pour sélectionner les fichiers d’acquisition
et conversion des données au format Plexon™.
Cartes NI, LabVIEW et MAX : l’intégration parfaite
Les possibilités de virtualisation offertes par MAX offrent une
gestion aisée des voies et groupes de voies des cartes NI dont
les noms sont récupérés dynamiquement par le logiciel. La
programmation des cartes d’acquisition NI a été facilitée grâce
au driver NI-DAQmx sous LabVIEW.
LabVIEW nous a permis de réaliser rapidement des IHM
conviviales et complètes, offrant à l’opérateur des indications
précises et claires en temps réel. Les temps de conversion
des fichiers d’acquisition ont été optimisés grâce à la gestion
multicœur du processeur ainsi qu’au découpage en threads des
traitements. La durée d’acquisition n’est limitée que par la taille
disponible sur le disque dur.
Eddy Duchene
Médiane Système
8, allée Irène Joliot Curie
69791 Saint-Priest Cedex
Tél. : +33 (0)4 72 79 12 50
Web : www.medianesysteme.com
ni.com/france
21
NI LabVIEW dépiste la défaillance auditive
chez le nouveau-né
Par Pierre LELEUX (stagiaire ENSM-SE, puis Doctorant Cifre chez MicroVitae Technologies),
Takayuki EJIRI (Ingénieur R&D chez MicroVitae Technologies), Michel FIOCCHI (Professeur associé ENSM-SE),
Thierry HERVÉ (président de MicroVitae Technologies)
L’objectif
La solution
Réaliser un appareil médical de diagnostic de surdité dans le cadre
du dépistage systématique de défaillance auditive néonatale à
partir d’un test de potentiels évoqués auditifs chez le nouveau-né
afin d’évaluer objectivement son seuil d’audition.
Utiliser LabVIEW pour communiquer avec l’appareil de stimulation
auditive et profiter des fonctions de traitement et de visualisation
du logiciel pour acquérir et analyser les réponses neuronales et
présenter les résultats au praticien.
Produit :
NI LabVIEW
La déficience auditive chez le nouveau-né entraîne des perturbations
touchant le développement de la communication et du langage,
autant que le développement cognitif. La détection précoce de ce
déficit est un enjeu de santé publique important et la France envisage
de rendre l’examen systématique à la naissance. À l’heure actuelle,
la principale difficulté est dans la précocité du dépistage qui doit
être pratiqué en maternité, soit sous 72 heures après la naissance,
puisque la durée de séjour de la maman en maternité tend à diminuer
encore (Cf. Durée moyenne de 4 jours en 2004). En termes d’examens,
le test des OtoEmissions Acoustiques (OEA), qui est le plus courant
actuellement, est utile mais reste difficile à pratiquer sous 72 heures
de façon fiable sur le nouveau-né du fait de l’encombrement
liquide de son conduit auditif, et qui, en cas de test positif (surdité
suspectée), nécessite souvent dans tous les cas un test de
Potentiels Évoqués Auditifs Acoustiques.
Réalisation d’un test de Potentiels Évoqués Auditifs Acoustiques
avec l’appareil µV-PEA
“LabVIEW a permis, dans le même environnement de travail, de développer aussi
bien la couche système, le driver d’instrument, qu’une application de haut niveau.”
Il existe différentes méthodes d’évaluation de la fonction auditive
chez l’enfant, comme l’audiométrie tonale mais la plupart sont
subjectives et nécessitent la participation active de l’enfant. Dans
le cas de l’exploration fonctionnelle chez les nouveau-nés, cette
participation n’est pas possible. Le recours aux potentiels évoqués
auditifs (PEAA) semble ici plus pertinent. Cet examen, dont le
résultat est quasi immédiat, se base sur la réponse électrique
nerveuse de l’appareil auditif suite à une stimulation acoustique.
Les potentiels évoqués auditifs acoustiques (PEAA) du tronc cérébral
correspondent à l’enregistrement cutané de l’activité électrique de
la chaîne auditive, à partir de la branche cochléaire du nerf vestibulocochléaire, et jusqu’aux premiers relais du tronc cérébral lors
d’une stimulation sonore. L’enregistrement des PEAA dérive
du principe de l’électroencéphalogramme ; des électrodes de
surface relèvent les potentiels électriques qui prennent naissance
à différents niveaux du système nerveux en réponse à une
stimulation acoustique. Selon la chronologie d’apparition des
réponses obtenues, il existe les potentiels tardifs, semi-précoces
et précoces ; ces derniers, dont la réponse est obtenue entre
1 et 10 ms après la stimulation, permettent de caractériser
de manière très précise le seuil d’audition d’un individu.
22 ni.com/france
Pour dépister la surdité chez le nouveau-né
En France, des études ont montré que le diagnostic de la surdité
est souvent posé trop tardivement pour proposer une prise en
charge adaptée. À l’heure actuelle, l’âge moyen de diagnostic de
surdité profonde est de 18 mois chez les enfants non dépistés, alors
qu’il est de 5 mois chez les enfants dépistés par otoémissions
acoustiques provoquées, autre test objectif de déficience auditive.
Dans le cas des PEAA, on recherche l’intensité sonore de stimulation
minimale qui déclenche l’apparition d’ondes caractéristiques d’une
réponse physiologique du tronc cérébral (seuil auditif), puis la
morphologie et les latences de ces ondes sont analysées et
permettent le diagnostic de pathologies endo ou rétro-cochléaires.
Les potentiels sont recueillis par des électrodes de surface en
réponse à des stimuli acoustiques brefs appelés clics. Les électrodes
sont placées, après préparation cutanée, au niveau du vertex, du
front et du lobule de l’oreille ou de la mastoïde. La stimulation
acoustique se fait sous forme de clics délivrés par des écouteurs
traditionnels ou écouteurs de type insert. La réponse correspond
aux signaux électriques dérivés de l’activité neuronale de l’appareil
auditif et représente le temps nécessaire aux signaux pour traverser
la cochlée et atteindre les premières aires corticales. Suivant les zones
traversées, des ondes significatives apparaissent : elles sont appelées
ondes I à V. Les latences des différentes ondes permettent de
diagnostiquer de manière objective le niveau de surdité d’un individu.
Dans le cas d’une stimulation de ce type, la réponse en amplitude
n’excède pas quelques µV et le bruit environnant, résultat de l’activité
cérébrale et musculaire permanente, empêche la caractérisation des
ondes significatives suite à une unique stimulation. Le rapport signal
à bruit est de l’ordre de -60 dB. Ce bruit étant non corrélé au signal,
sa variance diminue de manière inversement proportionnelle au
nombre de réponses moyennées. Le principe des potentiels évoqués
repose donc sur la multiplication de la stimulation, afin de minimiser
le bruit environnant par moyennage des signaux acquis. Dans le cadre
des PEAA, il est pour l’instant nécessaire d’effectuer entre 1000 et
2 000 stimulations à une fréquence d’environ 20 Hz pour chaque
intensité de stimulation afin de récupérer un signal exploitable.
Des performances de calcul accrues
LabVIEW a démontré dans ces réalisations sa grande souplesse
d’utilisation, en permettant dans le même environnement de travail,
de développer aussi bien la couche système, le driver d’instrument,
qu’une application de haut niveau, répondant aux exigences des
praticiens en matière de convivialité, d’ergonomie et de fluidité.
Cette application est utilisée avec l’appareil µV-PEA pour :
recueillir et analyser les signaux acquis au travers du driver
d’instrument afin de présenter à l’utilisateur final en temps réel
un signal de qualité
■■
■■
■■
gérer un grand nombre de configurations de l’appareil µV-PEA
afin de personnaliser son programme d’acquisition (fréquence
de stimulation, filtrage, nombre de stimulations…)
faciliter le protocole de l’examen et la gestion des patients en
permettant de s’interfacer à la base de données des patients,
d’archiver et de consulter des examens ainsi que d’éditer et
d’imprimer les comptes rendus.
Au niveau des performances du matériel, on peut considérer que
les potentiels sont exploitables à partir de 450 stimulations, soit
3 fois moins qu’actuellement. La durée et la pénibilité de l’examen
s’en voient donc réduites considérablement.
Un système utilisable dans d’autres situations
Interface de compte-rendu d’examen de PEAR (conçue sous LabVIEW)
Un appareil de mesure conçu pour les
enregistrements électro-encéphalographiques
L’appareil µV-PEA regroupe les fonctions de génération de signaux
acoustiques et de captation des réponses électriques et assure
une synchronisation parfaite des deux fonctions qui autorisera le
moyennage des signaux recueillis. Il est composé de deux boîtiers
dits “Front-End“ et “Back-End“.
Les électrodes sont branchées sur le Front-End via des connecteurs
touch-proof. Pour cette raison, le Front-End est positionné près
du Patient et c’est un boîtier très compact. Le Front-End contient
toute l’électronique d’amplification et de filtrage ainsi que la chaîne
de conversion A/N. Les gains de 1000 à 16 700, et la fréquence
d’échantillonnage de 30 kHz à 200 kHz sont programmables. Le
Front-End permet aussi de réaliser un test d’impédance entre
électrodes de façon à vérifier que les électrodes sont bien en
place sur le Patient. Le Front-End est connecté au Back-End via
un câble d’une longueur de 3 à 10 m.
Le Back-End, situé près de l’ordinateur, assure l’interface de dialogue
et le transfert des données en temps réel vers l’ordinateur via sa
connexion USB. Il contient aussi le stimulateur acoustique programmable (intensités de 40 à 110 dB, stimuli de forme programmable)
et une sortie AUDIO pour le casque ou l’insert auditif.
Grâce à une interface très ergonomique réalisée dans l’environnement
LabVIEW, le praticien suit en temps réel la construction du PEAA
au cours des stimulations acoustiques délivrées au rythme de 20 à
60 stimuli par seconde. Le recueil d’un PEAA dure typiquement 20
à 30 secondes.
Si cette solution permet un diagnostic objectif du niveau de
surdité d’un nouveau-né, elle peut remplir de nombreuses autres
missions. L’examen étant le même pour un adulte, cet appareil
permet également de réaliser les tests de potentiels évoqués
auditifs chez l’adulte.
Le µV-PEA répond à des normes européennes ; c’est un dispositif
médical de classe II. Il a été, par exemple, utilisé pour vérifier
l’intégrité du nerf auditif pendant une chirurgie ORL à risque dans
le cadre d’un Projet Hospitalier de Recherche Clinique (PHRC) au
CHU-Nord de Marseille. Pour cela, une micro électrode a été placée
sur le nerf de l’audition et branchée au µV-PEA. Des électrodes
spécifiques sont fabriquées par MicroVitae Technologies pour cette
utilisation. La petite taille et la modularité de l’appareil sont très
appréciées en bloc opératoire ; le chirurgien dispose ainsi d’un
outil offrant une sécurité pour préserver l’audition du patient.
Une version dérivée de cet appareil, le µV-Lab, est aujourd’hui à
l’étude en collaboration avec le laboratoire de Bio-Électronique
(BEL) de l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
devant aboutir à un matériel de laboratoire dédié à la mise en œuvre
d’une nouvelle technique d’électrophysiologie d’enregistrement
des courants ioniques neuronaux via transistors polymères.
Pierre LELEUX
MicroVitae Technologies
Pôle d’Activité Y. Morandat
1480, avenue d’Arménie
13120 Gardanne
Tél. : +33 (0)4 42 61 67 10
Web : www.microvitae.com
ni.com/france
23
Contrôle acoustique de démarreurs
en fin de ligne de production
Par Pierre MOLLON, Valeo Démarreurs, et Jean-Michel CHÂLONS, Saphir
L’objectif
La solution
Réaliser un système qui permette d’associer une mesure
acoustique objective au jugement subjectif d’un opérateur lors du
contrôle de bruyance de démarreurs en fin de ligne de production.
Ce système doit pouvoir fonctionner sans modifier l’existant,
dans une ambiance bruitée et rester d’un coût limité.
Développer sous LabVIEW une application basée sur un module
d’acquisition de données USB-9234 permettant d’effectuer une
analyse en temps réel de la mesure acoustique en champ proche,
pour apporter une recommandation objective à l’opérateur.
Produits :
Acquisition de données par USB, NI LabVIEW
Les démarreurs automobiles sont des machines tournantes
constituées d’un moteur électrique à courant continu, de
0,8 à 2,4 kW pour les véhicules légers, d’au moins un réducteur
(pignon du démarreur et couronne du volant moteur), parfois d’un
réducteur interne (épicycloïdal ou droit) pour les plus puissants,
et enfin d’un contacteur qui assure le contact de puissance et la
gestion des mouvements d’engagement et de dégagement du
pignon dans la couronne.
Chacun de ces éléments est susceptible de générer une bruyance
dont les caractéristiques sont très différentes (chocs, fréquences
pures ou bande de fréquence) mais qui doivent être contrôlées à
100 % en fin de ligne de production afin de garantir une qualité
de fabrication à nos clients.
Le contrôle de bruyance doit être effectué
une fois le démarreur assemblé
Pour des raisons pratiques, le contrôle de bruyance est une des
dernières opérations, juste avant la mise en conditionnement
pour l’expédition. Les opérateurs affectés à ce poste sont formés
à l’écoute et au jugement de la bonne ou mauvaise sonorité
du démarreur.
Les avantages de la procédure humaine sont nombreux : les
bruits sont divers avec de nombreux transitoires difficiles à
quantifier. L’oreille est très adaptée à ce genre de situation et
particulièrement pertinente pour détecter des bruits singuliers,
inattendus ou désagréables (frottements, modulations…). De
plus, l’environnement acoustique étranger aux démarreurs, bien
que très perturbé sur la chaîne, influence peu le jugement de
l’opérateur qui peut réitérer une écoute le cas échéant pour
confirmer un doute.
Assistance au contrôle en environnement sévère
En revanche, il est bien connu que l’oreille peut dériver ;
notamment si le niveau de bruit moyen augmente, le jugement
a tendance à varier. Celui-ci est par ailleurs influençable par
la fatigue qui peut conduire à une hyper sélection comme
à laisser passer des bruyants.
Pour pallier ces inconvénients, on pourrait automatiser des mesures
acoustiques en environnement calme (voire anéchoïque) et des
24 ni.com/france
La mesure automatique de niveaux acoustiques apporte une
recommandation objective à l’opérateur, lequel reste décisionnaire.
traitements complexes notamment des signaux transitoires ; de
telles procédures intrusives sur la ligne de production seraient
longues à mettre en place et onéreuses ; elles s’avèrent en outre
de fiabilité réduite, la qualification subjective gardant tout son
sens pratique.
C’est une solution mixte qui a été conçue avec l’aide de Saphir,
partenaire Alliance de National Instruments, en effectuant la
mesure et l’analyse automatique de niveaux acoustiques en
champ proche, pour apporter une recommandation objective
à l’opérateur, lequel reste décisionnaire au final.
Un module cRIO-9234 pour la mesure acoustique
La mesure acoustique nécessite un numériseur type DSA
(Dynamic Signal Acquisition) équipé de filtre antirepliement. Le
matériel choisi est un module d’acquisition de signaux dynamiques
de la Série C (NI 9234) installé dans un support USB monomodule
(NI 9162). Ce module alimente un microphone à électronique
intégrée de type IEPE. Si l’une des voies du module sert à la
mesure acoustique, une deuxième voie est affectée à la mesure
de tension d’alimentation du démarreur pour borner la portion
de signal significatif. La capture du signal d’intérêt est en effet
déclenchée par la variation de la tension d’alimentation du
démarreur testé. Cette mesure est alors quantifiée en termes
de niveaux sur plusieurs plages paramétrables de fréquence,
qui comparés à des seuils programmés, donneront un jugement
objectif d’acceptabilité ou de rejet.
À noter que les critères numériques associés à chaque série
de démarreurs sont déterminés au terme d’une investigation
préalable à l’aide du logiciel en mode administrateur, par un
spécialiste assisté des opérateurs.
particulièrement adaptés. Enfin sa simplicité de mise en place
permet de réaliser des contrôles temporaires ailleurs que sur
la ligne pour la mise au point de prototypes ou le contrôle de
séries spécifiques.
Le système présente un écran simple à interpréter
Jean-Michel CHÂLONS
Saphir
50, rue du Mail
38530 Barraux
Tél. : +33 (0)4 38 92 15 50
Web : www.saphir.fr
Un feu vert recommande l’acceptation ; un feu rouge indique un
dépassement de seuil. La traçabilité est assurée par un journal de
bord qui collecte et horodate les indicateurs de niveaux mesurés
et de jugement de toutes les pièces contrôlées. Les signaux bruts
des “mauvais“ sont stockés en fichiers audio afin de pouvoir
être analysés a posteriori si nécessaire. Une option permet de
forcer l’enregistrement de tous les signaux bons ou mauvais en
vue d’investigations.
Les deux voies résiduelles du module NI 9234 sont utilisées
optionnellement en mode apprentissage pour mémoriser le
jugement de l’expert par deux boutons-poussoirs lors des
phases d’évaluation des critères d’une nouvelle série.
Les signaux sont acquis en mémoire circulaire continue ;
l’analyse à la volée de la voie alimentation retient la portion
stable de fonctionnement qui est traitée pour calculer et afficher
immédiatement les indicateurs pertinents.
Pierre MOLLON
P2 Acoustic and vibration manager
Valeo Démarreurs
38070 Saint-Quentin-Fallavier
Tél. : +33 (0)4 74 82 53 73
Web : www.valeo.com
“La simplicité de mise en place du système permet de réaliser des
contrôles temporaires ailleurs que sur la ligne pour la mise au point
de prototypes ou le contrôle de séries spécifiques.”
Plusieurs paramètres sont définis par l’expert
Afin de suivre différentes composantes du bruit (balourd, niveau
global, niveau réducteur…), chaque critère est nommé et paramétré
par une bande de fréquence et des seuils haut et bas. Les niveaux
sont exprimés en unités physiques (µPa) et en dB linéaire ou
pondéré A.
La quantification de ces paramètres nécessite de filtrer les profils
de niveaux d’énergie relevés afin de s’affranchir de fréquents
bruits parasites liés à l’ambiance du local.
La recommandation se révèle négative dès la présence d’au
moins un indicateur dépassant son seuil ; cependant, la valeur
de chaque critère est affichée en tableau sur cellules de fond
coloré représentant les jugements partiels, de façon à renseigner
clairement l’opérateur sur l’origine du défaut.
Les opérateurs rassurés et les clients aussi
Depuis la mise en place du système, les opérateurs se sentent
“réconfortés“ par la présence de ce conseil qui leur permet
de s’appuyer sur une mesure objective tout en gardant un avis
subjectif sur la qualité acoustique de l’exemplaire testé. De plus,
le client est lui aussi rassuré par cette mesure objective qui
introduit une continuité de jugement sur la production.
Le système est amené à être déployé prochainement sur
d’autres lignes notamment dans les implantations à l’étranger
où la facilité d’utilisation, la non-intrusion et le coût modeste sont
ni.com/france
25
NI LabVIEW supervise les bancs d’essai
fin de ligne des boîtes de vitesses MCx
sur le site PSA de Valenciennes
Par Samuel PACEY, Styrel Technologies
L’objectif
La solution
Tester en fin de ligne et en automatique 100 % des boîtes
de vitesses manuelles et pilotées, assemblées sur le site
PSA de Valenciennes.
Mettre en œuvre l’environnement de programmation graphique
NI LabVIEW pour assurer le pilotage et la supervision de moyens
d’essai entièrement automatisés, intégrés à la ligne d’assemblage
des boîtes de vitesses MCx.
Produits :
PCI, acquisition de données, NI LabVIEW
Le site PSA de Valenciennes possède une ligne d’assemblage de
boîtes de vitesses (BV) 6 rapports manuelles (MCM) ou pilotées
(MCP) dont la cadence est aujourd’hui d’environ 2 000 boîtes/jour.
Cette ligne de production est équipée de trois bancs d’essai fin
de ligne (appelés banc série) chargés de tester et de valider ces
boîtes avant montage final sur véhicule.
Trois bancs d’essai série, trois bancs
d’apprentissage et un banc d’expertise
Par ailleurs, trois bancs d’apprentissage, positionnés en amont
et en aval des bancs série, sont destinés à l’apprentissage de la
grille de passage et au test de fonctionnalités spécifiques des BV
pilotées (test calculateur, course butée d’embrayage CSC).
Enfin, deux bancs hors ligne sont également présents : le banc
expertise permet de (re)tester des boîtes en retour de ligne
d’assemblage ainsi que des boîtes prototypes ; le banc serveur,
connecté à l’ensemble des bancs précédents par un lien Ethernet,
permet de centraliser les données spécifiques à chaque type
de BV (paramétrage et tolérances, cycle d’essai) et d’archiver
l’ensemble des fichiers résultats produits par banc et type de BV.
Le développement de ces bancs (apprentissage, série, expertise)
est réalisé depuis 2006 par Styrel Technologies, partenaire Alliance de
National Instruments. Tous font appel au pilotage d’entrées/sorties et
de modes de communication divers (Profibus, Modbus/TCP, CAN)
pour exécuter les fonctions de chargement, test et déchargement de
la BV. Les logiciels de ces bancs développés sur une base commune
sous LabVIEW assurent également des fonctions de paramétrage du
moyen, des types de BV et cycles d’essai et, enfin, de visualisation
et d’archivage des résultats en fin de cycle.
Vue générale d’un banc série réalisant
le test automatique des boîtes de
vitesses de type MCx
■■
■■
■■
■■
Boîte de vitesses en cours de test
passage de rapports (vérification du rapport engagé, du ratio,
des temps de passage, courses et efforts)
anti-lâchers (application d’un effort sur un rapport engagé pendant
un temps donné pour constater si le rapport reste en position)
analyse vibratoire pendant les phases de Tirage et Rétro
test synchros (passage rapports successifs permettant de
vérifier le fonctionnement du synchro).
Par ailleurs, la réalisation du cycle de test complet nécessite un
certain nombre de fonctions utilitaires :
■■
mise en vitesse
■■
arrêt moteurs
■■
test remplissage d’huile, envoi ordre vidange
■■
embrayage, débrayage…
“Le choix de NI LabVIEW comme outil de développement s’est avéré, avec le recul,
particulièrement judicieux dans la mesure où la programmation graphique facilite les
tâches de mise au point nécessairement longues sur un moyen d’essai aussi complexe.”
