Connecter LabVIEW à n'importe quel automate programmable et réseau industriels

Les Contrôleurs d'automatismes programmables (PAC) et LabVIEW de National Instruments peuvent apporter toute une kyrielle de fonctionnalités aux automates programmables industriels (API) et aux systèmes industriels. Parmi les applications PAC classiques, citons la surveillance de l'état de machines, les mesures analogiques haute vitesse et les applications Vision personnalisées. La communication entre les deux systèmes est extrêmement importante et doit être simple, efficace et le plus souvent déterministe. Ce tutorial traite des différentes méthodes permettant de connecter LabVIEW et les PAC de National Instruments à n'importe quel réseau industriel, matériel et API.

E/S analogiques et numériques élémentaires

Le moyen le plus simple d'intégrer des PAC de National Instruments avec des API existants est sans doute l'utilisation d'E/S analogique ou numériques élémentaires. Toutes les plates-formes PAC de National Instruments sont dotées d'E/S numériques. Le plus petit nombre d'E/S numériques sur une plate-forme PAC de NI se trouve sur le système NI Compact Vision. Compact Vision offre 15 entrées numériques et 14 sorties numériques. Les E/S numériques permettent de communiquer les données de différentes façons. La méthode la plus élémentaire consiste à basculer une ligne numérique unique, ce qui permet d'envoyer un bit de donnée pour des paramètres tels que l'état ou la réussite/échec. Si l'utilisateur doit produire davantage d'informations, comme des codes d'erreur ou des nombres de taille importante, ou encore mettre en œuvre un handshaking, il est possible d'utiliser plusieurs ports ou E/S numériques. Huit E/S numériques permettent de lire et d'écrire jusqu'à 256 valeurs distinctes. Pour finir, il est possible de générer des impulsions via une ligne numérique. La génération d'impulsions peut servir au cadencement et au déclenchement de précision de vos matériels d'automatisation, tels que des actionneurs et des API.

Les E/S analogiques représentent également un bon moyen de communiquer entre un PAC de NI et un API. Les E/S analogiques permettent d'envoyer un volume de données plus important en utilisant une seule ligne. Avec un convertisseur N/A 16 bits, l'utilisateur peut envoyer des milliers de valeurs distinctes via une ligne unique. Les E/S analogiques se prêtent tout particulièrement à l'envoi de modifications incrémentielles pour une valeur spécifique et utilisant un câblage minimal. L'un des inconvénients des E/S analogiques utilisées pour la communication est le risque de bruit et l'intégrité du signal. Si votre système PAC ou API se trouve sur un site de production, il risque d'y avoir beaucoup de bruit susceptible de modifier la valeur du signal que vous tentez de lire ou d'écrire. L'utilisation de produits d'acquisition de données isolés contribue à protéger les données des boucles de mise à la masse, des surtensions et des milieux bruyants.

Figure n°1. Intégration de NI CompactRIO et de l'automate programmable ControlLogix d'Allen-Bradley avec des E/S numériques

Liens :

• Produits d'acquisition de données USB, PCI et PXI de National Instruments
• Modules d’E/S NI CompactRIO

Modbus TCP et Modbus série

Modbus TCP et Modbus série sont deux des protocoles/réseaux industriels les plus couramment utilisés du marché. NI LabVIEW 8.0 a introduit le support natif des protocoles Modbus TCP et Modbus série sur n'importe quel port Ethernet ou série avec deux modules complémentaires à LabVIEW : LabVIEW Real-Time et LabVIEW DSC. Chacun de ces modules permet de créer un serveur d'E/S Modbus TCP ou Modbus série grâce à un assistant graphique de configuration. En quelques clics de souris, l'utilisateur peut créer un maître ou un esclave Modbus et spécifier les différents registres à lire et à écrire. Le lien ci-dessous détaille le processus de création d'un serveur d'E/S Modbus avec LabVIEW 8.

S'il possède une version antérieure de LabVIEW ou s'il ne dispose pas des modules LabVIEW Real-Time ou DSC, l'utilisateur peut avoir recours à la bibliothèque LabVIEW Modbus, qui fournit un jeu de VIs de bas niveau permettant de créer des applications maîtres ou esclaves Modbus avec n'importe quel port Ethernet ou série. Pour télécharger cette bibliothèque gratuite, cliquez sur le lien suivant.

Modbus TCP est également un outil utile lors de l'utilisation de passerelles pour toute une gamme d'options de connexion. Pour en savoir plus, reportez-vous au passage de tutorial consacré aux passerelles.