Des tests multiples effectués en dynamique
Les trois bancs série positionnés en parallèle du convoyeur en fin
de ligne d’assemblage sont strictement identiques et permettent
de réaliser principalement les tests suivants :
26 ni.com/france
Ces fonctions de test ou utilitaires appelées macro-commandes sont
exécutées en engageant successivement tous les rapports de la BV
(1ère à 6ème, Neutre, Marche Arrière) et en entraînant celle-ci à des
régimes moteurs différents (régulation en vitesse ou couple) selon la
Écran principal du logiciel LabVIEW de
pilotage du banc série lors de l’exécution du
cycle d’essai des boîtes de vitesses pilotées
Paramétrage des tolérances de mesure
associées à un type de boîte de vitesses
Configuration d’un type de boîte de vitesses
(ratios, efforts passage, paramètres anti-lâcher)
fonction exécutée. Le test des boîtes en dynamique requiert effectivement la présence sur les bancs série d’un moteur d’entrée, relié par
l’intermédiaire d’un embrayage, à la BV en test ainsi que d’un moteur
de sortie associé aux deux sorties différentielles (accouplées) de la
BV. Ainsi, dans le cas du test Synchro, la BV est entraînée par le
moteur de sortie, le moteur d’entrée étant débrayé et à l’arrêt. Ces
moteurs sont pilotés par des variateurs Siemens qui communiquent
avec l’applicatif LabVIEW de pilotage du banc par l’intermédiaire
d’une table d’échange Profibus pour l’envoi des paramètres de
gains, de consigne de vitesse, consigne et limite de couple lors de
l’exécution des fonctions de test.
Profibus, Modbus/TCP et CAN
Le réseau Profibus est également utilisé pour assurer la communication depuis LabVIEW avec une baie de mesure acoustique Reilhofer
à l’occasion des phases de Tirage et Retro ainsi qu’avec un robot
de passage Clemessy qui effectue les passages rapport des boîtes
manuelles (MCM) et les mesures associées (course/effort, démérite),
les passages rapport en ce qui concerne les boîtes pilotées MCP
s’effectuant par un dialogue CAN avec le calculateur de BV. Le
dialogue avec l’automate du banc (gestion convoyeur, chargement
et déchargement BV…) a lieu par l’intermédiaire d’une table
d’échange de type Modbus/TCP.
Enfin, un certain nombre de signaux d’entrées/sorties sont gérés
directement par le logiciel LabVIEW : des codeurs permettant de
mesurer la vitesse des arbres moteurs à l’entrée et à la sortie de la
BV sont reliés à une carte compteur/timer NI PCI-6602, la position
Embrayée/Débrayée de l’arbre primaire est reliée à des entrées
TOR d’une carte multifonction NI PCI-6229 tandis que les entrées
analogiques de cette même carte sont utilisées pour récupérer des
signaux 4-20 mA (via un module de conditionnement SC 2345)
provenant des variateurs Siemens (vitesse, couple, tension et
courant moteurs).
Définition d’un cycle d’essai (type,
paramétrage et articulation des
fonctions de test)
Exemple du panneau associé
à la fonction de passage de rapport
sur boîte de vitesses pilotée
Une architecture logicielle structurée et évolutive
Le logiciel LabVIEW de supervision et pilotage des bancs série a été
conçu, à la demande du client, d’une manière structurée et évolutive
en distinguant clairement les fonctionnalités de supervision, de
séquencement, de pilotage d’E/S et communication bas niveau,
d’édition des paramètres, tolérances et cycle de test, de gestion des
défauts et sécurité.
Ce logiciel permet, par ailleurs, de modifier à tout moment la
configuration d’un type de boîte de vitesses en termes de définition
(ratios, efforts de passage…), tolérances de mesure et cycle d’essai
associés. Il est également aisé de créer ou de modifier un cycle
d’essai en utilisant un éditeur de séquence personnalisé qui permet
de définir l’enchaînement et le paramétrage des macro-commandes.
Ces dernières étant, qui plus est, extérieures à l’exécutable de
l’application et appelées de manière dynamique, elles peuvent être
créées ou modifiées a posteriori pour prendre en compte, par
exemple, un nouveau type de boîtes de vitesses.
Le logiciel développé possède, outre l’écran principal, un certain
nombre d’autres interfaces utilisateurs permettant par exemple de
piloter manuellement l’ensemble des organes constituant le banc
d’essai, d’éditer l’historique des défauts constatés ou de modifier la
configuration du banc. Chacune de ces fonctionnalités est ensuite
accessible selon le niveau de privilège de l’utilisateur et le mode
d’exécution en cours (automatique, semi-automatique ou manuel).
NI LabVIEW : l’outil de développement approprié
Le choix de LabVIEW comme outil de développement s’est avéré,
avec le recul, particulièrement judicieux dans la mesure où la
programmation graphique facilite les tâches de mise au point
nécessairement longues sur un moyen d’essai aussi complexe. En
outre, le contexte d’utilisation de ces bancs requiert des reprises de
code fréquentes pour adapter les fonctions de test à de nouveaux
types de BV ou réduire les temps de cycles pour accompagner la
montée en production actuelle.
Samuel PACEY
Styrel Technologies
1, rue Léonard de Vinci
ZI le Parc
91220 Le Plessis-Pâté
Tél. : +33 (0)1 69 88 85 29
Web : www.styrel.fr
ni.com/france
27
Le CEAT caractérise les équipements
aéronautiques face au vent relatif à l’aide
du PXI et de NI LabVIEW
Par Marc Engel, TMI Tech, et Philippe Mouligne, DGA/CEAT/IML Département Mesures
L’objectif
La solution
Réaliser une centrale d’acquisition et de traitement de signaux
pour la caractérisation d’équipements aéronautiques face au
vent relatif dans un environnement aux contraintes CEM particulièrement sévères. Ce système doit fonctionner en extérieur.
Mise en place d’une baie « outdoor » accueillant un châssis
PXI, qui intègre du matériel PXI d’acquisition de signaux ainsi
qu’un pont MXI, et d’un PC distant équipé du moteur d’exécution
LabVIEW et des pilotes NI-DAQmx de National Instruments.
Les cartes de conditionnement de signaux du CEAT ont été
intégrées dans cette architecture.
Produits :
PXI, acquisition de données, interface MXI, NI LabVIEW
TMI-Tech est une société spécialisée dans l’informatique
industrielle, l’automatisme, et l’intégration robotique. Dans
le cadre du projet de rénovation logicielle de la centrale
d’acquisition WINDBLAST, pour le compte du CEAT, centre
d’essai aéronautique de la DGA, TMI-Tech a mis en œuvre
ses compétences en développement d’un système complet
intégrant du matériel et du logiciel.
Un test destructif exigeant un haut degré de fiabilité
Le CEAT dispose d’un moyen d’essai dénommé Windblast
offrant la possibilité aux industriels aéronautiques de venir vérifier
la tenue de leurs systèmes face au vent relatif. La particularité
de ce moyen d’essai est de pouvoir générer n’importe quel
profil de vitesses de vent (jusqu’à 0,94 Mach) sur une section
utile de 2 m x 1 m. Dans la plupart des cas, la durée de l’essai
ne dépasse pas cinq secondes mais les équipements ne sont
plus bons de vol à l’issue de l’essai.
Il faut donc pouvoir acquérir le maximum de données de
mesures, de manière fiable et certaine à chaque essai, et qui
pourront servir à des études et développements ultérieurs.
Le moyen d’essai Windblast du CEAT doit fonctionner en extérieur,
dans un environnement aux contraintes CEM particulièrement sévères.
résultat d’opérations mathématiques appliquées sur les voies
analogiques. Grâce au pilote NI-DAQmx, la carte d’acquisition
a pu être configurée pour gérer l’échantillonnage et les mises
à l’échelle des signaux analogiques et numériques, laissant
ainsi le logiciel d’application se concentrer sur les traitements
“L’utilisation d’un pont MXI, couplé à de la fibre optique, a permis de garantir
la qualité de communication requise en s’affranchissant des contraintes CEM.”
L’utilisation d’un pont MXI, couplé à de la fibre optique, a
permis de garantir la qualité de communication requise pour
faire remonter toutes les données au PC de supervision
distant de 100 m en s’affranchissant des contraintes CEM.
d’alarme, d’enregistrement et d’affichage des voies. Lors du choix
du format d’enregistrement des données, TMI-Tech a préféré
l’utilisation du format TDMS pour sa rapidité et sa légèreté.
Un traitement en différé
Une grande quantité de données
Composé d’un châssis PXI-1036 à six emplacements, doté d’un
module PXI-6225 d’acquisition de données multifonction et d’un
module PXI-8336 d’interface MXI-4, le système est dimensionné
pour acquérir 40 voies analogiques différentielles et deux voies
numériques à la fréquence maximale de 3 kHz. À cela s’ajoutent
un maximum de 8 voies, dites calculées, qui correspondent au
28 ni.com/france
Vu la durée très réduite d’un essai, les signaux acquis ne peuvent
pas être étudiés en temps réel ; c’est pourquoi une fonctionnalité
de traitement différé a été développée. Elle permet de visualiser
les données enregistrées, en provenance de différents fichiers,
d’effectuer des calculs sur ces données, pour des conversions
d’unité par exemple, et d’imprimer les courbes visualisées.
Pilotée en MXI par un PC distant, la centrale d’acquisition est basée
sur du matériel PXI et intègre les cartes de conditionnement
de signaux du CEAT.
Des difficultés ont été rencontrées pour mettre en œuvre une
impression des graphiques de qualité exploitable. Toutefois,
l’utilisation des rapports LabVIEW au format HTML, avec
l’insertion d’une capture d’écran de la face-avant, ont permis
d’obtenir un résultat satisfaisant.
Une application facile à déployer
La solution fournie par TMI-Tech au CEAT comporte un
programme d’installation du logiciel. Le module Application
Builder intégré à LabVIEW a servi pour générer facilement
les fichiers exécutables de l’application et de l’installeur. Le
programme d’installation a pu être configuré de manière simple,
via les paramètres de l’Application Builder, pour n’installer
que le minimum nécessaire au fonctionnement de la centrale
d’acquisition, à savoir le moteur d’exécution de LabVIEW,
les pilotes NI-DAQmx et l’application.
Marc Engel
Directeur Technique
TMI-Tech
1254, chemin du Turel
31700 Daux
Tél. : +33 (0)5 31 61 63 90
ni.com/france
29
Crafelec choisit le système de vision embarqué
NI EVS pour contrôler des câbles automobiles
Par Stéphane Ramel, Responsable d’agence, Crafelec (Sées)
Laurence Guerittot, Chargée marketing & communication, Alliance Vision
L’objectif
La solution
Contrôler unitairement le marquage puis la coupe de
câbles de bougies pour l’automobile.
Installer deux contrôleurs EVS (un par tâche) gérant plusieurs
caméras de marque Sony, avec un système télécentrique Vision
& Control pour le contrôle de la coupe. Les contrôleurs EVS
communiquent avec un automate pour la gestion des paramètres
de production.
Produits :
Système de vision embarqué (EVS), NI Vision Builder
for Automated Inspection
Implantée en Basse-Normandie depuis plus de 14 ans, la société
Crafelec intervient sur l’ensemble du Grand Ouest dans les
domaines de l’automatisme, de l’informatique industrielle, de
l’électricité et de la maintenance industrielle.
La société a été sélectionnée pour développer et mettre en œuvre
une solution de contrôle par vision pour le marquage et la coupe
de câbles de bougies. Le client final est un fabricant de faisceaux
électriques pour l’automobile.
Le marquage consiste à appliquer par tampographie un numéro
de traçabilité et un repère visuel. Ce contrôle était réalisé par
des opérateurs (vérification visuelle) avec les erreurs que cela
engendre. Le coût de ces erreurs (gestion des retours clients,
tri des lots défectueux…) a motivé le fabricant pour investir dans
une solution de vision automatisée.
Les câbles sont ensuite sectionnés et nécessitent un deuxième
contrôle pour éliminer ceux où la coupe est défectueuse
(dépassement de brins…).
Les contraintes de l’application sont multiples : intégration sur
machine existante (volume réduit et forte contrainte vibratoire),
localisation aléatoire du marquage du fait de la rotation du câble
pendant son déplacement, cadence de 2 800 pièces par heure,
caractérisation précise des défauts à déterminer.
Deux systèmes de vision et un automate
Pour le premier système de vision (vérification du marquage),
la solution retenue a été d’installer sur posage indépendant
de la machine :
■■
■■
■■
■■
1 contrôleur EVS-1464RT de National Instruments
3 caméras Sony XCD-V60 CR implantées chacune à 120 °
pour couvrir 360 ° et ainsi lire les informations quelle que
soit l’orientation du câble lors de son déplacement
3 objectifs Pentax C1614-M (haute résolution)
3 éclairages linéaires à leds blanches LAL14 de
Vision & Control.
30 ni.com/france
“Les objectifs sont clairement atteints :
un seul retour client en trois mois de
fonctionnement qui, après analyse, s’est
révélé être dû à une erreur humaine.”
Pour le second système de vision (contrôle de la coupe), la
solution est basée sur le même principe :
■■
1 contrôleur EVS-1464RT de National Instruments
■■
2 caméras Sony XCD-V60 CR
■■
2 objectifs télécentriques T100 Vision & Control
■■
2 éclairages télécentriques TZB10-R Vision & Control.
Des tests ont validé que des objectifs de type télécentrique
permettaient d’obtenir une image idéale. Le choix s’est donc
porté sur la gamme d’objectifs et éclairages télécentriques
Vision & Control.
Les deux contrôleurs EVS communiquent avec un automate
Schneider Electric (TSX57) qui régit les changements de
références, les déclenchements de caméras via un codeur, et les
résultats bon/mauvais pour l’éjection des pièces défectueuses.
Pour la partie logicielle, Crafelec a fait le choix de travailler avec
NI Vision Builder for Automated Inspection (AI), environnement
de développement d’applications de vision industrielle par
configuration, sans aucune programmation.
La faisabilité du projet (préconisation matérielle, test…) s’est
déroulée en collaboration avec la société Alliance Vision, partenaire
historique de Crafelec, et fournisseur des composants vision.
Le support technique apporté par Alliance Vision pendant le
développement et la phase de mise au point a d’ailleurs été un
facteur important de réussite pour le projet.
Un traitement multicœur pour plusieurs caméras
L’EVS (Embedded Vision System) de National Instruments est
un nouveau système de vision embarqué parfaitement adapté
au contrôle industriel “temps réel haute vitesse“ recherché
dans cette application, grâce à son traitement multicœur pour
plusieurs caméras.
Les E/S du système de vision EVS sont utilisées pour communiquer, via un automate, avec la machine de marquage et de coupe des câbles.
Gérant les interfaces Firewire et GigE Vision, il est connecté à des
caméras Sony IEEE 1394b cadencées à 800 Mbit/s et permettant
une fréquence élevée (jusqu’à 90 images par seconde).
Le vaste éventail d’entrées/sorties proposé a permis son
intégration à un automate pour communiquer avec la machine
de marquage et de coupe des câbles.
Enfin, il s’est adapté aisément aux contraintes dimensionnelles
de par son format compact.
Des tests de mise en œuvre plus que concluants
La mise en œuvre s’est déroulée dans un laps de temps très court
en tenant compte des contraintes de production et notamment du
peu de temps disponible pour implanter et valider le système.
Cette solution a permis de libérer l’opérateur du contrôle visuel
de chaque cordon et ainsi d’éviter les erreurs.
Les objectifs sont clairement atteints : un seul retour client en
trois mois de fonctionnement qui, après analyse, s’est révélé être
dû à une erreur humaine.
Perspectives d’utilisation
L’application va évoluer pour contrôler d’autres références et
notamment contrôler l’absence du repère visuel sur d’autres
types de cordon.
La solution devrait être mise en œuvre sur d’autres machines
du même type.
Stéphane Ramel
Responsable d’agence Crafelec
61500 Sées
Tél. : +33 (0)2 33 27 69 80
Web : www.crafelec.com
Laurence Guerittot
Chargée marketing & communication
Alliance Vision
26200 Montélimar
Tél. : +33 (0)4 75 53 14 00
Web : www.alliancevision.com
ni.com/france
31
Audit énergétique d’une installation
de climatisation solaire
Par Stefan DATCU, Département Ingénierie, Bouygues Bâtiment International
L’objectif
La solution
Implémenter un système de monitoring du fonctionnement
d’installation de climatisation par groupes frigorifiques
à adsorption.
Mettre en place un système de mesure en temps réel, évolutif,
basé sur la plate-forme CompactRIO et LabVIEW Real-Time,
permettant l’acquisition à distance, le traitement et le stockage
des mesures.
Produits :
Dans le cadre de la démarche R&D de Bouygues Bâtiment
International, cette application a comme objectif d’analyser les
performances in situ d’une installation de climatisation solaire
équipée notamment de groupes frigorifiques à adsorption, de
grande capacité.
Cet audit énergétique sera réalisé par sous-système énergétique,
soit : les panneaux solaires thermiques, le stockage d’eau chaude
solaire, les groupes à adsorption et les systèmes de distribution
d’eau glacée/eau condenseur.
Besoin d’une technologie sans fil et d’un
prétraitement local
Étant donnée la localisation de chaque sous-système sur site,
il était souhaitable d’implémenter un système d’acquisition réparti
permettant un échange de données entre ces différents modules
par une technologie sans fil.
Groupe froid à adsorption
Quatre châssis CompactRIO
Un deuxième pré-requis de la chaîne de l’acquisition était
la mise en place des prétraitements des mesures brutes
permettant de délester au maximum la charge d’un serveur
de stockage de données et de minimiser l’effort de calcul
lors de leur exploitation ultérieure.
L’application prend en charge 27 mesures de température par des
thermocouples de type T, 10 mesures de débit d’eau par sortie
proportionnelle en 4-20 mA et des mesures d’intensité de courant
électrique alternatif par un signal tension -10 V/+10 V, proportionnel
à la valeur instantanée.
“Le CompactRIO équipé d’un circuit FPGA s’est avéré être la solution idéale.”
Étant donnés ces pré-requis, le CompactRIO équipé d’un circuit
FPGA s’est avéré être la solution idéale. De plus, ce système permet
un réel parallélisme de l’acquisition des données que l’effort de calcul
requis par les prétraitements n’affecte pas. Ces prétraitements sont
confiés au FPGA intégré au châssis CompactRIO.
Le contrôleur du CompactRIO prend en charge le post-traitement
haut niveau et l’échange “Wireless“ des données résultantes
entre les différents systèmes CompactRIO “esclaves“ et un
système CompactRIO “maître“ qui implémente une interface
Web, supportée par LabVIEW Real-Time, pour transférer des
données à distance ou modifier les paramètres de l’acquisition.
Réservoir de stockage de l’eau chaude solaire
32 ni.com/france
Architecture synthétique de l’instrumentation
Les modules de conditionnement NI 9213, NI 9205 et
NI 9206 sont répartis selon les besoins entre quatre châssis
NI cRIO-9074.
Le post-traitement des données de mesure est réalisé
sous LabVIEW également, et présenté à travers une
interface ergonomique.
La physique qui gouverne le comportement de l’installation
de climatisation solaire permet des pas d’échantillonnage de
l’ordre de la minute. Toutefois, les prétraitements, effectués
par le FPGA des CompactRIO et permettant la réduction de
l’incertitude des mesures brutes, sont réalisés à des fréquences
d’échantillonnage bien supérieures. Pour les mesures de
température et de débit d’eau, l’acquisition est faite à environ
1 Hz. Pour les mesures de courant, elle est faite à 2,4 kHz afin
d’en déduire une valeur de courant RMS et de détecter les
éventuelles harmoniques.
À suivre…
La programmation FPGA et temps réel en LabVIEW est
largement facilitée par des VIs haut niveau et l’aide étoffée,
disponible dans ce domaine.
L’application est actuellement en phase de mise en
route. Cet article sera complété une fois les premiers
résultats disponibles.
Stefan DATCU
Bouygues Bâtiment International
1, avenue Eugène Freyssinet
78061 Saint-Quentin-en-Yvelines
Tél. : +33 (0)1 30 60 43 25
Web : www.bouygues-construction.com
ni.com/france
33
NI LabVIEW supervise les installations
d’essais dynamiques chez EADS Astrium
Space Transportation
Par Vincent ROUSSEL, Service Essais Dynamiques et Pyrotechniques, EADS Astrium Space Transportation
L’objectif
La solution
Disposer d’un outil permettant la détection de défaillances lors
du fonctionnement des installations d’essais, ainsi qu’une aide
au diagnostic.
Mettre au point une architecture de collecte d’informations basée
sur un réseau de systèmes Compact FieldPoint, une centralisation
et un traitement des données par une application développée
sous LabVIEW.
Produits :
NI Compact FieldPoint, NI LabVIEW
Le service Essais Dynamiques et Pyrotechniques d’Astrium
Space Transportation procède aux essais de développement
et de qualification aux ambiances vues par le missile M51 ou le
lanceur Ariane 5 lors de leurs différentes phases de vie (transport,
phase de manutention, décollage, domaine de vol, rentrée
atmosphérique…). Étant donné que les spécimens en essais
sont des objets uniques (prototypes ou objets de vol), la maîtrise
des épreuves lors des tests est cruciale. Cette maîtrise des
ambiances sur les spécimens testés passe par une fiabilisation
de chaque installation d’essais, associée à un monitoring des
moyens en phase fonctionnelle.
Malgré la spécificité de nos installations d’essais et la nécessité
de les superviser 24 h/24, l’application bâtie autour d’une
architecture Compact FieldPoint gérée par LabVIEW s’est
révélée à la fois robuste, conviviale et évolutive.
Pas moins de 120 paramètres à capturer
Une AMDEC (Analyse des Modes de Défaillances, des Effets et
de leurs Criticités) menée sur les installations d’essais, a permis
l’identification des organes à surveiller et des points de collecte
d’informations associés. Pour chaque installation (quatre au total),
un châssis Compact FieldPoint cFP-2100, équipé de modules
cFP-AI-118, RTD-124 et AI-111, assure le conditionnement des
capteurs, la numérisation et la transmission des signaux vers
LabVIEW. Ainsi, environ 120 paramètres (soit 30 signaux par
installation) sont capturés localement, puis acheminés via un réseau
Ethernet/fibre optique et traités par l’application de supervision.
Une des quatre installations d’essais à surveiller
sous l’application. En temps réel, les signaux collectés sur ces
organes sont comparés aux domaines de fonctionnement nominal.
Si un signal reçu sort de la plage de fonctionnement normale,
une alerte est générée par l’application et le défaut est identifié
puis enregistré dans l’historique de surveillance de chaque
installation d’essais.
Auparavant, l’opérateur constatait l’apparition de dysfonctionnements sur une installation bien souvent lorsque des dégâts
matériels étaient manifestes. Désormais, cette application
rassure quant au bon fonctionnement des moyens, et permet,
le cas échéant, une forte réactivité en cas d’avarie. À titre
d’exemple, un défaut de
lubrification d’un palier de
“Malgré la spécificité de nos installations d’essais et la nécessité
guidage conduira à l’arrêt
immédiat du moyen d’essais
de les superviser 24 h/24, l’application bâtie autour d’une
(minimisant ainsi tout
architecture Compact FieldPoint gérée par LabVIEW s’est
endommagement matériel,
révélée à la fois robuste, conviviale et évolutive.”
tant côté objet testé que côté
organe défectueux), alors que,
La fonction primaire de cet outil de supervision est de sécuriser
dans le passé, ce défaut aurait entraîné la destruction du palier.
l’exploitation de nos installations d’essais. L’idée de base est la
Les conséquences calendaires (indisponibilité du moyen d’essais
détection au plus tôt d’éventuelles défaillances de nos moyens en
pendant plusieurs semaines) et financières (coût de la maintefonctionnement. Pour ce faire, chaque organe surveillé possède
nance curative, manque à gagner) sont aussi minimisées.
un domaine de fonctionnement nominal préalablement défini
34 ni.com/france
Quant à l’environnement LabVIEW, nous avons été séduits à la
fois par la possibilité de créer des applications très esthétiques
et fonctionnelles, et par la richesse de programmation du
langage graphique.
Vers un mode de maintenance prédictif
L’application de supervision des installations d’essais a été
déployée au mois d’avril 2010 au sein du service Essais
Dynamiques et Pyrotechniques. Après une phase de mise au
point, cette dernière converge vers son rythme de croisière en
fonctionnant en mode 24 h/24 sur quatre installations en parallèle.
En enrichissant notre connaissance des lois d’endommagement
des différents organes de nos moyens d’essais, cette application
tend à faire évoluer notre mode de maintenance du 100 %
curatif vers un mode plus prédictif et préventif.
Vincent Roussel
EADS Astrium Space Transportation
Service TEA242
Rue du Général Niox
33160 Saint-Médard-en-Jalles
Tél. : +33 (0)5 56 57 21 53
Web : www.astrium.eads.net
Schéma d’une installation d’essais (excitateur)
Pourquoi LabVIEW et Compact FieldPoint ?
La solution Compact FieldPoint s’est imposée par la robustesse
du produit et sa facilité de déploiement en environnements
industriels. Ses entrées/sorties distribuées permettent un
interfaçage au plus près des organes d’une installation à surveiller.
La variété des modules offre la possibilité de traiter une gamme
étendue de signaux, tant analogiques que numériques.
Face-avant de l’application
ni.com/france
35
Automatisation industrielle Lauréat
2010
Surveillance de la position des rails du
RER avec NI LabVIEW et du matériel de vision
Par Véronique Newland, ingénieur optronique, New Vision Technologies
L’objectif
La solution
Garantir l’état d’un tronçon de rail du réseau RER parisien en
mesurant les mouvements de rails et alerter les services de la
maintenance RATP en cas de nécessité et de façon automatique.
Réaliser les traitements ainsi que la gestion des alertes sur une
base de PC sur carte 3.5”, en utilisant le logiciel LabVIEW et le
Module Vision Development de National Instruments.
Produits :
Caméras intelligentes, NI LabVIEW, Module Vision Development
La RATP (Régie Autonome des Transports Parisiens) est en charge
de l’exploitation du RER (Réseau Express Régional) et du métro.
Elle assure le transport de trois milliards de voyageurs par an,
ce qui en fait l’un des réseaux les plus utilisés au monde. Il est
crucial d’assurer la continuité du service avec un niveau de
sécurité optimal. NVT, spécialiste dans le contrôle optique des
infrastructures ferroviaires, développe des systèmes innovants
pour répondre à ces enjeux.
Les rails sont l’un des éléments clés des infrastructures ferroviaires.
Après le remplacement de ceux-ci, il est nécessaire de connaître
l’évolution du positionnement qui peut varier en fonction des
conditions d’environnement, et notamment de température.
La solution Railshift, développée par NVT, est basée sur
l’utilisation des logiciels National Instruments afin de réaliser
l’acquisition, le traitement, l’analyse, et la communication des
données pour rendre le système complètement autonome.
La méthode de contrôle précédente consistait en un relevé aux
abords des voies par des opérateurs. Le relevé manuel se faisait
par une mesure relative à un autre rail et dans les conditions du
trafic, c’est-à-dire avec une fréquence maximale d’un train toutes
les deux minutes. L’automatisation du relevé de la position de la
voie permet de réaliser un relevé plus régulier et sans danger pour
les opérateurs. La mesure par le traitement d’images permet de
réaliser une mesure instantanée d’une zone de plusieurs dizaines
de mètres.
L’exploitation d’un tel dispositif en extérieur nécessite de prendre
en compte les contraintes d’un environnement lumineux qui
change au fil de la journée, d’une variation propre aux équipements
qui entourent les rails (équipements électriques, signalisation) ainsi
que des mouvements du dispositif qui est fixé sur les poteaux
caténaires le long des rails.
Une architecture évolutive et communicante
La solution se compose de postes de mesure munis chacun
d’une unité d’acquisition, de traitement et de communication.
36 ni.com/france
Poste de contrôle automatique permettant la mesure
sur une zone de 30 mètres
Un boîtier de conception interne à NVT permet d’intégrer les
différentes composantes de chaque poste de mesure, à savoir :
■■
■■
■■
une carte PC 3.5” dotée d’un processeur Intel Atom sous
Windows 7 Professionnel. Cette carte intègre deux contrôleurs
Ethernet Gigabit permettant l’acquisition des images de la
caméra et la gestion de la carte de communication
des données.
une caméra numérique GigeVision industrielle ultra-compacte
monochrome de résolution 1350 x 1024 pixels
une carte de communication programmable pour un dialogue
sans fil entre les postes de contrôle et l’envoi des alertes de
détection via une connexion GPRS/3G. Elle permet également
de prendre la main à distance sur les postes de contrôle
dans les phases de mise au point ou de maintenance
de la configuration.
Une intégration sur mesure
Chacun des 12 systèmes de mesure est piloté par LabVIEW en
combinaison avec la bibliothèque de traitement d’images du
Module Vision Development et le driver IMAQdx du logiciel
Vision Acquisition.
Un outil autonome et performant
La résolution de Railshift est de ±5 mm sur une zone de
contrôle couverte de 30 mètres.
La mise en place de ce système a pour avantage de gagner
en réactivité d’alerte aux exploitants lorsque les rails ont un
mouvement trop important. Elle permet également de suivre
l’évolution de la dilatation du rail au cours de la journée et ainsi
de prévoir des événements à venir.
Douze postes de mesure ont été déployés à ce jour. La
RATP prévoit l’installation de huit postes supplémentaires.
Interface utilisateur avec visualisation de la zone mesurée et tracé
de la position des rails
Le driver d’acquisition IMAQ dx permet de gérer l’interface
entre LabVIEW et une caméra industrielle. Le Module Vision
Development a permis de réaliser le traitement de l’image
acquise pour en extraire les variations de positionnement des
rails. LabVIEW permet d’analyser les mesures de position
des rails et d’envoyer des alertes par courriels lorsqu’un seuil
critique est atteint.
Véronique Newland
18, rue Albert Einstein
77420 Champs-sur-Marne
Tél. : +33 (0)1 60 17 46 73
Web : www.new-vision-tech.com
L’utilisation de LabVIEW a permis de développer rapidement
une interface homme-machine accessible aux utilisateurs
non spécialistes.
“L’utilisation de LabVIEW a permis de développer rapidement une interface
homme-machine accessible aux utilisateurs non spécialistes.”
La bibliothèque du Module Vision Development avec ses fonctions
intégrées de traitement d’images autorise un développement
rapide de l’application et laisse la porte ouverte aux modifications
nécessaires à la prise en compte de cas particuliers. Les fonctions
de calibrage notamment permettent de prendre en compte des
géométries variées des voies.
Portabilité du logiciel basé sur LabVIEW
Le projet s’est déroulé par prototypages successifs du logiciel
et du matériel. La phase initiale de faisabilité a été réalisée sur
la base d’une caméra intelligente NI Smart Camera 1744. Ceci
a permis le développement rapide et évolutif de l’application sur
une base intégrée.
Lors de la phase de déploiement des 12 unités, le code
LabVIEW développé lors de la faisabilité a pu être réutilisé
pour les nouvelles cibles, permettant ainsi un gain de temps
de développement considérable.
ni.com/france
37
NI LabVIEW au cœur d’un outil d’optimisation
dédié à la construction routière
Par Bertrand Pouteau, chef de projet, Eurovia/Centre de Recherche
Adnan Sozuan, chef de projet, Saphir
L’objectif
La solution
Calculer la température d’enrobage optimale lors de la
construction d’une route.
Développer un outil de calcul métier, basé sur NI LabVIEW
Web Service, qui puisse être utilisé sans expérience particulière.
Produit :
NI LabVIEW
En 2008, les ouvrages de l’industrie routière ont nécessité la
fabrication de 40 millions de tonnes d’enrobé et, parmi elles,
12 l’ont été par la société Eurovia. La fabrication de ces produits,
qui doivent être appliqués chauds (entre 110° C et 180° C selon
les procédés), requiert beaucoup d’énergie. Cette phase de
fabrication représente en effet 35 % de l’énergie totale
nécessaire à la mise en œuvre d’un enrobé.
Chauffer juste comme il faut
La combustion de fioul ou de gaz permet de monter l’ensemble
des matériaux jusqu’à ces températures appelées températures
de fabrication ou températures d’enrobage. Ces dernières sont
définies de manière sécuritaire par des normes “produits“, qui
ne prennent en compte que le type de produit et les épaisseurs
de mise en œuvre, alors qu’il faudrait également tenir compte
d’autres paramètres, qui ont une importance non négligeable
pour la bonne réalisation des chantiers.
Dans certaines conditions, cette température de fabrication
“normalisée“ est surestimée. Ce qui conduit à une dépense
d’énergie inutile. Dans d’autres cas, cette température est trop
faible et ne permet pas une bonne qualité de réalisation.
C’est pourquoi Eurovia a décidé de créer un outil logiciel qu’ils
ont baptisé Gradius®. Cette première version, monoposte
développée sous LabVIEW, était capable de calculer la température
d’enrobage idéale pour garantir une qualité optimale de mise en
œuvre de l’enrobé, en évitant une chauffe inutile des matériaux,
et donc en diminuant les émissions atmosphériques issues
de la combustion.
Plusieurs millions de tonnes d’enrobé sont appliquées chaque
année sur les routes françaises.
Une architecture modulaire innovante
L’architecture du logiciel Gradius est modulaire. L’interface
utilisateur, conçue par Eurovia, a été développée par Saphir
en JavaScript à l’aide du Google Web Toolkit. Cette interface
communique par requêtes avec un serveur Web Service
développé sous LabVIEW. Les informations sont transmises
sous un format XML. Les instructions de calculs sont alors
mises en forme par le serveur Web Service à destination du
noyau de calcul du logiciel, lui aussi programmé sous LabVIEW.
Les propriétés thermodynamiques nécessaires au calcul sont
automatiquement puisées par le noyau dans une base de
données de type MySQL.
Le logiciel est accessible depuis Windows, Linux ou Mac OS et
depuis Internet Explorer, mais aussi Safari, Chrome et FireFox.
Tout personnel de l’entreprise qui possède une connexion à
l’intranet Eurovia peut ainsi y accéder, rapidement et sans
“Tout personnel de l’entreprise qui possède une connexion à l’intranet Eurovia
peut accéder au logiciel, rapidement et sans installation.”
Eurovia a confié le développement d’une version réseau de ce logiciel
à la société Saphir, partenaire Alliance de National Instruments
France, avec l’objectif de disposer d’un outil ergonomique, simple
d’utilisation, protégé, fiable et présentant aux utilisateurs les
phénomènes physiques et les données de façon vulgarisatrice.
Il était en effet important que le logiciel soit accessible à toute
personne connectée à l’intranet de l’entreprise, et ne nécessite
que des informations de terrain.
38 ni.com/france
installation. L’utilisateur n’a nullement à se soucier des mises
à jour du logiciel, tout cela étant centralisé sur le serveur dédié.
Pour sécuriser le logiciel Gradius, seule l’interface est rendue
accessible à l’utilisateur final. L’ensemble des modules sensibles
(la base de données et le noyau de calcul) est placé sur le
serveur sécurisé.
Maîtriser les températures d’enrobage permet d’optimiser la qualité de réalisation tout en économisant de l’énergie.
Pour pouvoir être utilisé par tout opérateur n’importe où dans le
monde, une base de données “langues“ permet la traduction du
logiciel à moindre coût dans un grand nombre de langues. Il est
déjà complètement traduit en anglais.
Ce qui a valu au produit de recevoir le prix de la diffusion de
l’innovation lors de la cérémonie organisée par Eurovia en 2010.
Plus besoin d’expertise
Eurovia : Michel Maze, Ivan Drouadaine, Samuel Mendez,
Benjamin Fajg
L’application a été conçue de façon à permettre aux exploitants
de s’adapter facilement et au quotidien aux conditions de
réalisation des chantiers et d’obtenir le meilleur compromis
qualité/environnement. Conséquence directe du calcul du
refroidissement de l’enrobé, le logiciel donne une estimation
du temps nécessaire avant la remise en circulation, information
utile à l’organisation des chantiers.
Mais l’innovation majeure du logiciel réside dans son usage.
En effet, il permet à l’homme de l’art (conducteur de travaux,
chef de chantier, conducteur de centrale d’enrobage…) de
réaliser plusieurs calculs thermodynamiques complexes qui
n’étaient, par le passé, accessibles qu’à une équipe d’experts
regroupant des compétences de thermiciens, de numériciens
et d’ingénieurs méthodes de travaux publics, tout cela, au prix
d’un travail important. Dans les faits, ces calculs n’étaient que
rarement réalisés.
Remerciements aux divers acteurs projets :
Saphir : Nicolas Chevalier, Aurélien Henry, Jérémie LeBoursicault,
Jean-Michel Châlons
Adnan SOZUAN
Saphir
50, rue du Mail
38530 Barraux
Tél. : +33 (0)4 38 92 15 50
Web : www.saphir.fr
Accessible de partout et facile à maintenir
Grâce à l’architecture du logiciel, il est aujourd’hui utilisé depuis
les bureaux d’études, mais aussi directement sur les terminaux
mobiles PAPYRUS ® (tablettes PC) des chefs de chantier
Eurovia, dans les centrales d’enrobage… et même au Chili !
Son architecture lui permet aussi d’évoluer simplement. Il a
d’ailleurs subi plusieurs maintenances à chaud (s’accompagnant
d’une interruption de service inférieure à 10 minutes).
Le calcul de la “juste“ température d’enrobage avec Gradius,
adversaire du réflexe “plus chaud, plus sûr“, prend tout son sens
dans le cadre de la préservation de l’environnement, de la qualité
de réalisation et de l’accompagnement de nouveaux procédés.
ni.com/france
39
Rénovation d’un système de régulation
d’électrodes pour la production d’acier
Par Philippe Fidanza, service “Produits sidérurgiques“, SPIE Est
L’objectif
La solution
Moderniser la version actuelle d’un régulateur d’électrodes pour
fours à arcs électriques et y intégrer de nouvelles fonctionnalités,
en développant une interface opérateur conviviale et en utilisant
du matériel d’acquisition de données robuste et évolutif, tout
en conservant la compatibilité avec l’ancien système en termes
d’entrées/sorties.
Utiliser un châssis CompactRIO, son FPGA intégré
et des modules d’E/S de la Série C pour disposer d’un
système ouvert, facile à programmer avec LabVIEW, et
autorisant notamment de fonctionner sous interruption (IRQ).
NI Measurement Studio a également été utilisé pour développer
la nouvelle interface graphique.
Produits :
NI CompactRIO, NI LabVIEW (Modules FPGA et Real-Time),
NI Measurement Studio
Depuis sa création, SPIE Est, au travers de son agence
Industrie située à Uckange en Lorraine, est spécialisé dans
les solutions d’automatisation pour la sidérurgie. À ce titre,
notre agence a la particularité de disposer d’un service
“produits sidérurgiques“ travaillant en étroite relation avec
les industriels du secteur et les laboratoires de recherche.
Nos produits sont, entre autres, utilisés sur les fours à arc de
production d’acier à base de ferrailles issues du recyclage.
En particulier, notre société fut une des premières à mettre
sur le marché un système de régulation d’électrodes
entièrement numérique, baptisé Empere. Ce dernier était
basé sur un calculateur PDP recevant des informations de
cartes électroniques développées en interne. L’évolution
constante de techniques a fait progresser le produit au fil
des années avec l’introduction de nouveaux matériels (VAX,
rack VME, puis environnement PC) ainsi que de nouveautés
logicielles comme la logique floue.
Architecture du système de régulation d’électrodes Empere
Le cœur de notre système est basé sur une carte d’acquisition
propriétaire “intelligente“ au format ISA. Le développement
d’une nouvelle carte a été étudié mais il est vite apparu que cela
“Nous devons souligner la réactivité et les compétences du support
technique de National Instruments dont les conseils nous ont été précieux.”
La création d’une nouvelle version du régulateur Empere s’inscrit
dans cette démarche d’évolution constante permettant de fournir
au client un maximum de gains de production et une réduction de
la consommation d’électricité. Ce dernier point étant d’autant plus
crucial aujourd’hui où la réduction de l’impact environnemental
est devenue un des défis majeurs de l’industrie.
Vers une approche plus ouverte
Comme nous venons de le voir, tout l’intérêt d’un système de
pilotage des électrodes d’un four à arc est de faire passer le
plus de puissance possible en un minimum de temps tout en
minimisant les pertes énergétiques. Ceci est réalisé en :
représenterait non seulement un investissement humain et financier
très important, mais aussi que les clients étaient de plus en plus
réticents à s’engager vers des solutions “fermées“.
Nous nous sommes donc tournés vers les solutions du marché et
notamment celles de National Instruments avec FPGA embarqué ;
notre choix s’étant porté in fine sur un châssis CompactRIO 9112
(à 8 emplacements et doté d’un FPGA Virtex LX30) connecté à un
PC industriel sans ventilateur via une interface StarFabric cRIO-9052.
Cette solution présentait l’avantage de répondre aux
contraintes suivantes :
mesurant les paramètres électriques du four
■■
■■
intégration de code de prétraitement FPGA
■■
calculant une réponse appropriée
■■
rapidité d’intégration
envoyant les ordres de pilotage aux servo-vannes.
■■
■■
utilisation en environnement sévère (poussière, chaleur…)
■■
facilité de dépannage (insertion à chaud des modules).
40 ni.com/france
NI Measurement Studio au service
d’une interface conviviale
Côté logiciel, l’accent a tout d’abord été mis sur la migration du
logiciel de calcul des consignes de régulation. Le développement
en C sous LynxOs a été porté sous Windows et l’application
convertie en service. Puis, les systèmes de communication avec
les niveaux supérieurs (liens vers C#, base de données…) ont été
mis en place.
La refonte de l’interface graphique a représenté le deuxième
axe de développement. Pour diverses raisons, notre choix s’est
porté sur l’utilisation de C# et de l’environnement Visual Studio
de Microsoft. Nous avons également adopté la bibliothèque de
composants Measurement Studio ; ce qui nous a permis de
réaliser rapidement une interface graphique aux standards actuels.
LabVIEW pour intégrer
rapidement le CompactRIO
Nous n’étions pas familiers de
l’utilisation de LabVIEW bien que
certains d’entre nous l’aient utilisé
à l’université. Nous avons donc suivi
les formations Basics I et II puis FPGA
temps réel avant de débuter.
LabVIEW FPGA nous a permis de
réaliser un système fonctionnel au
niveau acquisition en deux semaines.
Les cartes synchrones cRIO-9215
s’étant révélées particulièrement
simples à mettre en œuvre
et efficaces.
Armoire électrique intégrant
le PC industriel, le châssis
NI CompactRIO et un
automate programmable
Le reste du développement a
été consacré à la gestion des
modules d’entrées/sorties numériques
cRIO-9403, au développement
des filtres et rampes sur les sorties
analogiques cRIO-9263 et à la gestion
des FIFO du mécanisme d’échanges
sous interruption (IRQ).
Nous devons souligner à cette occasion la réactivité et les
compétences du support technique de National Instruments
dont les conseils nous ont été précieux. En particulier, les astuces
de développement nous ont permis d’optimiser l’espace occupé
par le code sur le FPGA Virtex LX30. Au final, deux mois ont suffi
pour la mise en œuvre complète du châssis CompactRIO.
Une économie de plusieurs kWh par tonne
d’acier produit
Au total, cette migration aura représenté 1 an de développement
et nous aura permis de mener de front trois projets :
■■
migration du microprogramme de la carte propriétaire
pour intégration de nouvelles fonctions et maintien de la
compatibilité avec l’ancien système
■■
développement d’une nouvelle interface utilisateur
■■
utilisation d’une nouvelle électronique.
Ceci ne nous aurait probablement pas été possible sans la facilité
d’intégration du châssis CompactRIO FPGA. La rapidité de
câblage a également eu pour conséquence une réduction du
temps de réalisation de l’armoire électrique.
Les premiers essais ont, quant à eux, permis de démontrer
l’amélioration de la précision de mesure et la résistance des
modules dans un environnement électrique très contraignant.
Les premiers gains représentent d’ores et déjà une économie
de plusieurs kWh par tonne d’acier produit.
Nous disposons donc maintenant d’un nouveau système
ouvert dont les futurs développements devraient encore
améliorer l’efficacité.
Pour finir, nous tenions à remercier une nouvelle fois
National Instruments pour son assistance tout au long de ce
projet. Nos remerciements vont également à notre partenaire
industriel qui nous a donné accès à ses installations pour des
essais en conditions de production. La disponibilité et l’implication
de toutes les équipes ayant conduit au succès de ce projet.
Philippe FIDANZA
Responsable projets fours électriques
Département Produits sidérurgiques
SPIE Est – Agence industrie Lorraine
1, rue de la Champagnerie
57270 Uckange
Tél. : +33 (0)3 82 57 43 04
Web : www.spie.com
IHM développée à l’aide de NI Measurement Studio
ni.com/france
41
Enseignement
Système d’acquisition de données embarqué
dans une monoplace de type Formula Student
Par Guillaume Chauvel, ISAT
L’objectif
La solution
Réaliser une acquisition analogique sur une monoplace,
fiable et performante, permettant un dimensionnement
et des réglages au plus juste. Être en liaison CAN avec le
calculateur pour réaliser également une acquisition des
données moteurs en roulage et sur banc.
Utiliser les Modules LabVIEW FPGA et Real-Time avec le
contrôleur d’automatismes programmable (PAC) CompactRIO pour
acquérir les données et les traiter à la bonne fréquence. Exploiter
ensuite les données acquises avec le logiciel de gestion, d’analyse
et de création de rapports DIAdem en créant un script avec pour
objectif un gain de temps dans la partie post-traitement.
Produits :
NI CompactRIO, interface CAN, NI LabVIEW (Modules FPGA
et Real-Time), NI DIAdem
Créé il y a un quart de siècle par la SAE (Society of Automotive
Engineers), le challenge Formula Student offre l’opportunité
aux élèves ingénieurs du monde entier de développer leurs
connaissances en conception, fabrication et marketing à
travers un exercice réel, celui de concevoir un véhicule de
type monoplace. Leurs réalisations sont jugées lors de sept
rassemblements majeurs répartis aux quatre coins du globe.
Malgré la limite de temps imposée pour concevoir et fabriquer
la voiture, le plateau se compose d’équipements électroniques
de plus en plus complexes. Les systèmes d’acquisition sont
présents sous de multiples formes, s’accompagnant même
de systèmes de contrôle sur la liaison au sol par exemple
(suspensions, pneumatiques, etc.).
Développée par les élèves ingénieurs de l’ISAT, la TASIA 2010 embarque des
équipements électroniques complexes.
18 voies d’acquisition de données analogiques
Acquisition CAN en liaison avec le calculateur
Nous utilisons donc un système NI CompactRIO pour l’acquisition
des voies analogiques (18 voies actuellement). La fréquence
d’acquisition est de 100 Hz, sauf pour la détermination des
vitesses de roues où le signal est acquis à 5000 Hz. Ensuite,
les données sont enregistrées en fichier binaire LabVIEW
(fichiers TDMS).
Lors des derniers essais, nous avons pu tester et fiabiliser la
liaison CAN avec notre calculateur. Seule l’acquisition a été
réalisée, la mise au point des paramètres étant à venir. En effet,
un gros travail sur le banc moteur va être réalisé pour se focaliser
sur la gestion moteur (optimiser la fréquence d’acquisition,
observer le comportement moteur dans plusieurs configurations
et réaliser une interface rapide et agréable). Grâce au régime
“Le matériel National Instruments permet une programmation relativement
rapide, une prise en main aisée, et une modularité exemplaire.”
Sur la planche de bord, le pilote dispose d’un commutateur
permettant d’activer et de désactiver l’acquisition de la monoplace.
Cela est utile en séance d’essais, lorsque le pilote chauffe la
voiture par exemple. Cela permet de gagner de l’espace de
stockage sur le module temps réel.
Le post-traitement s’effectue sous DIAdem, qui permet
d’effectuer tous nos calculs sur nos données brutes et de
représenter nos courbes à l’aide du mode Report. La fonction
Script nous a permis d’écrire un programme traitant directement
nos données dès leur chargement sous DIAdem. Le gain de
temps obtenu est considérable.
42 ni.com/france
moteur, récupéré par liaison CAN, nous allons développer un
système de boîte automatique qui sera utile notamment pour
l’épreuve d’accélération.
Antipatinage
Grâce à un capteur inductif sur chaque roue, nous pouvons
déterminer la vitesse de chacune. Ce calcul se fait dans une
boucle parallèle à la liaison CAN et à l’acquisition analogique,
avec une fréquence plus élevée. L’objectif étant de développer
un système d’antipatinage.
Enseignement
Télémétrie
Sur la monoplace a été installé un routeur Wi-Fi, permettant
d’envoyer et de recevoir des données mais aussi de charger un
nouveau programme pour modifier le système d’acquisition et
de commande. Ce système a montré toute son efficacité lors
des roulages, avec une détection rapide des problèmes et
incohérences que ce soit au niveau de la liaison au sol que
du moteur.
Des améliorations en perspective
Le matériel National Instruments permet une programmation
relativement rapide, une prise en main aisée, et une modularité
exemplaire. Nos résultats acquis sur la voiture de l’année passée
ont permis de dimensionner réellement la TASIA 2010 qui
participera aux compétitions anglaise et allemande cet été.
Cette année, nous souhaitons mettre au point de façon fiable
l’antipatinage et la boîte automatique. L’année prochaine, nous
souhaitons mettre en place du prototypage qui serait très
intéressant pour la réduction du coût de la voiture, la fiabilité
et la conformité au règlement.
Guillaume Chauvel
ISAT Formula Student
49, rue Mademoiselle Bourgeois
58027 Nevers
Tél. : +33 (0)3 86 71 50 00
Web : www.formulastudent-isat.com
ni.com/france
43
Enseignement Prototypage
d’un buggy tout électrique
dans le cadre de l’enseignement
Lauréat
2010
Par Ghislain RÉMY, Enseignant-Chercheur dans le Département de Génie Électrique et Informatique Industrielle, IUT de Cachan
L’objectif
La solution
Transformer un buggy à motorisation thermique en
buggy tout électrique, et permettre aux étudiants
d'apprendre de façon ludique les principes du
contrôle/commande, de la supervision et du temps réel.
Utiliser du matériel CompactRIO avec le logiciel LabVIEW de
National Instruments afin de commander la motorisation électrique
du buggy, réaliser un enregistreur de bord des différentes
grandeurs électriques, utiliser un PC avec écran tactile pour
piloter et superviser le système et enregistrer les données, et
enfin proposer une visualisation de l'autonomie du véhicule.
Produits :
NI CompactRIO, PC-écran tactile, NI LabVIEW (Modules FPGA
et Real-Time)
Établissement d’enseignement supérieur universitaire et
technologique, l’IUT de Cachan a, au travers de ses différentes
formations, largement investi depuis fin 2009 dans des systèmes
de contrôle/commande temps réel. En effet, avec l’évolution
récente de notre société vers des véhicules décarbonés,
industrialisés et bientôt commercialisés, de type électrique
ou hybride, l’industrie a fortement besoin de techniciens et
d’ingénieurs qualifiés sur ces nouveaux types d’applications.
Ainsi, depuis fin 2009, nous avons développé une plate-forme
technologique équipée de six systèmes CompactRIO sur de
nombreux véhicules électriques : gyropode électrique, véhicule
électrique avec moteur roue et enfin buggy tout électrique.
Le choix d’une motorisation à courant continu : faire simple et efficace.
“Le logiciel LabVIEW et sa programmation graphique permettent
une prise en main rapide de l’outil par les étudiants.”
Le CompactRIO, un support incontournable
pour la pédagogie par projet
La solution CompactRIO a été un choix parfait pour notre
buggy tout électrique. En effet, le CompactRIO est adapté à
l’enseignement par projet : les projets peuvent avoir une durée
courte de deux semaines à temps plein ou une durée longue de
17 semaines à raison d’une demi-journée par semaine. Il est donc
Le buggy tout électrique roule ! Les premiers tests des étudiants le confirment.
44 ni.com/france
nécessaire de disposer d’un système
reconfigurable rapidement, hautement
modulaire et facile à mettre en œuvre.
Par ailleurs, il est adapté au travail en équipe, même avec un grand
nombre d’étudiants : la connexion du CompactRIO via Ethernet
permet aux étudiants de travailler depuis plusieurs postes pour
exécuter les programmes développés sous LabVIEW et réaliser
une supervision du véhicule.
L’armoire de puissance comprend quatre batteries 12 V, 48 Ah associées
chacune à un chargeur/mainteneur de charge. Le variateur de vitesse étant
piloté par le CompactRIO.
Enseignement
Le PPC-2115, une Interface Homme-Machine
tactile confortable pour la supervision et le
pilotage du véhicule
Le buggy tout électrique : du matériel de pointe pour une équipe dynamique
Nous avons fait le choix d’installer un PC écran tactile de type
PPC-2115 dans le véhicule. Bien que la consommation soit
importante pour ce composant avec près de 100 W dissipé, il
a l’avantage de permettre la capitalisation sur le PC de tous les
programmes développés par les étudiants, de supporter LabVIEW
et donc de faciliter de développement rapide de code dans le
véhicule. Il permet aussi d’exécuter LabVIEW dans sa version
intégrale. Ainsi la vidéo, la 3D, etc., peuvent être intégrées dans
le véhicule sans que le fonctionnement du CompactRIO ne soit
impacté. L’échange entre le PC écran tactile et le CompactRIO
se fait alors naturellement par le système de variable partagée
via le port Ethernet Gigabit. Les échanges de données sont alors
invisibles lors du fonctionnement du véhicule.
Trois mois de prototypage
Le CompactRIO a permis de prototyper le véhicule complet en
environ trois mois de travail avec nos étudiants. Résultats : 35 km/h
en pointe et 30 km d’autonomie !
Le buggy tout électrique a ainsi pu être présenté en mai 2010 au
Festival du Kart Électrique 2010, des applications pédagogiques
des véhicules électriques. Il sera également exposé en février
2011 lors de NIDays à Paris.
Des évolutions sans limite grâce au CompactRIO
L’armoire de commande, avec le châssis cRIO-9114 équipé du contrôleur
cRIO-9022, et l’écran PPC-2115, proche du conducteur qui bénéficie
alors d’un retour visuel direct et d’un contrôle tactile rapproché.
Nos étudiants nous proposent sans cesse des améliorations du
buggy électrique rendues possibles par le CompactRIO. Aussi,
en cette fin d’année 2010, le buggy tout électrique fait l’objet de
nouveaux projets en cours de réalisation :
■■
De par sa simplicité de programmation, il est également
adapté au niveau de nos étudiants préparant un DUT de Génie
Électrique et Informatique Industrielle. Le logiciel LabVIEW et
sa programmation graphique permettent une prise en main rapide
de l’outil par les étudiants. D’autre part, chaque étudiant disposant
d’une version étudiante du logiciel a ainsi la possibilité de
développer une partie de son code à la maison ; ce qui favorise
fortement son implication et sa motivation dans les projets.
Enfin, cette solution a permis d’établir un lien fort entre
National Instruments et l’IUT de Cachan, qui a débouché notamment
sur le sponsoring du buggy tout électrique et la mise en place de
formations LabVIEW pour nos étudiants dans notre établissement.
Un réglage de la motorisation électrique facilité
par la supervision en temps réel du système
La motorisation par batteries, hacheur et moteur à courant continu
a été retenue pour sa simplicité pour le buggy électrique. L’objectif
du projet n’étant pas la performance à tout prix du véhicule, mais bien
une sensibilisation de nos étudiants aux différentes compétences
qu’il est nécessaire d’acquérir pour faire fonctionner un tel véhicule :
■■
instrumentation du véhicule (sondes de courant à effet Hall,
mesures de tension, capteur capacitif de vitesse du véhicule,
potentiomètre pour la pédale d’accélérateur)
■■
acquisition et traitement des données (enregistreur de bord)
■■
affichage et gestion tactile pour le pilotage du véhicule...
■■
■■
■■
aide au recul, avec l’ajout d’une caméra intelligente de
type Smart Camera NI 1722
régulateur de vitesse géré par le PC écran tactile PPC-2115
radar de proximité et système anticollision par capteur
communiquant en ZigBee avec le module de développement
cRIO-9951
télésurveillance des véhicules via GPS et GRPS avec les
modules développés par S.E.A.
Les résultats de ces travaux feront l’objet d’une prochaine publication.
Merci à l’équipe enseignante et aux techniciens, sans qui ces
travaux n’auraient pas aussi bien réussi : Jean-Yves Le Chenadec,
Patrick Ruiz, Éric Labouré, Denis Pénard et Marc Ardillier.
Ghislain RÉMY
IUT de Cachan
Département GEII2
9, avenue de la Division Leclerc
BP 140
94234 Cachan Cedex
Tél. : +33 (0)1 41 24 11 57
Web : www.iut-cachan.u-psud.fr
ni.com/france
45
Enseignement
Contrôle d’un karting électrique « Drive by Wire »
par NI CompactRIO
Par David FREY et Bernard CHAREYRON, IUT1 de Grenoble
L’objectif
La solution
Assurer le pilotage d’un karting électrique “Drive by Wire“
(direction et accélération), l’affichage local de ses principales
caractéristiques sur un tableau de bord, ainsi que l’échange
des données et la commande à distance avec un PC via une
liaison Wi-Fi.
Développer une solution mettant en œuvre un contrôleur
CompactRIO NI 9022 et des modules d’entrées/sorties
adéquats ainsi qu’un écran TPC 2512 pour l’affichage local.
La liaison avec le PC distant est effectuée grâce à une
liaison Wi-Fi.
Produits :
Pour commander le karting également
NI CompactRIO, USB, acquisition de données, PC-écran tactile,
NI LabVIEW (Modules FPGA et Real-Time)
Le contrôle embarqué repose sur la mise en œuvre d’un contrôleur
NI 9022 associé à un châssis CompactRIO NI 9104. Leur rôle
consiste à réaliser l’acquisition et le traitement des informations
venant des différents capteurs du karting, ainsi que des consignes
de tensions analogiques venant de la pédale d’accélération et
du volant.
Dans le but de participer au challenge e-Kart, les départements
GEII1 et GMP de l’IUT de Grenoble ont développé un karting
électrique basé sur une motorisation à courant continu. Jusqu’ici,
le contrôle de ce karting reposait sur une carte de commande
analogique qui gérait l’accélération et la limitation de courant
du moteur.
Différents modules de mesure sont utilisés pour réaliser les
acquisitions de tensions analogiques (NI 9201 et NI 9205), de
température par thermocouples (NI 9211),
de signaux tout ou rien (NI 9422) et générer
“À l’issue de ce projet, le karting électrique est presque
des tensions analogiques pour piloter le
entièrement géré par le système CompactRIO.”
hacheur (NI 9263).
Embarquer un système pour mesurer
les grandeurs essentielles
Aucun système d’acquisition in situ, ni de télémesure n’était
disponible pour surveiller les principales caractéristiques du
karting en temps réel et arrêter celui-ci si nécessaire. Afin d’éviter
d’endommager les éléments de la chaîne de traction électrique
(moteur, convertisseur de puissance et batteries), il a été décidé
d’embarquer un système numérique capable de mesurer les
différentes grandeurs essentielles (courants, tensions batteries,
température des différents constituants de la chaîne de traction)
en temps réel. Par ailleurs, ce système numérique aura également
pour rôle de piloter les convertisseurs du karting et d’en limiter les
performances si nécessaire.
Les principales données critiques sont :
■■
■■
■■
la tension des batteries au plomb gélifié afin d’éviter de
les endommager en les déchargeant trop profondément
le courant consommé pour éviter de surcharger le
convertisseur de puissance et le moteur
la température des batteries, moteur, convertisseur
et inductance de lissage.
En outre, le CompactRIO sera également chargé de piloter la
direction électrique du karting. La direction est entraînée par un
moteur électrique associé à un hacheur 4 quadrants et dont
l’asservissement en position est généré par le CompactRIO.
Pour avertir le pilote et les stands d’un problème éventuel,
un dispositif d’affichage local ainsi qu’un télé-relevage des
informations par Wi-Fi ont été développés.
46 ni.com/france
Le programme embarqué dans le contrôleur temps réel gère
deux boucles indépendantes pour assurer le pilotage de la chaîne
de traction.
■■
■■
Une boucle rapide destinée au contrôle du hacheur de traction
et notamment de sa limitation en courant ainsi que de la
direction électrique
Une boucle lente chargée de surveiller la température des
différents éléments du karting électrique et de couper la
traction si nécessaire. Les constantes de temps étant beaucoup
plus faibles, les temps de réponse obtenus sont tout à
fait satisfaisants.
En outre, le contrôleur NI 9022 a pour rôle de faire l’acquisition en
local sur une clé USB des principales grandeurs, mais également
d’assurer la mise en forme et la remontée des informations via
TCP/IP vers un PC tactile embarqué et un PC de supervision
situé dans les stands.
Une communication en TCP/IP et en Wi-Fi
Les communications entre le CompactRIO et les autres
équipements sont réalisées via deux liaisons Ethernet TCP/IP
présentes sur le contrôleur NI 9022. La première est destinée à
remonter les informations et recevoir les paramètres de pilotage
du PC distant via une liaison Wi-Fi. Les modules Wi-Fi utilisés
sont des bornes Wi-Fi grand public de norme 802.11g. Elles
sont configurées en mode point à point. La seconde permet
de communiquer avec le Touch Panel embarqué TPC 2512 qui
sert également de tableau de bord.
Enseignement
Karting électrique, développé par les étudiants de l’IUT de Grenoble, piloté à distance
Le système de communication est basé sur la création de deux
serveurs TCP/IP dans le CompactRIO. Leurs clients, les PC
distants et le Touch Panel, viennent s’y connecter.
Le principal problème est posé par la liaison Wi-Fi. En effet,
à partir de quelques dizaines de mètres, et lorsque le kart se
déplace, des ruptures de flux peuvent se produire. Afin d’y
remédier, un redémarrage automatique du serveur TCP du
CompactRIO et du client distant est effectué. Un arrêt prolongé
de liaison (supérieur à 2 secondes) entraîne l’arrêt de la traction
électrique en mode pilotage à distance.
Pilotage à distance du karting
Le rôle de la liaison Wi-Fi est non seulement de remonter les
informations provenant du karting vers le PC distant présent dans
les stands, mais aussi de permettre l’envoi des commandes
d’accélération et de direction au karting.
Pour ce faire, un “volant“ a été développé. Il est directement
tenu en main sans support. On utilise un accéléromètre trois axes
couplé à un gyroscope pour obtenir la position exacte du volant.
Les informations des capteurs sont sous forme de grandeurs
analogiques, ainsi que d’une entrée tout ou rien connectée à
un bouton permettant de gérer l’accélération du karting.
L’acquisition de ces grandeurs est réalisée par un module
NI USB-6009. Ce module permet également d’alimenter les
capteurs présents sur le volant (2,5 et 5 V). Le traitement est
assuré par le PC distant auquel le module est connecté. Les
consignes de position du volant et d’accélération sont transmises
au karting électrique via Wi-Fi.
Freinage électrique, anti-démarrage
et positionnement GPS… à venir
À l’issue de ce projet, le karting électrique est presque
entièrement géré par le système CompactRIO. Il permet non
seulement le contrôle de la chaîne de traction et de la direction
électrique en local, mais aussi un pilotage à distance par Wi-Fi.
Les évolutions futures vont s’articuler autour de la mise en
service d’un freinage électrique par récupération qui permettra
d’augmenter très légèrement l’autonomie, mais surtout de garantir
une plus grande sécurité en cas de perte de communication Wi-Fi
en assurant un arrêt immédiat du karting et non pas juste une
coupure de l’accélération.
Par ailleurs, des développements vont être menés autour de
l’intégration de fonctionnalités sur le karting grâce à l’écran tactile
TPC 2512. Les futures fonctions seront la mise en œuvre de
badges RFID comme fonction d’anti-démarrage du karting, et
l’intégration d’un système de positionnement GPS. À ce jour,
ces deux fonctionnalités ont été validées sur des plates-formes
PC et permettent de se localiser précisément en utilisant des
sites Web appropriés. Le principal challenge sera d’assurer une
connexion Internet sur le karting via une liaison GPRS ou 3G.
David FREY, Bernard CHAREYRON
Département GEII1
IUT1 de Grenoble
151, rue de la Papeterie
38400 Saint-Martin-d’Hères
Web : www-iut.ujf-grenoble.fr
ni.com/france
47
Enseignement
Simulateur pour l’apprentissage du traitement
du signal sous NI LabVIEW
Par Robert Planton, Université de Montpellier, Département Mesures Physiques
L’objectif
La solution
Faciliter l’apprentissage des outils de traitement du signal
étudiés en cours afin d’en découvrir les possibilités et limites
dans une approche privilégiant la démarche expérimentale.
Créer, avec l’environnement LabVIEW, un logiciel de simulation
d’utilisation très intuitive, permettant de mettre en œuvre les
fonctions usuelles de traitement du signal et d’en présenter
les résultats.
Produits :
USB, acquisition de données, NI LabVIEW
Dans le cadre de l’enseignement du
traitement du signal, il s’est avéré nécessaire
de fournir aux étudiants un simulateur
simple d’emploi et rapide, permettant un
apprentissage basé sur l’expérimentation
(analyse du problème, essai de solution,
critique du résultat).
Le but étant d’encourager une démarche
expérimentale, ne rebutant pas par une
mise en œuvre trop lourde, il fallait que
le simulateur offre une interface utilisateur
la plus simple det conviviale possible malgré
un choix de fonctions très élevé.
Pour garder un aspect pratique (et parfois
ludique), le simulateur permet d’envoyer
n’importe quel signal (avant ou après
traitement) sur les haut-parleurs de
Une interface utilisateur intuitive malgré la diversité des paramètres
“L’utilisation de LabVIEW a permis de construire un simulateur permettant de tester
différentes solutions de traitement du signal, de façon simple et rapide.”
l’ordinateur via la carte audio et d’avoir un retour auditif
lors du traitement de signaux du spectre audible ou de fichiers
audio (.wav).
Pour la modification et la combinaison des signaux, la deuxième
partie du simulateur comprend deux blocs fonctions qui permettent
d’effectuer des opérations d’addition, de multiplication, de dérivée,
d’intégrale, de convolution, de filtrage, d’écrêtage, et de corrélation.
Générer, combiner et analyser les signaux
Le simulateur créé, comporte trois parties : la génération,
la manipulation et l’analyse/affichage des signaux.
Pour la génération des signaux, deux sources peuvent être
définies de façons très diverses (générateurs périodiques,
harmoniques, impulsions, échelon, tableau ou fichier comportant
les échantillons d’un signal, fichier audio .wav, ou fichier
définissant un signal préréglé de caractéristiques inconnues
par l’étudiant). Il est possible de rajouter un bruit (blanc, rose,
gaussien) à tous ces signaux.
Les sources du signal sont les plus diversifiées possibles afin de
permettre la réalisation d’une vaste gamme d’applications.
48 ni.com/france
Les blocs fonctions permettent de modifier les signaux ou de les
combiner entre eux, permettant ainsi d’analyser et de comparer
les signaux en entrée et en sortie des fonctions (étude de fonction
de transfert d’un filtre par exemple).
Le signal en sortie des blocs fonctions peut être enregistré dans
un fichier d’échantillon qui pourra ensuite être réutilisé comme
source du signal.
Enfin, trois analyseurs-afficheurs permettent les opérations
classiques de traitement du signal dans le domaine temporel
(graphe f(t), valeur moyenne et efficace, auto et cross corrélation),
dans le domaine fréquentiel (graphe f(w), module, phase,
Enseignement
puissance, fonction de transfert, cross spectre, Nyquist) et sous
forme de graphe XY. L’utilisateur peut choisir les paramètres
d’échantillonnage, de moyennage, et le signal à envoyer vers
la carte audio.
Une approche logicielle modulaire
La difficulté principale concernait la réalisation d’une interface
utilisateur la plus intuitive possible, pouvant être contenue et
affichée sur un écran de résolution standard. Or, les choix des
sources du signal et de tous leurs paramètres, des fonctions,
du type d’analyse et de leur affichage, des paramètres
d’échantillonnage… rendaient cette tâche très ardue.
La solution adoptée a été de construire des sous-VIs indépendants
pour chacune des trois parties (génération, manipulation et
analyse/affichage) et d’insérer leur face-avant dans des facesavant secondaires du VI principal.
Des atouts pédagogiques
L’intérêt de cette approche réside dans le fait que les étudiants,
libérés des lourdeurs de mise en œuvre, n’hésitent plus à
multiplier les essais (il est souvent nécessaire d’intervenir
pour leur faire analyser leurs échecs ou leur succès, avant de
redémarrer un nouvel essai).
La possibilité de générer des signaux de caractéristiques non
connues (signal noyé dans un bruit par exemple) et de leur
faire déterminer certaines caractéristiques de ce signal est
très formatrice.
L’utilisation de la carte audio rend très attractive l’étude du filtrage
et de la convolution (possibilité de générer des échos multiples par
convolution avec des impulsions, filtrage, codage-décodage audio
par inversion de spectre…).
Modulaire pour évoluer
Chaque sous-VI de gestion de l’interface est un processus
indépendant, géré par une structure Événement. Les réglages
choisis sont ensuite lus par le programme de niveau principal
lorsque l’utilisateur lance une simulation.
L’utilisation de ce simulateur a fait apparaître l’intérêt de rajouter
dans les sources de signaux un matériel d’acquisition doté de
deux voies échantillonnées simultanément, comme le modèle
USB-9215.
Cette approche a l’avantage de rendre le système facilement évolutif.
Il reste à étoffer les blocs fonctions avec, en particulier, la
perspective d’ajouter une fonction modulation de fréquence.
Cette application nommée “Moulinette à traitement du signal”,
associée aux textes des TP qui vont avec, permet d’explorer les
thèmes suivants :
■■
le signal (énergie, puissance, valeur RMS, synthèse
de Fourier et bruit)
■■
l’analyse spectrale
■■
la corrélation
■■
la convolution et le filtrage.
L’utilisation de LabVIEW a permis de réaliser un simulateur avec
une interface très intuitive, relativement rapidement. Les solutions
mises en œuvre et la modularité de LabVIEW faciliteront les
évolutions ultérieures du simulateur.
Robert PLANTON
Université de Montpellier
Département Mesures Physiques
99, avenue d’Occitanie
34296 Montpellier Cedex 5
Tél. : +33 (0)4 67 27 77 14
Associée au texte de TP, l’application “Moulinette à traitement du signal“
se révèle captivante pour les élèves.
ni.com/france
49
NI TestStand et ALL4TEC MaTeLo au service
des tests de validation des systèmes embarqués
dirigés par les modèles
Par Anthony FAUCOGNEY, ALL4TEC
L’objectif
La solution
Développer une solution de validation qui permette notamment
de réduire la charge de travail lors de la phase de création
des cas de test et d’améliorer la fiabilité des systèmes
électroniques embarqués.
Associer une approche de test à base de modèles au séquenceur
de tests NI TestStand, afin de générer automatiquement des cas
de test conçus par modélisation avec ALL4TEC MaTeLo.
Produit :
Sans modélisation, les ingénieurs doivent créer manuellement,
de façon empirique, des plans de test à partir de ce qu’ils ont
imaginé comme cas d’utilisations possibles, pour ensuite les
réécrire manuellement dans des séquences de test exécutables.
NI TestStand
Dans des industries comme l’automobile, le ferroviaire ou
l’aéronautique, sont mis en œuvre des systèmes électroniques
embarqués dont la validation requiert la création de plans de test.
Ces plans de test permettent de couvrir un certain nombre de
cas d’usage afin de s’assurer que le système, par exemple un
calculateur automobile, réagira comme prévu par les spécifications,
à diverses combinaisons d’événements.
Modéliser pour optimiser
Il est difficile, voire impossible, d’envisager tous les cas d’usage.
Ce qui compte, c’est d’optimiser le temps et les ressources de
test, en testant ce qu’il faut et au bon moment, pour atteindre le
meilleur niveau de qualité possible dans le temps alloué. Ce qui
compte d’ailleurs aussi, c’est de savoir ce que l’on couvre et ce
que l’on ne couvre pas. C’est dans cette optique que nous avons
développé, chez ALL4TEC, l’environnement de modélisation
MaTeLo qui s’appuie sur NI TestStand (intégré de façon native)
et les solutions NI pour l’exécution des plans de test.
Issu d’un projet collaboratif européen, le logiciel MaTelo (Markov
Test Logic) consiste à utiliser des modèles pour identifier les cas
d’utilisation d’un système embarqué, puis générer des cas de test.
Ces cas de test, stratégiquement optimisés, sont générés de façon
automatique au niveau de NI TestStand, lequel peut orchestrer
les ressources matérielles à la disposition des ingénieurs de test.
L’intégration naturelle de NI TestStand avec des environnements
de programmation comme NI LabVIEW et LabWindows™/CVI
permet d’exploiter facilement un large éventail de matériels d’E/S
comme de l’instrumentation PXI, des systèmes vision, du
matériel de commande d’axes, des interfaces CAN, etc.
Identifier davantage de cas d’utilisation
La phase de modélisation permet de garantir l’identification
systématique de cas d’utilisation non connus. Par rapport à une
approche classique, la modélisation permet de découvrir des
Processus de création de plans de test
50 ni.com/france
La marque LabWindows est utilisée sous licence Microsoft Corporation.
Windows est une marque déposée de Microsoft Corporation aux États-Unis et dans d’autres pays.
de façon considérable – d’un facteur 5 en général –
tout en assurant le même niveau de qualité que lors
de la première itération.
Enfin, le fait de modéliser et de déduire les cas de
test du modèle permet de connaître la couverture des
tests effectués, mais aussi de connaître ce que l’on ne
couvre pas, ce qui permet de prendre des décisions
stratégiques en connaissance de cause.
Des applications chez Renault,
Magneti-Marelli et Audi
Association des pas de tests dans MaTeLo
cas d’utilisation qu’on n’aurait pas pu nécessairement imaginer.
On est obligés de se poser les bonnes questions. Ce qui permet
même d’identifier des manques ou erreurs dans les spécifications.
La formalisation a aussi comme avantage, par rapport à l’approche
empirique, de pouvoir être revue et corrigée, pour l’adapter à une
évolution des exigences par exemple.
L’approche MaTeLo/NI TestStand est utilisée chez
Renault dans différents projets d’automatisation
sur sa chaîne de conception, notamment dans le
cadre d’un projet de développement de portes
latérales coulissantes.
Chez Magneti-Marelli, MaTeLo est utilisé plus en aval, de façon
industrielle, pour la validation produit des tableaux de bord. On
peut également citer Audi, dont l’un des principaux soucis est
d’optimiser le temps et les ressources de test, avec des bancs
qui tournent 24 h/24 et 7 j/7.
On aura compris que la phase de modélisation exige d’y passer
du temps. Mais ce qui est intéressant c’est que ce temps est
largement compensé par le temps économisé durant la phase de
“L’intégration naturelle de NI TestStand
permet d’exploiter facilement un large
Les domaines d’application automobiles sont vastes comme pour
les systèmes d’accès, de climatisation, de chauffage additionnel,
de contrôle des fonctions habitacles, de start & stop, de fonction
contrôle moteur,
de mémorisation
avec LabVIEW et LabWindows/CVI
des configurations
éventail de matériels d’E/S.”
utilisateurs…
génération automatique des cas de test, qui est quasi-instantanée.
Sans cette génération automatique (à base de blocs génériques),
l’ingénieur devrait en effet passer plus de temps à créer des cas
de test étape par étape dans NI TestStand. En outre, les cas de
test ainsi générés suite à la modélisation sont plus variables,
plus couvrants et en nombre suffisant pour charger le banc de
test au maximum de ses capacités.
Vers le support de NI VeriStand
pour le test temps réel
Concernant l’avenir, il est probable que les utilisateurs pourront
bénéficier d’un interfaçage de MaTeLo avec NI VeriStand, pour
mieux supporter la validation et le test temps réel. On peut aussi
s’attendre à ce que MaTeLo puisse être utilisé pour tester des
IHM LabVIEW, afin de valider les applications développées en
langage graphique.
Charger les bancs de test à 100%
En fait, l’utilisation de NI TestStand avec MaTeLo permet de
charger les bancs de test à 100 %, et en plus d’optimiser les
tests, en évitant par exemple de refaire plusieurs fois les mêmes
séquences, ou en effectuant des tests plus complexes. En outre,
en cas de mise à jour des spécifications, les délais sont réduits
Nous travaillons aussi à ouvrir MaTeLo au travail collaboratif pour
permettre à plusieurs ingénieurs d’intervenir sur le même projet
de façon plus pertinente. À plus long terme, MaTeLo devrait
pouvoir supporter plus efficacement la validation des systèmes
basés sur des lignes de produits.
Anthony FAUCOGNEY
Business Developer
ALL4TEC
2-12, rue du chemin des femmes
Immeuble Odyssée – Bât. E
91300 Massy
Tél. : +33 (0)6 80 88 40 59
Fax : +33 (0)2 43 49 75 33
Web : www.all4tec.net
Statistiques de couverture des cas d’usage
ni.com/france
51
urilogic exploite la technologie NI FlexRIO
E
pour la validation de consoles ARPA
Par Matthieu Gourssies, Business Line “Équipements et Sous-Systèmes de Combat“, Eurilogic
L’objectif
La solution
Fournir à DCNS un système permettant de générer des images
radar vers des consoles d’aide à la navigation (Automatic Radar
Plotting Aid) afin de pouvoir valider des calculateurs ARPA-ECDIS.
Mettre en place un système associant une carte NI FlexRIO
PXI-7952R et un module d’adaptation NI 5781 piloté par une
application développée sous LabVIEW FPGA.
Produits :
PXI, acquisition de données, module d’E/S reconfigurables
(FlexRIO), NI LabVIEW (Module FPGA)
L’objectif était de fournir à DCNS un système permettant de
générer des images radar vers des consoles d’aide à la navigation
(Automatic Radar Plotting Aid) afin de pouvoir valider des
calculateurs ARPA-ECDIS. Ce système est utilisé sur la plateforme d’essais d’intégration et de qualification du Système
d’Exploitation Navire (SEN) du programme FREMM située à
Lorient. Le radar réel (TERMA SCANTER 2001) n’étant pas
déployé sur cette plate-forme, DCNS souhaitait pouvoir disposer
d’un simulateur capable d’émuler les signaux radar en lieu et
place du radar réel.
La solution proposée par Eurilogic est construite à partir des
éléments suivants :
■■
■■
■■
■■
un châssis PXI équipé d’une carte FPGA FlexRIO NI PXI-7952R
et d’un module d’adaptation FlexRIO NI 5781
un boîtier de conditionnement et d’adaptation des signaux
NI CA-1000
un code LabVIEW FPGA embarqué sur la carte PXI-7952R
une liaison MXI pour le pilotage du système depuis une IHM
LabVIEW exécutée sur un PC distant.
Châssis PXI équipé du module FlexRIO et boîtier de conditionnement CA-1000
d’antenne (signaux pulsés ARP, ACP). Une électronique spécifique
développée par Eurilogic et intégrée dans le boîtier NI CA-1000
permet d’adapter les signaux générés par la carte FPGA et de
présenter les mêmes caractéristiques électriques et le même
type de connectique que si on utilisait le système réel (l’extracteur
radar du SCANTER 2001).
“Les caractéristiques de la carte NI PXI-7952R en font un matériel idéal pour
les applications radar ou les applications de traitement vidéo.”
La carte NI PXI-7952R a été choisie car elle dispose d’un FPGA
Virtex-5 LX50 suffisamment puissant pour y intégrer les nombreux
traitements nécessaires à notre application mais surtout deux
banques mémoires DRAM de 64 Mo chacune, capables de tenir
des débits allant jusqu’à 800 Mo/s. Ces caractéristiques en font
une carte idéale pour les applications radar ou applications de
traitement vidéo. D’autre part, nous avons choisi d’associer à
cette carte le module NI 5781 qui offre des sorties analogiques
permettant de générer les signaux radar à partir d’un convertisseur
N/A AD9777 16 bits avec des fréquences d’échantillonnage allant
jusqu’à 100 MHz.
Le simulateur permet de simuler différents modes d’émission
radar (short, medium, long pulse…) en faisant varier le Pulse
Repetition Frequency (PRF de 400 à 4000 Hz) et de simuler
différentes vitesses de rotation d’antenne (20 tr/min étant la
vitesse standard du radar).
Simuler fidèlement le système réel
Le FPGA au cœur du simulateur
Le simulateur radar consiste à recevoir les images radar au format
2D de 1024 x 1024 pixels codés sur 8 bits envoyées par socket
UDP unicast et à diffuser, à l’aide de la carte FPGA, les images
radar (signaux analogiques TRIGGER & VIDEO) et la rotation
Les images sont directement transférées dans une zone mémoire
embarquée du FPGA via un canal DMA. Le FPGA effectue les
demandes d’images et informe le producteur lorsque le transfert
d’une image est terminé.
52 ni.com/france
Un applicatif DCNS (dit “producteur“) a pour rôle de mettre
à disposition les images radar à l’applicatif Eurilogic (dit
“consommateur“) au fur et à mesure de la simulation. La
cinématique des images correspond à un scénario spécifique
(mouvement des plots + environnement simulé).
En moins d’un mois
Les contraintes de délai étant très fortes (réalisation en un mois),
le choix d’une solution à base de carte NI FlexRIO s’est fait
naturellement car cette technologie permet de prototyper très
rapidement des applications de gestion de signaux complexes tout
en bénéficiant de ressources importantes (mémoire embarquée,
taille du FPGA, etc.) et de développer sous LabVIEW FPGA qui est
un outil de développement parfaitement maîtrisé chez Eurilogic.
Le système, qui a pu être livré et validé sans retard, a permis à
DCNS d’avancer notablement dans son processus de validation
des consoles ARPA.
Exemple d’image radar générée par le système et visualisée sur une
console de chez Kongsberg Maritime
Matthieu GOURSSIES
Business Line “Équipements et Sous-Systèmes de Combat“
Eurilogic
24, avenue de Pasleck
16400 La Couronne
Tél. : +33 (0)5 45 24 87 10
Image radar générée par le système et visualisée sur un
extracteur radar de chez Innovative Navigation
La mémoire embarquée permet de stocker au minimum deux
images (une zone mémoire pour le stockage de l’image en cours
de génération et une autre zone mémoire pour le stockage de
l’image en cours de transfert).
Chaque image est balayée à 360 ° en partant de l’événement top
tour (flash cap ARP) dans le sens de rotation de l’antenne (sens
horaire). Le bâtiment porteur (source de l’émission radar) est
considéré au centre de l’image radar 2D. Le balayage “en polaire“
de l’image “XY“ implique que certains pixels de l’image 2D
situés en dehors du cercle de balayage ne sont pas pris en
compte dans la génération.
Le tour d’antenne est divisé en N récurrences correspondant
aux raies d’interrogation radar (N est fonction du PRF simulé).
Pour chaque récurrence (angle θ), l’image est balayée en distance
(module r). Pour chaque raie, le FPGA génère à la fréquence
vidéo 512 échantillons sur la sortie vidéo analogique du NI 5781.
L’amplitude de chaque échantillon est fonction de l’intensité de
l’écho radar à générer à chaque position (r, θ). L’intensité de l’écho
radar à une position donnée (r, θ) est déterminée par le FPGA
via un calcul de conversion polaire/cartésien permettant de
déterminer le pointeur mémoire où récupérer la valeur du pixel.
ni.com/france
53
Cobham Sliprings s’appuie sur NI LabVIEW pour le
test final de ses collecteurs électriques tournants
Par Eddy DUCHENE, Bancs De Test, Médiane Système
Agnès Bozio, R&D, Cobham Sliprings
L’objectif
La solution
Tester de façon automatique des collecteurs électriques tournants
en effectuant des mesures de résistance de ligne, de résistance
d’isolement, puis de rigidité diélectrique.
Développer une baie de test monolithique intégrant l’ensemble
des matériels de mesure et de relais entièrement pilotés
par LabVIEW.
Produits :
Interface série, NI LabVIEW
Cobham Sliprings conçoit et fabrique des collecteurs électriques
tournants de tailles diverses dans les domaines de la robotique, de
l’alimentaire, du médical, des éoliennes et du secteur aéronautique.
La fonction de ces collecteurs dans une machine est d’assurer la
liaison de plusieurs voies conductrices entre une partie fixe (stator)
et une partie tournante (rotor). Cobham Sliprings réalise des
modèles standards ou spécifiques, des collecteurs à bagues et cils,
à charbons combinés avec des voies pneumatiques, optiques…
Compte tenu des exigences de performance, de fiabilité et
de sécurité requises, Cobham Sliprings effectue un contrôle
systématique sur chacun de ses produits avant livraison.
Trois types de tests électriques sont pratiqués à la suite sur
chaque voie d’un collecteur :
■■
résistance de ligne (mesure 4 fils, 1 mΩ à 2 Ω)
■■
résistance d’isolement (sous 500 Vdc)
■■
test de rigidité diélectrique (1 minute de 500 Vac à 3 000 Vac).
Un PVRI (Procès Verbal de Recette Individuelle) reprenant tous
les résultats de mesure est alors édité et envoyé au client final
avec le produit.
Les collecteurs électriques tournants de Cobham Sliprings sont
systématiquement testés avant livraison.
permettant d’automatiser les séquences de tests avec les
contraintes principales suivantes :
■■
■■
Automatiser pour
gagner en productivité
et en sécurité
■■
Auparavant, le contrôle
unitaire se faisait manuellement, nécessitant de
nombreuses opérations
de câblage sources
potentielles d’erreur,
voire dangereuses pour
les utilisateurs lors des
tests diélectriques.
Cobham Sliprings a en
conséquence fait appel à
Médiane Système pour la
conception et la réalisation
d’un nouveau banc de test
54 ni.com/france
passage des trois tests sans intervention sur les appareils
de mesure et sans modification sur le câblage
prise en compte des caractéristiques intrinsèques de chaque
type de collecteur (nombre et type de voies)
gestion des différents types de connexions possibles sur
le produit (connecteur, bornier ou fil direct)
■■
cadence de contrôle optimisée (minimum 15 produits par jour)
■■
sécurité optimale vis-à-vis des utilisateurs
■■
détection de panne et maintenance simplifiée.
Une baie de test monolithique
La solution retenue par Médiane Système consiste en la création
d’une baie de test monolithique dont l’ensemble des matériels
est piloté par un PC industriel sous LabVIEW.
L’ensemble du matériel est intégré sous format rackable au
sein d’une baie monolithique 24 U sur roulettes :
Les matériels intégrés dans la baie
de test sont pilotés par LabVIEW.
■■
PC industriel sous Windows™ XP
■■
programmation sous NI LabVIEW
■■
Excel™ pour la génération des PVRI
■■
■■
■■
deux cartes à relais haute densité au format PCI utilisées
pour le pilotage des relais haute tension
microhmmètre et diélectrimètre pilotés par liaison série
onduleur à technologie On Line comme source d’alimentation
pour l’ensemble du matériel
de la baie permettant de filtrer
les perturbations du réseau électrique de la société
Des résultats positifs
La solution choisie par Médiane Système a permis d’obtenir les
résultats suivants par rapport au contrôle manuel :
■■
■■
■■
■■
■■
■■
imprimante à jet d’encre pour l’impression des PVRI
126 relais haute tension facilement démontables disposés
à l’arrière de la baie
connecteurs haute tension à contacts dorés pour la liaison
entre le produit et la baie.
■■
■■
■■
■■
■■
Les IHM sont simples et conviviales pour l’utilisateur néophyte.
LabVIEW pilote tout le système
la durée de passage en test d’un produit a été réduite
la productivité a été augmentée (la personne affectée peut
réaliser d’autres tâches pendant le test du produit)
le MTBF du testeur est prolongé grâce à l’absence
d’interventions manuelles sur les éléments de la baie
les erreurs de câblage ont été supprimées (aucune
manipulation n’est requise pendant la séquence de test)
la sécurité des manipulateurs a été augmentée (indice de
protection de la baie : IP2X et IP20, dispositif de sécurité
au sein de la baie)
il est possible de créer, sauvegarder et tester de nouvelles
références de collecteurs très simplement à partir de
leurs caractéristiques
la disponibilité et l’évolutivité sont assurées. La génération
automatique de PVRI avec possibilité de tri/recherche
permet un accès rapide, et les modèles Excel utilisés
peuvent être adaptés sans avoir à reprogrammer le logiciel
la maintenance est simplifiée par l’utilisation d’un Autotest
et d’applications permettant un diagnostic rapide en cas
de panne.
Eddy DUCHENE
Médiane Système
8, allée Irène Joliot Curie
69791 Saint-Priest Cedex
Tél. : +33 (0)4 72 79 12 50
Web : www.medianesysteme.com
Le logiciel LabVIEW nous est apparu comme le mieux adapté
pour la réalisation de ce projet. Il nous a permis de réaliser
rapidement des IHM simples et conviviales pour l’utilisateur
néophyte. Il permet également d’exploiter les possibilités
étendues du système lors de l’activation du mode programmation
(accessible uniquement aux personnes de la maintenance).
“Les bibliothèques de base livrées avec LabVIEW nous ont permis de réduire
considérablement le développement du logiciel.”
Les bibliothèques de base livrées avec LabVIEW nous ont permis
de réduire considérablement le développement du logiciel. Parmi
les fonctionnalités prises en charge rapidement et simplement par
LabVIEW, nous pouvons citer le pilotage des appareils de mesures
par liaison série, la génération/lecture de fichiers XML à partir des
éléments présents en face-avant de VI, ainsi que la génération
automatique de PVRI sous Excel (COM).
ni.com/france
55
Instrumentation/test électroniques ST-Ericsson gère ses protocoles de
communication RF avec de l’instrumentation
PXI Express à base de FPGA
Lauréat
2010
Par Jean-Louis SCHRICKE, Mesulog, et Sylvain BERTRAND, ST-Ericsson
L’objectif
La solution
Disposer d’un instrument autonome, évolutif et programmable
permettant de gérer les protocoles de communication numérique
au sein d’une solution de test automatisé chez ST-Ericsson.
Utiliser une carte NI FlexRIO intégrée dans un châssis PXI Express
et implémenter les protocoles dans du code LabVIEW FPGA.
Produits :
PXI Express, module d’E/S reconfigurables (NI FlexRIO),
NI LabVIEW (Module FPGA)
ST-Ericsson est un leader dans la conception de circuits intégrés
destinés à la téléphonie mobile. La rapidité de mise en œuvre et
de validation des protocoles de communication utilisés dans les
téléphones portables du futur est un enjeu stratégique pour la
recherche et le développement de nouveaux produits. Par ailleurs,
la conception et la validation de circuits en radiofréquence requiert
de fortes compétences en électronique analogique et numérique
(test mixte).
ST-Ericsson s’est rapproché de Mesulog, partenaire de National
Instruments, pour imaginer et mettre en œuvre la solution FlexSTE :
un nouvel instrument s’intégrant complètement dans la plate-forme
de test RFTS. Cet équipement a été conçu, d’une part, pour intégrer
rapidement des solutions numériques propriétaires à l’aide d’un
équipement dédié facilement utilisable dans un environnement de
Ce banc de validation et de caractérisation d’un
émetteur-récepteurs RF chez ST-Ericsson utilise
l’instrument FlexSTE.
“L’approche de LabVIEW FPGA consistant à mettre à la disposition des ingénieurs
développement un environnement graphique familier pour la programmation
FPGA a permis d’avoir rapidement de premiers résultats très encourageants.”
test complexe, et, d’autre part, pour séparer les connaissances
analogiques des connaissances numériques afin de ne pas
nécessiter de la part des ingénieurs de ST-Ericsson une maîtrise
de l’ensemble de ces connaissances lors de la mise en œuvre des
bancs de mesures.
FlexSTE : un châssis PXI Express
vu comme un instrument
La caractérisation et la validation d’un circuit RF nécessitent un
grand nombre de configurations de tests utilisant des instruments
dédiés très performants.
autonome est un châssis PXI Express équipé d’une carte FlexRIO
NI-7962R et d’un contrôleur PXIe-8108 sous Windows 7 avec lequel
on communique par le biais d’une liaison Ethernet Gigabit.
À chaque protocole est associé un ensemble d’instructions
permettant, par exemple, d’effectuer une émission continue de
pattern, d’écrire ou de lire dans un registre du circuit, de lire la
réponse du circuit sur son bus de communication, etc.
Un instrument sans face-avant
La démarche classique aurait consisté à acquérir un instrument
permettant d’émuler les protocoles de communication utilisés.
Dans le cas présent, les protocoles à valider sont encore au stade
du développement, et les instruments permettant de les tester
n’existent pas encore !
Cet instrument ne possède pas de face-avant, d’écran intégré ni de
boutons. Aucune souris ni clavier n’est connecté(e) à ses ports USB.
Les voyants personnalisés du contrôleur du châssis permettent de
savoir qu’un protocole est chargé ou qu’une erreur est apparue. En
cas d’erreur (syntaxe inconnue, action incompatible avec l’état de
l’instrument), les informations détaillées de l’erreur sont accessibles
au travers de variables partagées publiées sur le réseau.
Nous avons donc décidé de concevoir FlexSTE comme un
instrument sur étagère, semblable dans son utilisation aux autres
instruments de mesure du commerce. Ce nouvel instrument
Il est également possible de se connecter, via le bureau à distance
de Windows, à la face-avant de l’exécutable, visualisant ainsi
l’état en cours des entrées/sorties et l’historique des commandes
56 ni.com/france
L’encapsulation de protocole écrit en VHDL
Dans un premier temps, les protocoles ont été transcrits en
LabVIEW FPGA. Une des évolutions les plus intéressantes a été
d’utiliser la capacité de la carte NI FlexRIO pour intégrer directement
du code VHDL. Développé par les ingénieurs ST-Ericsson lors de
la phase de design et de simulation du circuit puis encapsulé dans
un “Socketed CLIP“ spécifique à un protocole, ce code VHDL
accède directement aux entrées/sorties du “module adapter“.
La réutilisation de code VHDL a permis de mettre en œuvre très
rapidement un protocole complexe sans avoir à le réécrire en
LabVIEW FPGA dans une structure Single-Cycle Time Loop.
LabVIEW FPGA : une approche intuitive
envoyées à l’instrument. La notion “d’instrument virtuel“, chère
à National Instruments, prend ici tout son sens.
Mesulog, spécialisé dans le développement LabVIEW et NI TestStand,
avait peu de compétences en VHDL avant le démarrage de ce projet.
L’approche de LabVIEW FPGA consistant à mettre à la disposition
des ingénieurs développement un environnement graphique familier
pour la programmation FPGA a permis, avec le support de
National Instruments, d’avoir rapidement de premiers résultats
très encourageants.
Une architecture évolutive
FlexSTE : une “success story“
L’architecture logicielle est simple. Un module générique est à
l’écoute d’un port TCP/IP. S’il détecte une demande de chargement
d’un nouveau protocole, alors le VI hôte correspondant à ce protocole
est chargé sous Windows et le code FPGA compilé est chargé en
moins d’une seconde dans le FPGA. Les commandes de lecture
et d’écriture sont ensuite transmises au FPGA par des FIFO DMA.
La flexibilité de la carte NI FlexRIO a permis de répondre aux
contraintes de délai ainsi qu’aux contraintes techniques du projet, initié
en juin 2009. L’instrument FlexSTE a été rapidement reconnu comme
un élément stratégique pour les laboratoires de caractérisation et de
validation chez ST-Ericsson. Il est actuellement déployé sur plusieurs
sites au niveau international.
Côté client, l’utilisation de VISA sur TCP/IP permet de maintenir
la connexion entre l’instrument et la plate-forme de test RFTS
(LabVIEW/NI TestStand) qui pilote le banc. Cette astuce rend
possible, côté utilisateur, l’exécution de VIs LabVIEW de façon
interactive et discontinue, sans avoir à se soucier du maintien de
la liaison TCP qui est, par nature, point-à-point.
Puissant et innovant, avec une mise en œuvre aussi simple que
celle d’un instrument sur étagère, ce nouvel outil vient compléter la
batterie d’équipements nécessaires à la mise au point des circuits
qui seront présents dans nos futurs téléphones portables.
L’application FlexSTE, face-avant virtuelle de l’instrument accessible
par le bureau à distance, visualise l’état en cours des entrées/sorties
et l’historique des commandes envoyées à l’instrument.
Cette architecture permet de rajouter un nouveau protocole de
façon aisée dans une nouvelle version de l’exécutable FlexSTE
qui se lance automatiquement au démarrage du châssis.
NI FlexRIO : la personnalisation à tous les étages
La carte NI FlexRIO, qui contient un FPGA Virtex-5 de chez Xilinx,
nécessite un “module adapter“ pour accéder à ses entrées/sorties
numériques haute vitesse. Le module NI-6581, qui fournit des
E/S à 100 Mb/s, a été utilisé au démarrage du projet.
Le “Socketed CLIP (Component Level IP)“, composant logiciel
permettant de s’interfacer avec le module NI-6581, a été personnalisé pour intégrer un DCM (Digital Clock Manager). Celui-ci effectue
une mise en forme de l’horloge externe et met à disposition du banc,
pour certains protocoles, des horloges dérivées (multipliée par 2,
divisée par 2 et divisée par 4).
ST-Ericsson a maintenant la possibilité de mettre en œuvre aisément
et rapidement un instrument sur mesure... et à sa mesure !
Jean-Louis SCHRICKE
Mesulog
173, rue du rocher de Lorzier
38430 Moirans
Tél. : +33 (0)4 76 35 20 17
Web : www.mesulog.fr
Sylvain BERTRAND
ST- Ericsson
12, rue Jules Horowitz
38019 Grenoble Cedex
Tél. : +33 (0)4 76 58 46 28
E-mail: [email protected]
Web : www.stericsson.com
Pour répondre à un besoin de transfert numérique RF à très haut
débit (1,4 Gb/s), un “module adapter“ spécifique a été développé
par ST-Ericsson à l’aide du “NI FlexRIO Adapter MDK“. Ce nouveau
module se substitue au NI-6581 et met à disposition des voies
RF différentielles (RX, TX, et CLK) à des vitesses de transfert
encore inégalées.
ni.com/france
57
Instrumentation/test électroniques SUPER
Lauréat
2010
Télécom Bretagne choisit l’instrumentation
RF au format PXI pour préparer le déploiement
de WiMAX en zone côtière
Par Yvon LE ROUX, Jean-Pierre JOLIVET, Jacky MÉNARD et Fabien NICOLAS, Télécom Bretagne
L’objectif
La solution
Évaluer l'impact des caractéristiques de propagation de canaux
de transmission spécifiques (environnements maritime, urbain…)
sur les signaux qui y transitent et analyser leur influence sur
la conception et la mise en œuvre de nouveaux systèmes de
communication (WiMAX, LTE…).
Assembler dans un châssis PXI les fonctions de synchronisation,
d’analyse vectorielle large bande et d’enregistrement temps réel
constituant ainsi un système d’acquisition compact et performant.
Piloté par une application LabVIEW, il permet de réaliser des
mesures de propagation sur site.
Produits :
PXI Express, instrumentation modulaire RF, module GPS,
disques RAID, NI LabVIEW
Ces dernières années, les bandes passantes des communications
numériques supportées par les lignes téléphoniques, le câble ou la
fibre optique ont grandement augmenté, faisant naître de nouveaux
usages et de nouveaux besoins. Mais pour satisfaire les zones non
couvertes, de nouveaux systèmes de communications sans fil
doivent être mis en œuvre, auxquels on demande plus de portée,
plus de débit et plus d’efficacité spectrale : par exemple WiMAX et
LTE. De plus, les zones à équiper peuvent présenter des spécificités.
C’est le cas, par exemple, des zones portuaires ou côtières pour
lesquelles le canal de propagation peut s’écarter des modèles
classiques et nécessiter des études plus précises.
Grande école de dimension internationale, Télécom Bretagne forme
les ingénieurs de demain dans les domaines des télécommunications. C’est aussi un acteur important de la recherche à travers
de multiples partenariats et réseaux, et la création de plusieurs
laboratoires mixtes avec le CNRS, l’Inserm ou l’université. C’est
au sein du laboratoire mixte Lab-STICC que l’équipe transverse
CAST (CAnaux et Systèmes de Transmission) collabore étroitement
avec divers laboratoires académiques et industriels pour étudier
les problèmes posés par le déploiement de WiMAX en zone côtière.
Antenne cornet utilisée pour l’émission du signal sur un bateau
“La solution NI offre la possibilité de construire un équipement spécifique et intégré,
répondant au besoin de compacité des mesures de terrain.”
Caractériser un canal pour valider un modèle
Jusqu’à 50 MHz de bande passante instantanée
La démarche consiste à émettre une hypothèse sur le modèle
concerné, par exemple le modèle à deux rayons en environnement
maritime, puis une caractérisation du canal est réalisée. Les résultats
permettent alors de valider ou de compléter le modèle. On peut ainsi
analyser l’influence des caractéristiques du canal sur la conception
des systèmes, contribuer à en augmenter la fiabilité et à en optimiser
l’occupation spectrale en fournissant aux concepteurs de fonctions
de communication (modulation, codage...) des informations
pertinentes sur les caractéristiques des signaux ayant véhiculé
l’information sur des liaisons réelles.
Le dispositif consiste à générer un signal test, à l’aide d’un dispositif
calibré, à bord d’une plate-forme mobile, et à enregistrer le niveau de
champ reçu à distance sur une ou deux voies également calibrées.
Afin de pouvoir rapprocher le niveau du signal reçu de la distance
séparant l’émetteur du récepteur, un dispositif de positionnement
et de datation doit être disponible de part et d’autre.
58 ni.com/france
Dans le cas du canal WiMAX, les bandes de fréquences sont situées
autour de 3,5 GHz et de 5,4 GHz. Pour d’autres applications, les
fréquences de travail varient entre 10 MHz et 6 GHz. La bande
Un développement épaulé par le support
technique de NI
Les fonctions assurées par les applications comprennent l’IHM,
l’initialisation et le pilotage des cartes, le calibrage des équipements
ainsi que la relecture et le traitement des données en temps différé.
L’environnement de développement LabVIEW a été mis à profit
pour construire des applications intégrées et spécifiques. Le
développement de ces applications assez conséquentes a été facilité
par la consultation d’exemples ainsi que par l’aide du support NI.
Mieux connaître pour savoir comment optimiser
Comparaison entre simulations (vert) et mesures (bleu), a) antenne haute,
b) antenne basse, c) maximum de niveau sur les deux antennes
passante instantanée nécessaire peut s’élever à 50 MHz, ce qui
induit des contraintes vis-à-vis des flux de données et des capacités
de stockage. Ces contraintes s’appliquent pour le générateur et
pour le récepteur.
Des disques RAID de 3 To pour supporter
la quantité de mesures à enregistrer
La génération du signal s’appuie sur un double générateur vectoriel
PXIe-5673 fournissant deux voies, auquel sont associés, dans un
châssis 18 slots, un contrôleur PXIe-8130, une carte GPS PXI-6682
et une carte PXI-8262 pour interfacer les disques RAID HDD 8264.
La réception du signal comprend un double analyseur vectoriel
PXIe-5663 traitant deux voies, auquel sont associés, dans un châssis
18 slots, un contrôleur PXIe-8106, une carte GPS PXI-6682 et une
carte PXI-8262 pour interfacer les disques RAID HDD 8264. Ces
deux équipements forment le cœur du dispositif, ils sont complétés
par les câbles, aériens, filtres et amplificateurs de puissance et faible
bruit choisis en fonction de l’application concernée. La possibilité de
travailler sur deux voies synchronisées et calibrées donne accès à
des analyses multi-antennaires pour traiter par exemple la diversité
d’espace. La capacité du disque RAID de 3 To est suffisante pour des
campagnes de mesures de plusieurs jours suivant la bande analysée
et la récurrence des enregistrements. À titre d’exemple, une heure
d’enregistrement d’une bande de 50 MHz sur deux voies, à raison
d’une seconde toutes les 6 secondes, occupe 240 Goctets.
La solution NI présente pour nous plusieurs avantages. Tout d’abord,
elle offre la possibilité de construire un équipement spécifique
et intégré, répondant au besoin de compacité des mesures de
terrain. Ensuite, la modularité du dispositif nous a permis d’en
étaler l’acquisition en mutualisant les ressources de plusieurs
projets successifs (projets financés par FEDER, CG29, CRB,
MESR, DGE, BMO).
Les équipements décrits ont été mis en œuvre dans le cadre de
plusieurs projets coopératifs labellisés par les pôles de compétitivité
Mer ou Images et Réseaux. Les résultats obtenus ont permis
de comprendre les limitations de performance de systèmes de
communication en milieu maritime et de proposer aux industriels
partenaires des solutions permettant d’en augmenter largement la
portée. Ce dispositif a également été mis en œuvre pour effectuer
de la télédétection en s’appuyant sur les signaux GNSS.
Vers une montée en fréquence, toujours en PXI
Un nouveau projet nous conduit à monter en fréquence pour
travailler autour de 12,5 GHz. Nous avons la possibilité de trouver
chez Phase Matrix, partenaire Alliance NI, un produit PXI compatible
pour compléter notre dispositif sans avoir à réinvestir complètement
dans un nouvel équipement.
Références
Y. Le Roux, J. Ménard, C. Toquin, F. Nicolas, and J.-P. Jolivet.
Experimental measurements of propagation characteristics for
maritime radio links. In ITST’09 : 9th International Conference on
Intelligent Transport Systems Telecommunications, Lille France,
10 2009.
Y. Le Roux, J. Ménard, C. Toquin, J-P. Jolivet and F. Nicolas.
Experimental measurements of maritime radio transmission
channels, Sea Tech Week OCOSS’ 2010 Conférence,
juin 2010 Brest.
Jacky MÉNARD
Télécom Bretagne
Technopole Brest-Iroise CS83818
29238 Brest Cedex 3
Tél. : +33 (0)2 29 00 15 14
Web : www.telecom-bretagne.eu
ni.com/france
59
Mesures de localisation d’Anderson de la
lumière dans des membranes d’InGaAs/GaAs
Par Grégory SAUDER et Shivakiran BHAKTHA, Université de Nice Sophia-Antipolis
L’objectif
La solution
Concevoir l’automatisation de la localisation d’Anderson de
la lumière dans des membranes d’InGaAs/GaAs perforées
aléatoirement afin d’étudier la propagation de la lumière dans
des guides aléatoirement troués. L’expérience est équipée
d’un laser à longueur d’onde variable, d’une caméra Hamamatsu
et d’un analyseur de spectre.
Développer une application logicielle, sous LabVIEW, permettant
de piloter le laser en longueur d’onde, de piloter l’analyseur de
spectre nous autorisant la récupération des données et la prise
de photos des membranes.
Produits :
Interface GPIB, NI LabVIEW
Une étude de la diffusion dans la membrane perforée
aléatoirement en fonction de la longueur d’onde est réalisée
pour comprendre le comportement passif de la lumière. Un laser
Ti : saphir couplé dans une fibre mono mode est utilisé comme
source. La lumière verticalement diffusée hors de la membrane,
qui est proportionnelle à l’intensité locale dans la membrane,
est alors acquise par la caméra CCD, pour différentes longueurs
d’onde, utilisant un microscope optique.
La longueur d’onde du laser (laser Coherent Inc. 899) est accordée
par un moteur (Thorlabs Z825B) et son contrôleur (Thorlabs
TDC001). La longueur d’onde du laser est déterminée par un
analyseur de spectre optique (Anritsu MS9030A-MS9702B).
L’image de l’échantillon est enregistrée à chaque longueur
d’onde utilisant la caméra CCD (Orca R2 de Hamamatsu).
LabVIEW synchronise les trois éléments
de l’expérience
L’objectif était de développer un logiciel simple d’accès aux
utilisateurs du laboratoire permettant de piloter entièrement les
caractéristiques des instruments mis en œuvre sur l’expérience.
La longueur d’onde du laser est déterminée par un analyseur
de spectre optique. L’image de l’échantillon est enregistrée à
chaque longueur d’onde par la caméra CCD.
Le programme LabVIEW synchronise les trois aspects de
l’expérience : le moteur du laser, l’analyseur de spectre optique
et la caméra CCD. L’ensemble de l’expérience est asservi
informatiquement par des interfaces PCI-GPIB, USB,
Firewire 800 et des contrôles ActiveX.
L’expérience fait appel à un laser, un analyseur de spectre
optique, un microscope optique et une caméra CCD.
■■
■■
l’étalonnage individuel de chaque élément constituant
l’expérience, afin de valider les conditions initiales des mesures
le contrôle complet de l’expérience en fonction de l’intervalle
de longueur d’onde définie par l’utilisateur, collectant ainsi les
données de puissance et les images de la diffusion de la lumière.
D’une conception évolutive, le logiciel nous permettra d’apporter
très simplement des modifications conséquentes suivant les
évolutions des travaux. Il utilise principalement le standard
“D’une conception évolutive, le logiciel nous permettra d’apporter très simplement
des modifications conséquentes suivant les évolutions des travaux.”
Le logiciel ainsi réalisé permet :
■■
■■
la configuration complète des différents appareils
et instruments
la validation des différentes configurations possibles
des appareils
60 ni.com/france
VISA pour la communication avec l’analyseur de spectre et
les contrôles ActiveX pour la caméra CCD et le moteur du laser.
L’enregistrement des données est en format binaire pour les
photos, en format texte pour les données brutes permettant
ainsi aux utilisateurs de traiter celles-ci par les logiciels de leur
choix. Ainsi, ils sont en mesure de comparer les résultats avec
le traitement réalisé sous LabVIEW.
Schéma simplifié de l’installation expérimentale
Une automatisation complète de la mesure
aux résultats finaux
L’utilisation de LabVIEW nous a permis dans un laps de temps
très court de concevoir un logiciel de mesures de localisation
d’Anderson de la lumière dans des membranes perforées
utilisant différents instruments et interfaces de communication.
Le logiciel est actuellement finalisé pour traiter les images
parallèlement aux mesures permettant ainsi l’automatisation
complète de l’expérience depuis la mesure jusqu’aux
résultats finaux.
Grégory SAUDER
Université de Nice Sophia-Antipolis
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée de Nice
06108 Nice Cedex 2
Tél. : +33 (0)4 92 07 65 45
ni.com/france
61
Détection de microcoupures sur 15 voies
analogiques à l’aide du FPGA de la carte
Single-Board RIO
Par Aurélien COTELLE, Julien MEUNIER et Laurent OCCHINI, ARDPI
L’objectif
La solution
Développer un système embarqué, autonome et compact capable
de détecter des microcoupures de l’ordre de la microseconde sur
des signaux analogiques.
Utiliser une carte NI Single-Board RIO et son FPGA intégré afin
de bénéficier d’un système compact, performant et permettant
une intégration aisée dans notre pupitre.
Produits :
NI Single-Board RIO, NI LabVIEW (Module FPGA)
De nombreux dispositifs électroniques sont sensibles
aux microcoupures. Dans l’automobile par exemple, il est
important de pouvoir contrôler les microcoupures pouvant
survenir sur des systèmes de sécurité notamment. Dans
certains cas, il faut pouvoir effectuer des mesures sur
un grand nombre de voies de façon simultanée.
Pour répondre à ce besoin, ARDPI a développé un
système de détection embarqué appelé MicroBox. Ce
système est basé sur la carte Single-Board sbRIO-9631,
qui intègre un circuit FPGA d’1 million de portes et des
E/S personnalisables. Il comprend un panel PC, pour
l’interface utilisateur entièrement tactile, et une carte
électronique développée en interne pour la conformation
des signaux d’entrées et le déclenchement voie par voie.
Autonome, le système MicroBox intègre un
écran tactile pour paramétrer l’application.
Les informations résultantes
Détecter des microcoupures de 1 µs sur 15 voies
La MicroBox permet la détection et l’archivage de microcoupures
en analysant simultanément 15 voies analogiques. Chaque
“Les produits National Instruments nous permettent une très large adaptabilité
aux besoins de nos clients.”
voie est comparée à un trigger analogique pour
considérer une microcoupure. Il en résulte un signal
numérique directement connecté sur les entrées
RIO du FPGA de la carte sbRIO-9631.
L’analyse du signal est entièrement faite par
l’application LabVIEW embarquée sur le FPGA,
car lui seul permet un vrai parallélisme pour le
traitement des 15 entrées numériques. Grâce à cette
architecture articulée autour du FPGA, nous sommes
capables de détecter une microcoupure de 1 µs.
De plus, nous utilisons les entrées analogiques
de la carte sbRIO-9631 afin d’obtenir une
représentation graphique des signaux analogiques
d’entrée. L’acquisition multiplexée des 15 voies
analogiques en mode différentiel est réalisée à 16 kHz.
62 ni.com/france
Le recours à une carte Single-Board RIO a permis, notamment, de réaliser
un système compact.
Les entrées analogiques de la carte Single-Board RIO permettent d’obtenir une
représentation graphique des signaux sur les 15 voies.
du traitement FPGA sont directe-ment transférées au panel PC
grâce à une FIFO DMA. Grâce à lui, nous pouvons agir sur les
paramètres de traitement du FPGA et archiver les informations
de microcoupures dans des fichiers de type tableur.
Exemple d’application chez VALEO
Le groupe VALEO, équipementier et leader de l’industrie
automobile, a rencontré le besoin de contrôler les microcoupures
pouvant survenir sur les dispositifs antivol (NEIMAN). Constituées
de cinq circuits commutants asynchrones, placées dans un
environnement vibrant, les solutions existantes étaient jusqu’alors
limitées. L’utilisation d’une carte d’acquisition de données
multifonction NI-6224 permettait la détection à une fréquence
de 1 ms sur 12 voies.
Le passage à la MicroBox a changé la donne, puisqu’il est
désormais possible à Valeo de contrôler trois modules antivol
simultanément, sur 15 voies, 1 000 fois plus rapidement et
en continu, ce qui n’était jusqu’alors pas possible.
Vers davantage de voies et de seuils
de déclenchement
Bien que la MicroBox soit aujourd’hui un produit finalisé, prêt à
l’usage, il est possible d’envisager une évolution de ses capacités.
Le passage à 40 voies de contrôle est actuellement à l’étude,
une extension de l’architecture matérielle en parallélisant plusieurs
cartes Single-Board, la possibilité de configurer plusieurs seuils
de déclenchement communs, ou de multiplier les seuils de
déclenchement individuels. Les possibilités restent légion, les
produits National Instruments nous permettant une très large
adaptabilité aux besoins de nos clients.
Aurélien COTELLE
ARDPI
1, rue des plantes bonjour
ZI de Selongey
21260 Selongey
Web : www.ardpi.com
ni.com/france
63
Télédétection par lidar aéroporté pour observer
les cendres volcaniques
Par Patrick Chazette, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), Commissariat à l’Energie Atomique (CEA)
L’objectif
La solution
Surveiller, à l’aide d’un système lidar aéroporté, la répartition
spatiale du panache de cendres au-dessus de la France pour
sécuriser le trafic aérien.
Contrôler et piloter le système lidar avec LabVIEW et une
instrumentation PXI, chargée notamment de la numérisation
des signaux issus des photodétecteurs.
Produits :
PXI, instrumentation modulaire, acquisition de données,
interface série, NI LabVIEW
À la demande des autorités gouvernementales, l’avion
Falcon 20 (photo ci-contre) de recherche français exploité par
l’unité mixte Safire (Service des Avions Français Instrumentés
pour la Recherche en Environnement, CNRS, Météo-France
et CNES) a été équipé d’un système lidar développé par le
CEA. Des vols scientifiques ont été effectués, entre les 19 avril
et 16 mai 2010, pour caractériser les cendres issues du volcan
islandais Eyjafjöll.
Avec l’aide de la société Leosphere et le prêt d’une carte
d’acquisition par National Instruments France, le CEA/LSCE
a rapidement adapté le système lidar et l’a embarqué sur le
Falcon 20. Ces mesures ont permis de localiser les couches
résiduelles du panache de cendres volcaniques et d’aider
à la surveillance de l’espace aérien européen.
Équipé du système lidar développé par le CEA, le Falcon 20
a effectué plusieurs vols scientifiques entre les 19 avril et 16 mai 2010,
pour caractériser les cendres issues du volcan islandais Eyjafjöll.
Une instrumentation PXI choisie pour
sa résistance aux vibrations
Pour des applications aéroportées visant à détecter les structures
de la surface, l’échantillonnage à 200 MHz se justifie beaucoup
plus et c’est principalement dans cette perspective que nous
avons sélectionné la carte NI-PXI-5124.
Le Lidar – Light Detection and Ranging – utilisé a été mis
au point en 2004 par le CEA avec la participation du CNRS,
pour contrôler la pollution de l’atmosphère par les particules.
Il est désormais commercialisé par la société Leosphere. Le
système lidar est piloté sous l’environnement LabVIEW et
utilise généralement un numériseur 14 bits sous forme de
L’acquisition des signaux lidar se fait simultanément à celles des
coordonnées GPS et des paramètres de vol (tangage, roulis, cap).
Le transfert des données entre les instruments et le PXI se fait
par l’intermédiaire d’une carte NI PXI-8430/4 d’interface RS-232.
Une troisième carte (NI PXI-6221) installée dans le châssis
“Le système d’acquisition basé sur la technologie PXI a été adapté d’une
expérience conduite sur les canopées forestières.”
carte PCI (NI PCI-5122) intégrée dans un PC. Pour une version
aéroportée du système lidar, nous avons préféré opter pour la
technologie PXI et utiliser un châssis NI-PXI-1000B capable
d’accueillir huit cartes PXI. Cette technologie est plus résistante
aux vibrations et aux chocs qui risquent de survenir lors de
missions aéroportées. Le numériseur 12 bits finalement utilisé
pour le système aéroporté est une carte NI-PXI-5124. Il permet
d’effectuer des mesures avec une résolution verticale du lidar
de 0,75 m grâce à son échantillonnage à 200 MHz. Dans le
cadre de l’application lidar pour la détection des cendres, ce
choix n’est pas critique et une résolution de 1,5 m est largement
suffisante. Elle est par ailleurs ramenée à environ 30 m après
avoir appliqué un filtre numérique passe-bas afin de gagner
en rapport signal à bruit.
64 ni.com/france
permet d’envoyer des consignes afin d’ajuster la haute tension
sur les photomultiplicateurs de la chaîne de détection lidar et, le
cas échéant, de générer un signal TTL servant à synchroniser
l’émission laser et la numérisation.
Qu’est-ce que la télédétection active lidar ?
Le Lidar (Light Detection and Ranging) est composé de trois
sous-ensembles : l’émetteur (un laser), le récepteur (un télescope
ou une lunette) et la chaîne électronique d’acquisition. Le laser
est pulsé à une fréquence allant de quelques Hertz à plusieurs
milliers. Dans notre cas, la fréquence est de 20 Hz. L’émission
laser est synchronisée avec la base de temps du numériseur
NI-PXI-5124 et le faisceau est émis vers l’atmosphère où il
interagit avec les molécules de l’air, les aérosols (les cendres)
Panache de cendres visible sur la voie en dépolarisation
du système lidar. Les cendres étant non sphériques,
elles vont dépolariser la lumière laser.
Un système opérationnel amené à évoluer
Vue du lidar installé dans l’avion Falcon 20 de l’unité Safire. Le hublot en
silice permet de ne pas altérer la qualité du faisceau laser. Au centre de
la baie, il y a l’électronique laser et en bas, le NI PXI-1000B qui permet
l’acquisition et le stockage des données lidar. © Chazette
et les nuages. De cette interaction, une petite partie des
photons incidents est rétrodiffusée vers le récepteur et
convertie en tension par la chaîne d’acquisition (photomultiplicateur et carte NI-PXI-5124). La résolution verticale du
système lidar dépend de la largeur de la raie laser et de la
fréquence d’échantillonnage choisie par l’utilisateur.
Une solution déjà éprouvée dans d’autres conditions
Le système d’acquisition basé sur la technologie PXI a été
adapté d’une expérience conduite sur les canopées forestières.
Les logiciels ont été révisés pour répondre au besoin de la
mesure aéroportée à bord du Falcon 20. Des programmes de
pilotage lidar avaient déjà été développés sous l’environnement
LabVIEW pour des applications utilisant des systèmes mobiles
comme une voiture, un ULM, un ballon stratosphérique avec
le CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) ou le navire
océanographique Marion Dufresne.
Les mesures lidar effectuées à partir du Falcon 20 ont permis
de localiser les couches résiduelles du panache de cendres
volcaniques de l’Eyjafjöll dans certaines parties de l’espace
aérien français et au-dessus de l’océan Atlantique. Les plans
de vol ont été choisis en concertation avec Météo-France et la
Direction Générale de l’Aviation Civile. Un exemple de détection
du panache et d’un filament de cendres est présenté dans cet
article pour le vol opérationnel du 11 mai 2010. Le lidar apporte
des enseignements sur la présence (ou non) des cendres, mais
ne permet pas, seul, de déterminer leur nature chimique ni leur
concentration. Il faut pour cela disposer de mesures chimiques et
granulométriques complémentaires réalisées par un autre avion,
l’ATR 42 de l’unité Safire. Des vols coordonnés des deux avions
ont été organisés le 11 mai 2010 pour permettre de définir les
méthodes qui permettront d’extraire le maximum d’informations
des observations lidar et plus particulièrement une évaluation de
la concentration en masse des cendres volcaniques.
Le système lidar reste en alerte pour être rapidement
opérationnel en cas de nouvelle éruption du même volcan ou
d’un voisin. Le logiciel de pilotage sera amélioré afin de prendre
en compte, directement dans la visualisation temps réel sous
LabVIEW, les paramètres du vol comme l’altitude de l’avion.
Une nouvelle centrale d’inertie va être intégrée et pilotée sous
l’environnement LabVIEW.
Patrick CHAZETTE
CEA/DSM/LSCE
Orme des Merisiers
91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Tél. : +33 (0)6 83 85 14 55
Écran du programme d’acquisition développé sous l’environnement LabVIEW.
Deux couches de particules sont visibles et en fin de profil (le plus à droite),
l’écho de surface sur la mer (Atlantique).
ni.com/france
65
Simulateur cardiovasculaire à double activation pour la
modélisation in vitro des écoulements intracardiaques
Par Pr Régis RIEU, Dr Carine GUIVIER CURIEN, Morgane EVIN, Aix-Marseille Université et Dr Vincent GARITEY, Dr David TANNE, Protomed SA
L’objectif
La solution
Effectuer une simulation hydrodynamique du cœur gauche et
des vaisseaux sanguins systémiques et pulmonaires pour le
test et la caractérisation des prothèses valvulaires cardiaques.
Utiliser LabVIEW et un système CompactRIO avec un banc d’essai
de valves cardiaques pour un contrôle temps réel de la contraction
et de la relaxation de modèle de l’oreillette et du ventricule gauche.
Produits :
La simulation in vitro de l’écoulement cardiaque a débuté lors du
développement des prothèses valvulaires et de la normalisation de
leur performance hydrodynamique minimale. De la conception de la
prothèse à la première utilisation par le chirurgien, les tests à réaliser
se sont multipliés afin de garantir la fonctionnalité, la sécurité, la
fiabilité et la durabilité des prothèses. Ainsi, la norme ISO 5840 requiert
d’étudier la performance hydrodynamique (i.e. le niveau d’obstruction
au débit sanguin et le niveau de fuite) des prothèses in vitro.
A
Des pompes induisent une variation de pression dans les cages qui
simule les contractions/relaxations périodiques
des deux cavités de façon synchronisée. Cette synchronisation des
pompes est réalisée grâce à la génération de signaux de commande
optimaux issue d’un modèle numérique. Ce dispositif permet d’éviter
des variations de pression trop importantes entre les deux cavités et
de reproduire ainsi au mieux des conditions physiologiques ou
pathophysiologiques dans le banc d’essai.
Un modèle numérique à la base du simulateur
Ce simulateur peut donc tester différentes valves cardiaques
(mécaniques, biologiques, percutanées), mais servir aussi d’outil
de recherche et de développement performant naviguant entre la
mécanique des fluides, l’imagerie et la cardiologie.
Du cœur humain au simulateur
L’écoulement du sang dans le cœur est complexe, tridimensionnel
et instationnaire où les effets confondants sont nombreux et sont
individu-dépendants. Tout l’intérêt d’un modèle (in vitro ou numérique)
réside dans la possibilité d’étudier l’impact individuel et/ou combiné
des paramètres sur une variable, permettant une reproductibilité de
conditions physiologiques ou pathologiques impossible in vivo. Ainsi,
la modélisation de la circulation sanguine peut se faire grâce à un
modèle équivalent ou de façon expérimentale. En biomécanique
cardiovasculaire, et malgré les récents progrès des simulations
numériques, la complexité de l’écoulement rend incontournable
l’utilisation de simulateurs cardiaques.
L’intérêt majeur d’un tel simulateur cardiovasculaire réside à la
fois dans le test des prothèses valvulaires qui remplacent les valves
natives déficientes et dans une meilleure compréhension des
conséquences hémodynamiques des pathologies valvulaires, des
pathologies secondaires aux valvulopathies et du remplacement
et/ou réparation valvulaire.
B
Le modèle numérique est implémenté sous LabVIEW. La
partie commande de ce simulateur se décompose en quatre
étapes : définition des paramètres du test, définition des consignes via
le modèle numérique, chargement des signaux sur le CompactRIO,
génération/acquisition. Les paramètres de configuration du simulateur
sont spécifiés via une Interface Homme-Machine programmée en
LabVIEW. Pour la définition des signaux de consigne, l’utilisateur
décrit les débits des valves aortique et mitrale, ainsi que le débit des
veines pulmonaires qu’il désire simuler. Ces débits peuvent idéalement être issus de données réelles des examens échographiques
ou des données IRM d’un patient.
Concrètement, le CompactRIO contrôle les débits d’activation des
pompes, débits générés selon les conditions fixées par l’utilisateur,
A – Description du simulateur cœur gauche et circulation pulmonaire et
systémique. Valve aortique (AV) ; valve mitrale (MV) ; valve pulmonaire (PV) ;
ventricule droit (RV) ; résistance (R) ; compliance (C) ; pompe (P) ;
ventricule gauche (LV) ; oreillette gauche (LA)
B – Moules et cages du ventricule et de l’oreillette
puis acquiert les données issues des différents capteurs : débitmètre
et capteurs de pression. Suite à ces acquisitions, les données caractéristiques des valves utiles en routine clinique peuvent être calculées
telles que l’E.O.A. (Effective Orifice Area – aire effective de l’orifice)
et la différence de pression à travers la valve.
“La robustesse du système embarqué permet un contrôle
La génération des signaux de commande et
l’acquisition des signaux de pression et débit
optimal et sécuritaire du simulateur.”
sont réalisées en temps réel par le FPGA.
Le principe du simulateur est de reproduire le cœur gauche (l’oreillette
La robustesse du système embarqué permet un contrôle optimal et
et le ventricule) et les circulations systémiques et pulmonaires. Les
sécuritaire du simulateur.
cavités cardiaques sont simulées par des moules en silicone de
formes anatomiques et sont immergées dans des cages remplies
La validation du simulateur a été réalisée grâce à une validation du
de fluide. Leur contraction et relaxation permettent, comme le fait le
modèle numérique ainsi que par comparaison aux mesures des
cœur, un pompage et la circulation à travers les réseaux sanguins
différents débits sur le simulateur précédent. Une analyse harmonique
d’un fluide analogue au sang.
a également été réalisée pour vérifier la validité du simulateur avec les
66 ni.com/france
données in vivo disponibles dans la littérature. Les courbes pressionvolume obtenues de l’oreillette et du ventricule sont concordantes
avec celles observées in vivo.
Tests de prothèses valvulaires
Le remplacement d’une valve native suite à une pathologie est effectué suivant le diagnostic clinique en fonction de l’âge et de différents
paramètres liés à l’état de santé du patient. La valve native est
remplacée par une prothèse, mécanique ou biologique, lors d’une
opération à cœur ouvert. Le choix de la prothèse est alors effectué
par le clinicien en fonction du bilan hémodynamique du patient,
de recommandations cliniques et des données spécifiques à la
prothèse fournies par le constructeur. Les normes actuelles telles
que l’ISO 5840 ont pour objectif d’assurer un fonctionnement correct
et durable de la prothèse, une fois implantée. Ainsi, des essais in vitro,
animaux et cliniques sont nécessaires à l’homologation du dispositif
avant toute commercialisation. Pour les essais in vitro, la performance
hydrodynamique en conditions pulsées est l’un des tests primordiaux.
Différentes conditions hydrodynamiques (fréquence cardiaque, débit
cardiaque, pression moyenne aortique) sont imposées à la prothèse
afin d’éprouver son comportement. La norme requiert une performance minimale définie par des critères quantitatifs. Ce simulateur
permet, en sollicitant les prothèses de façon optimale, des essais
complets à même de quantifier les critères requis par la norme. Avec
le développement récent des valves percutanées qui permet la mise
en place d’une valve sans opération à cœur ouvert, la norme évolue
en prenant en compte les nouvelles problématiques cliniques liées
à cette nouvelle technologie. Le simulateur permet le test de ce
type de valves en étudiant par exemple la fuite paravalvulaire ou le
déploiement dans un anneau, non circulaire.
Outil de recherche
Les écoulements dans le ventricule et l’oreillette peuvent être
étudiés en utilisant la vélocimétrie par image de particules (PIV) 2
composantes/stréréoscopique multi-plans. La transparence des
moules et cages permet l’acquisition de ce type de données qui
peuvent ensuite être traitées et analysées en termes de dynamique
des fluides. Les acquisitions PIV sont également contrôlées par le
programme LabVIEW permettant la synchronisation du cycle cardiaque
avec les prises d’images. Des mesures échographiques peuvent
également être réalisées à différentes localisations, soit directement
dans le ventricule, soit à travers les valves aortique et mitrale,
permettant ainsi d’acquérir des paramètres usuellement accessibles
pendant un examen échocardiographique. Ainsi, le simulateur permet
de comprendre les écoulements complexes à l’intérieur des cavités
cardiaques afin d’établir de nouveaux critères cliniques.
Perspectives d’évolution
La double activation synchronisée et temps réel du volume des
deux cavités cardiaques, leurs formes anatomiques, la simulation du
réseau pulmonaire, la possibilité de contrôler le flux mitral, ainsi que la
répétabilité et la fiabilité des acquisitions réalisées font de ce simulateur
l’un des plus performants à l’heure actuelle. Le développement des
prothèses percutanées amène à faire évoluer ce simulateur pour tester
ces nouvelles prothèses valvulaires en utilisation simulée ou lors de
nouvelles procédures. Ces évolutions sont réalisées afin de répondre
aux besoins soulevés par les cliniciens tels que la possibilité de simuler
des procédures percutanées ou de mettre en évidence des critères
adéquats pour diagnostiquer ou quantifier la sévérité d’une pathologie.
Les performances actuelles comme ces futures évolutions de ce
simulateur s’appuient sur le matériel et le savoir-faire de NI.
Pr Régis RIEU, Dr Carine GUIVIER CURIEN, Morgane EVIN
Aix-Marseille Université
Institut des Sciences du Mouvement, UMR CNRS 6233 – GIBO
École Supérieure d’Ingénieurs de Luminy, Département Génie
Biomédical
Luminy case 925
13288 Marseille Cedex 09
Web : www.esil.univmed.fr
Dr Vincent GARITEY, Dr David TANNE, Morgane EVIN
Protomed SA
Faculté de médecine Nord
51, boulevard Dramard
13015 Marseille
Web : www.protomed.fr
Exemple des problématiques étudiées
Le simulateur a particulièrement été utilisé en recherche pour étudier
l’impact des différents types de valves mitrales, bio-prothèses ou
prothèses mécaniques, sur l’hypertension artérielle pulmonaire et sur
la thromboembolie. En effet, les conséquences hémodynamiques
d’un remplacement valvulaire sont déterminantes pour le suivi postopératoire et la récupération du patient. Déterminer in vitro le flux
intra-valvulaire en fonction du type de prothèses et simuler ce
flux en situation pathologique permet d’isoler et de déterminer les
liens complexes entre le choix de la prothèse et la guérison et/ou la
régression des pathologies valvulaires et secondaires associées.
ni.com/france
67
Systèmes embarqués Système de monitoring pour la
maintenance préventive de broyeurs à cône
Lauréat
2010
Par Christian ÉPIÉ, Directeur de O’Mos
L’objectif
La solution
Réaliser un système de monitoring de broyeurs afin de détecter
une mauvaise utilisation du matériel, mesurer l’état d’usure des
composants mécaniques internes, générer une base de données
permettant la modélisation du vieillissement des machines,
réduire l’indisponibilité des machines et diminuer les coûts
de maintenance.
Recueillir des paramètres physiques (chaîne de capteurs),
conditionner et analyser ces paramètres au travers de la
plate-forme CompactRIO, effectuer le diagnostic en temps
réel à l’aide de LabVIEW Real-Time, puis visualiser l’état des
machines et gérer les fichiers journaux à l’aide de LabVIEW.
Produits :
Un broyeur à cône est un élément dans la chaîne de fabrication
de granulats. Son rôle est de réduire la taille de ces granulats.
Il fonctionne par écrasement des matériaux entre une mâchoire
fixe et une mâchoire mobile de forme conique.
Le système de monitoring développé s’applique à deux machines
identiques (broyeurs HP4 de Metso Minerals), pesant chacune
25 tonnes, et entraînées par des moteurs asynchrones de 315 kW.
Chaque broyeur traite environ 400 tonnes de granulats par heure.
Des mesures issues d’une vingtaine de capteurs
Le monitoring nécessite le traitement et l’analyse de différents
paramètres physiques. La chaîne de capteur est composée
de six accéléromètres, six sondes de températures PT100,
quatre capteurs inductifs, quatre pressostats analogiques et
deux débitmètres.
Certains capteurs sont logés dans les machines, au plus près
des sous-ensembles, d’autres sont installés à l’extérieur des
broyeurs (surveillance hydraulique, tachymètres…).
Surveiller les broyeurs installés dans les carrières nécessite
un système robuste et fiable.
À la suite d’un cursus de formation accélérée, les derniers doutes
étaient levés. L’environnement LabVIEW s’est avéré plus qu’un
moyen : une véritable source d’inspiration. Nous pouvions nous
lancer tout en ayant la certitude d’être en mesure de faire du
bon travail.
“L’environnement LabVIEW s’est avéré plus qu’un moyen : une véritable source d’inspiration.”
À la recherche d’une solution ouverte
Des IHM de très bonne qualité
Pour réaliser ce projet, nous nous sommes d’abord rapprochés
des constructeurs de système de monitoring on line. Nous nous
sommes vite rendu compte que les solutions proposées étaient
très fermées et très standardisées, elles ne répondaient donc
que partiellement à nos souhaits.
Là encore, que de bonnes surprises ! L’édition de base de LabVIEW
permettant, entre autres, de réaliser des interfaces de très bonne
qualité, nous avons pu faire l’économie d’intégrer une solution
de supervision.
Le CompactRIO adapté aux milieux hostiles
Nous avons donc sollicité notre correspondant National Instruments
pour lui présenter notre besoin. À l’évidence, les plates-formes et
technologies de NI répondaient parfaitement à la problématique.
Un obstacle restait néanmoins à surmonter : nous était-il possible
de nous approprier les compétences suffisantes pour convertir
notre savoir-faire en analyse vibratoire et en diagnostic sous la
forme d’un programme LabVIEW ?
68 ni.com/france
Parmi les matériels de NI, nous avons choisi la plate-forme
CompactRIO dont la robustesse est très intéressante pour une
intégration dans un milieu hostile comme celui des carrières.
Sa faible consommation lui permet de travailler dans une
enveloppe étanche.
LabVIEW permettant de réaliser des interfaces de très bonne qualité, nous
avons pu faire l’économie d’intégrer une solution de supervision.
La connectique de bonne qualité supporte les vibrations et les
changements de température sans altérer la fiabilité nécessaire à
un système de monitoring.
Le système développé se compose d’un châssis cRIO-9074 dans
lequel sont installés des modules NI 9233, NI 9203 et NI 9481.
L’application a été développée sous LabVIEW, en utilisant les
Modules LabVIEW Real-Time et LabVIEW FPGA.
Un levier pour le développement de O’Mos
Pour notre petite société, principalement axée sur le service,
la découverte et l’utilisation des solutions NI forment un levier
extrêmement important quant à notre développement futur.
Nous apprécions bien évidemment la technologie NI mais aussi
la grande qualité et le professionnalisme de nos interlocuteurs.
Notre client, très satisfait des services rendus par ce dispositif
de monitoring, est le premier bénéficiaire de cette réalisation.
Par ailleurs, le capital confiance que nous a conféré cette
première expérience avec NI nous a conduit à réaliser nos
propres équipements d’analyses vibratoires et ainsi améliorer
notre offre de service.
Christian ÉPIÉ
O’Mos
L’Abbaye
35310 Mordelles
Tél. : +33 (0)6 88 13 00 68
ni.com/france
69
Le PXI permet à l’ONERA d’embarquer son
radar DRIVE sur le motoplaneur BUSARD
Par Jean-François NOUVEL, ONERA, Centre de Salon-de-Provence
L’objectif
La solution
Concevoir, développer et expérimenter un radar imageur
embarqué, compact, léger, destiné à produire des images radar
RSO (Radar à Synthèse d’Ouverture) pour des applications
scientifiques : mesure de signatures électromagnétiques et
génération de modèles numériques de terrain.
Développer un système numérique basé sur un châssis
PXI 3U permettant modularité, compacité et évolutivité.
Produits :
PXI, instrumentation modulaire RF, acquisition de données,
NI LabVIEW
Depuis des années, l’ONERA, et plus précisément le Département
Electromagnétisme et Radar (DEMR), a développé une expérience
unique dans le domaine des radars au travers de projets majeurs
comme NOSTRADAMUS, GRAVES, MERIC, RAMSES ou SETHI.
Faisant suite à des études antérieures, un projet de radar imageur
bas coût, fonctionnant en bande Ka, a été développé au sein du
DEMR. Ce radar est intégré dans une nacelle (ou pod), fixée sous
les ailes d’un motoplaneur STEMME S10VT. Ce radar combine
à la fois une ouverture réelle dans la direction transverse au
déplacement du porteur et une synthèse d’ouverture dans la
direction de déplacement du porteur (traitement Doppler). La
tête hyperfréquence utilise une technique FMCW (Frequency
Modulated Continuous Wave), permettant de réduire la puissance
d’émission à quelques Watts. En outre, l’utilisation d’une bande
de fréquence millimétrique permet l’utilisation d’antennes de
tailles réduites, et rend finalement possible l’intégration de
l’ensemble au sein d’un pod. Ainsi, ce radar servira pour l’ONERA
de véritable banc d’essai pour la définition de systèmes de drone.
Le radar DRIVE est installé dans un “pod” fixé
sous une aile du motoplaneur BUSARD.
“Le système PXI est rapidement configurable grâce au logiciel MAX, permettant
ainsi de faire évoluer les matériels utilisés en fonction des besoins d’acquisition,
de génération de signaux ou de synchronisation.”
En vue d’une intégration à bord d’un drone
Davantage de compacité
L’aéronef utilisé aujourd’hui pour tester ce radar et ses applications
est un motoplaneur STEMME S10VT, avion qui a la particularité
de présenter une géométrie représentative de celle des drones de
type MALE : grande envergure et faible poids.
L’expérience du DEMR sur les radars embarqués s’est forgée
sur le développement et l’expérimentation de radars à très haut
potentiel (RAMSES, SETHI) utilisant des plates-formes de grande
taille (type Transall puis Falcon 20). La problématique majeure ici
était de développer une charge utile beaucoup plus compacte,
compatible avec les impératifs de la certification aéronautique du
motoplaneur, à savoir une masse globale de 50 kg et un volume
de 80 litres au maximum.
Les particularités de ce radar sont ainsi un encombrement et un
poids réduits, tout en représentant un coût global limité. Tout
ceci fait de ce radar un bon candidat pour une intégration future à
bord d’un porteur de taille réduite, de type drone, problématique
en plein essor de nos jours et au sein du Département DEMR.
Le projet DRIVE a débuté en février 2005 à l’ONERA et les
premiers vols ont eu lieu début 2006. Ce radar est aujourd’hui
opérationnel et est utilisé pour des campagnes de mesures.
Il totalise près de 200 heures de vol à ce jour.
70 ni.com/france
En parallèle à ces considérations physiques de compacité, les
enregistrements radar génèrent des flux de données relativement
importants (de l’ordre de 30 Mo/s dans le cas de DRIVE),
requérant des matériels relativement performants.
Notre choix s’est très vite porté sur les matériels de mesure
de National Instruments au format PXI 3U, associés aux drivers,
NI-SCOPE et NI-DAQmx, répondant à ces deux objectifs de
compacité et performances.
Un système complet performant et
rapidement reconfigurable
L’ensemble des cartes PXI est géré par un contrôleur multicœur
intégré au châssis, avec une sortie des données radar vers un
disque dur externe au format SSD 2,5 pouces. L’utilisation du port
Express Card sur le contrôleur PXI permet d’optimiser le flux de
données sur le bus de fond de panier du châssis. En effet, les
données vont directement de la carte d’acquisition (PXI-5122) vers
le contrôleur, puis du contrôleur vers le disque dur externe via un
adaptateur ExpressCard/SATA II. Le bus de données du châssis
n’est donc utilisé que dans une direction, pour davantage de
rapidité et de fiabilité.
Une fiabilité éprouvée par de nombreuses
campagnes d’acquisition
Au bout du compte, nous sommes très satisfaits de nos choix.
Le système PXI nous permet d’effectuer des acquisitions
analogiques très rapides sur deux voies simultanément (jusqu’à
25 Méch./s sur chacune des voies) pendant un laps de temps
de plusieurs minutes, compatible avec la longueur de nos
acquisitions aéroportées.
En plus d’être compact et performant, ce système est robuste.
Il est placé dans une nacelle soumise à des vibrations et des
variations de température sévères, mais fonctionne depuis plusieurs
années et a été utilisé pour de nombreuses campagnes d’acquisition.
Jean-François NOUVEL
ONERA – CSP
BA 701
13661 Salon-de-Provence
Tél. : +33 (0)4 90 17 01 04
E-mail : jean-franç[email protected]
Web : www.onera.fr
On distingue l’instrumentation associée au radar, sous forme de châssis PXI 3U.
Le système PXI est rapidement configurable grâce au logiciel
MAX, permettant ainsi de faire évoluer les matériels utilisés
en fonction des besoins d’acquisition (données auxiliaires de
trajectographie, ou provenant de capteurs mécaniques ou
thermiques), de génération de signaux (une ou plusieurs cartes
oscillateurs peuvent être utilisées, en parallèle à un générateur
de formes d’onde arbitraire) ou de synchronisation (enregistrement
du PPS provenant du GPS par exemple).
L’utilisation du logiciel LabVIEW permet enfin de contrôler
l’ensemble des cartes via des programmes (VIs) dédiés à chacune
des fonctions. Il ne m’a fallu que quelques semaines pour me
familiariser avec ce logiciel, et développer les applications de base.
Une formation LabVIEW Fondamental 2 m’a, de plus, permis
d’optimiser mon code en termes de temps de calcul, mais aussi
de clarté.
ni.com/france
71
Notes
ni.com/france
ous avez développé une application avec
V
des produits National Instruments ?
N’hésitez pas à rédiger vous aussi un article d’utilisateur !
Chaque article d’utilisateur est :
■■
publié sur la page la plus visitée de NI France (ni.com/france/articles)
■■
diffusé à des milliers de scientifiques et d’ingénieurs dans l’édition française de la lettre électronique NI News
■■
intégré à la brochure annuelle des applications d’utilisateurs (que vous avez entre les mains)
■■
affiché en poster sur l’exposition NIDays
■■
inscrit d’office au concours des meilleures applications de l’année
organisé en partenariat avec le magazine Mesures
– remise des prix lors de l’édition suivante de NIDays
– cadeaux de valeur pour chacun des lauréats (5 catégories)
– séjour tous frais payés à NIWeek pour le vainqueur toutes catégories confondues
– compte-rendu dans le magazine Mesures et sur mesures.com
Si vous êtes intéréssé(e) :
■■
visitez, pour tout savoir, nidays.fr/concours
■■
manifestez-vous sans tarder auprès de Patrick Renard ( 01 57 66 24 31 ou [email protected]).
nidays.fr/concours
Éco-conception
Éco-conception
Éco-conception
MESURER – OPTIMISER
La station biologique de La Selva a développé un système de
capteurs
sans
fils pour de
surveiller
l’écosystème
forêt pluviale.
La station
biologique
La Selva
a développéde
unlasystème
de
capteurs
sans
fils
pour
surveiller
l’écosystème
de
la
forêt
pluviale.
La station biologique de La Selva a développé un système
de
capteurs sans fils pour surveiller l’écosystème de la forêt pluviale.
Nucor Steel a pu réduire considérablement sa consommation
en optimisant
son process
fusion.
Nucor d’électricité
Steel a pu réduire
considérablement
sade
consommation
d’électricité
en
optimisant
son
process
de
fusion.
Nucor Steel a pu réduire considérablement sa consommation
d’électricité en optimisant son process de fusion.
Fuji Electric France a développé un système d’analyse en continu
des
polluants
dans
le cadre des
réglementations
européennes.
Fuji gaz
Electric
France
a développé
un système
d’analyse
en continu
desFuji
gazElectric
polluants
dans
le
cadre
des
réglementations
européennes.
France a développé un système d’analyse en continu
des gaz polluants dans le cadre des réglementations européennes.
Hélion, filiale d’AREVA Renouvelables, a optimisé et sécurisé
ses piles
à combustible
en rénovant ses
moyensetde
test.
Hélion,
filiale
d’AREVA Renouvelables,
a optimisé
sécurisé
ses
piles
à
combustible
en
rénovant
ses
moyens
de
test.
Hélion, filiale d’AREVA Renouvelables, a optimisé et sécurisé
ses piles à combustible en rénovant ses moyens de test.
Acquérir
Acquérir et
Acquérir
mesurer des
Acquérir
et
Acquérir
données
issues
mesurer des
et quel
deAcquérir
n’importe
données issues
mesurer
capteur
ou des
signal
de n’importe quel
données issues
capteur ou signal
de n’importe quel
Depuis
plusoude
30 ans,
capteur
signal
MESURER
MESURER
Analyser
MESURER
Analyser et extraire
Analyser
l’information par
Analyser
et extraire
Analyser
traitement
des
l’information par
Analyser et extraire
signaux
traitement des
l’information par
signaux
traitement des
signaux
Présenter
Présenter les
Présenter
données au
Présenter
les
Présenter
travers
d’IHM,
données au
Présenter Web
les
d’interfaces
travers d’IHM,
au
etdonnées
de rapports
d’interfaces Web
travers d’IHM,
et de rapports
d’interfaces Web
aide les
et deingénieurs
rapports
Concevoir
Concevoir des
Concevoir
algorithmes et
Concevoir
des
Concevoir
des
systèmes de
algorithmes et
Concevoir
des
contrôle
optimisés
des systèmes de
algorithmes et
contrôle optimisés
des systèmes de
contrôle optimisés
OPTIMISER
OPTIMISER
Prototyper
OPTIMISER
Prototyper
Prototyper
des conceptions
Prototyper
surPrototyper
du matériel
des conceptions
Prototyper
prêt-à-fonctionner
sur du matériel
des conceptions
sur du matériel
Déployer
Déployer le
Déployer
code sur la
Déployer
le
Déployer
plate-forme
code sur la
Déployerde
le
matérielle
plate-forme
code
sur la
votre
choix
matérielle de
plate-forme
votre choix
matérielle de
résoudre
votreles
choix
National Instruments
et les scientifiques à mesurer, diagnostiquer et
Depuis
plusles
deplus
30 ans,
National
aide
les ingénieurs
les scientifiques
diagnostiquer
et résoudre
les
problèmes
complexes
deInstruments
ce monde. Un
nombre
croissant et
d’entre
eux exploite àlamesurer,
plate-forme
NI de conception
graphique
plus
de 30
ans, National
les ingénieurs
et lesàeux
scientifiques
mesurer,
diagnostiquer
et résoudre
les
problèmes
lesbien
plus
complexes
de et
ceInstruments
monde.
Un aide
nombre
croissant
d’entre
exploite
laàplate-forme
NI de
graphique
deDepuis
systèmes
au-delà
du test
de
la mesure.
Ils mettent
également
profit
sa modularité
matérielle
et conception
sa souplesse
logicielle
problèmes
les
plus
complexes
monde.
Un
nombre
croissant
d’entre
eux
exploite
la de
plate-forme
NImachines,
graphique
de
systèmes
bien
au-delà
du test
et ce
deprocédés,
la mesure.
mettent
également
à profit
sa modularité
matérielle
etdesaconception
souplesse
logicielle
pour
optimiser
des
produits
et de
des
enIls
concevant,
prototypant
et déployant
nouvelles
technologies
systèmes
bien
du
etprocédés,
de la
mesure.
Ils
mettent également
à profit
sa la
modularité
matérielle
etpar
sa souplesse
logicielle
pour
optimiserAujourd’hui,
des au-delà
produits
ettest
des
en concevant,
prototypant
et déployant
de nouvelles
machines,
etde
méthodes.
une
grande
partie
des
problèmes
les plus urgents
de
planète
sont
traités
destechnologies
applications
pour
optimiser
des
produits
etgrande
des procédés,
enproblèmes
concevant,les
prototypant
et déployant
de nouvelles
machines,
technologies
et
méthodes.
Aujourd’hui,
une
partie
des
plus urgents
de la planète
sont traités
par des applications
d’éco-conception
basées
sur
les
produits
de NI.
et méthodes. Aujourd’hui,
grande partie
d’éco-conception
basées sur une
les produits
de NI.des problèmes les plus urgents de la planète sont traités par des applications
d’éco-conception basées sur les produits de NI.
Téléchargezles
lesressources
ressourcesd’information
d’informationsur
surl’éco-conception
l’éco-conceptionenenvisitant
visitant
ni.com/greenengineering/f
Téléchargez
ni.com/greenengineering/f
Téléchargez les ressources d’information sur l’éco-conception en visitant ni.com/greenengineering/f
>> Téléchargez les ressources d’information sur l’éco-conception en visitant ni.com/greenengineering/f
>>
>>
>>
0157
5766
6624
24 24
24
01
01 57 66 24 24
01 57 66 24 24
NATIONAL INSTRUMENTS France n 2 rue Hennape n 92735 Nanterre Cedex, France n Tél. : (0)1 57 66 24 24 n Fax : (0)1 57 66 24 14
Société de droit américain n capital social 1.000,00 dollars US n 11500 N Mopac Expwy, Austin-Texas USA n 10056236 n 344 497 649
RCS Nanterre n SIRET B 344 497 649 00022 n APE 516J - N.I.I. FR 57344497649
National Instruments.
droits –réservés.
CVI, CompactRIO,
DIAdem,
Measurement
Multisim,
MXI, américain
National Instruments,
NI,
n Tel.:IMAQ,
NATIONAL ©2011
INSTRUMENTS
France n 2, rueTous
Hennape
92735 Nanterre
Cedex, France
(0)1 57 LabVIEW,
66 24 24 n Fax
(0)1 57 66 24Studio,
14 n Société
de droit
– capital social
NI CompactDAQ,
NIMopac
FlexRIO,
NI TestStand,
NI VeriStand
et ni.com
sont497
des649
marques
de National
Instruments.
marque
est utilisée
sous licence
n US – 11500 N
n RCS Nanterre
Expwy,
Austin-Texas
USA – 10056236
– 344
– SIRET
B 344 497La649
00048LabWindows
– APE 516J - N.I.I.
FR 57344497649
1.000,00 dollars
Microsoft Corporation. Windows est une marque déposée de Microsoft Corporation aux États-Unis et dans d’autres pays. Les autres noms de produits et de
n
n
n
n
NATIONAL
INSTRUMENTS
France
2, les
rueréservés.
Hennapeou
– les
92735
Nanterre
Cedex,
Tel.: des
(0)1 marques
57 66 24 24
Fax (0)1 57
66 24 14 Société
de droit
capital
social
©2009 National
Instruments.
Toussont
droits
National
Instruments,
NI etFrance
ni.com respectifs.
sont
de National
Instruments.
Les autres
nomsaméricain
de produits– et
de sociétés
sociétés
mentionnés
marques
noms
de leurs
propriétaires
n US
n RCS Nanterre
11500 N ou
Mopac
Expwy,
USA –respectifs.
10056236 –Pour
344 plus
497 649
– SIRET B 344 497 649 00048 – APE 516J - N.I.I. FR 57344497649
1.000,00
dollars
mentionnés
sont
les–marques
les noms
de Austin-Texas
leurs propriétaires
d’informations
2008-11041-821-112-I
100%
From wellmanaged forests
C000000
n 2, rue Hennape
n Tel.:
NATIONAL
France
–est
92735
Cedex,
France
(0)1 57 66de
24National
24 n Fax indépendant
(0)1 57 66 24 14
Société
de
droit
américain
– capital
social
Un INSTRUMENTS
National
Instruments
Alliance
Partner
uneNanterre
sociétéNI
de
ou
un
intégrateur
totalement
den National
Instruments.
1874
©2009
National
Instruments.
Tous
droits
réservés.
National
Instruments,
etservice
ni.com
sont
des
marques
Instruments.
Les
autres noms
de produits
et de
sociétés
1.000,00 sont
dollars
US – 11500
Expwy,
– 10056236
344 d’informations
497 649 n RCS Nanterre
– SIRET B 344 497 649 00048 – APE 516J - N.I.I. FR 57344497649
mentionnés
lesnmarques
ou N
lesMopac
noms de
leursAustin-Texas
propriétairesUSA
respectifs.
Pour–plus
2008-11041-821-112-I
©2009 National Instruments. Tous droits réservés. National Instruments, NI et ni.com sont des marques de National Instruments. Les autres noms de produits et de sociétés
mentionnés sont les marques ou les noms de leurs propriétaires respectifs. Pour plus d’informations 2008-11041-821-112-I
2009-11041-821-112-I.indd 1
5/7/09 10:29:48 AM

1874 France case studies.indd

Transcription

Documents pareils

Technicien Développeur Electronique Labview All (H/F)

Formation LabView niveau 1 et 2

RÉSUME SUMMARY

PPGEL36g Labview académie

À votre service dans le monde Vente et support Formations et

Forum Aéronautique, Spatial et Défense

Traitement de l`informatio Image et son aitement de

télécharger - Université de Versailles Saint-Quentin-en

Simulateur de Vol - BTS CRSA Lycée Voillaume BTS MAI