Liens :

• Vidéo de démonstration : Créer un serveur d'E/S Modbus
• Téléchargez la bibliothèque LabVIEW Modbus

Matériels de communication enfichables

Avec un ordinateur de bureau standard ou un châssis PXI, l'utilisateur peut tirer parti des emplacements PCI ou PXI dédiés aux matériels de communication enfichables. Le recours aux matériels enfichables présente plusieurs avantages parmi lesquels :

• Une communication directe avec les réseaux industriels existants, assurant la connectivité vers tous les composants connectés
• Une communication déterministe avec le processeur
• Des fonctions de haut niveau (API) pour un développement rapide d'applications

National Instruments propose des matériels de communication aux formats PCI, PXI et PCMCIA dédiés aux réseaux industriels suivants : CAN, DeviceNet, CANopen, série (RS232, RS422 et RS485) et Fieldbus FOUNDATION. En outre, d'autres réseaux industriels, comme Profibus, sont supportés par des matériels tiers et sont fréquemment disponibles avec les drivers LabVIEW et LabVIEW Real-Time. Les paragraphes suivants vont aborder les différents types de matériels de communication.

Interfaces DeviceNET

DeviceNet est couramment utilisé dans les applications industrielles. Il s'agit d'une solution simple et ouverte de mise en réseau qui permet à un maximum de 64 matériels de communiquer entre eux sur un seul bus, réduisant de ce fait les coûts ainsi que la complexité du câblage et de l'installation des matériels d'automatisation, et assurant l'interopérabilité de composants similaires provenant de différents fournisseurs. DeviceNet s'appuie sur la couche physique CAN (Controller Area Network). Il s'agit d'une solution économique pour connecter des matériels industriels, tels que des capteurs photoélectriques, des lecteurs de codes à barres, des E/S, des PC industriels, des automates programmables industriels, des écrans et des interfaces hommes-machines, à un réseau. La connectivité directe permet une amélioration des communications entre les matériels ainsi que des diagnostics au niveau des matériels difficilement accessibles ou disponibles via des interfaces d'E/S câblées.

Les interfaces DeviceNet enfichables de National Instruments peuvent fonctionner aussi bien en tant que maître (scanner) qu'en tant qu'esclave. Les interfaces NI DeviceNet existent dans les facteurs de forme PCI, PXI et PCMCIA et utilisent le connecteur Combicon 5 broches standard pour l'accès aux matériels et aux réseaux DeviceNet. Le module DeviceNet PXI est compatible avec LabVIEW Real-Time pour un contrôle déterministe et des communications avec les réseaux et les matériels DeviceNet. Tous les matériels DeviceNet sont livrés avec le driver NI-DNET, qui offre des fonctions de haut niveau, faciles d'emploi pour le développement rapide d'applications. Par ailleurs, NI-DNET offre deux utilitaires pour l'installation et la configuration de réseaux : NI Configurator et NI Analyzer.

Figure n°2. Interfaces DeviceNet enfichables de National Instruments

Les interfaces DeviceNet de National Instruments représentent une solution idéale pour l'ajout de fonctionnalités à un réseau DeviceNet existant. Par exemple, si vous souhaitez ajouter de la surveillance de l'état de machines afin de contrôler et de protéger un équipement coûteux, il est possible d'utiliser un PC ou un châssis PXI avec NI LabVIEW et des matériels d'acquisition de signaux dynamiques pour effectuer la surveillance et l'analyse industrielles. Vous pouvez ensuite transmettre les informations pertinentes au maître DeviceNet (souvent un API) avec un matériel DeviceNet de NI en mode esclave, intégrant ainsi les deux systèmes sur un réseau unique.

NI DeviceNet Configurator : il s'agit d'un outil de configuration performant qui supporte le format EDS (Electronic Data Sheet). Chaque matériel DeviceNet possède son propre fichier EDS, disponible auprès du fabricant de matériel. L'outil de configuration peut soumettre un réseau DeviceNet à une recherche afin de déterminer des informations concernant les matériels connectés, charger automatiquement les fichiers EDS correspondants, lire et écrire les paramètres des matériels, et enfin modifier l'identifiant MAC d'un matériel.

NI DeviceNet Analyzer : cet outil d'analyse surveille le réseau DeviceNet et interprète les messages CAN interceptés conformément au protocole DeviceNet. Il affiche les messages avec leurs paramètres. Il est possible d'afficher certains types de messages en utilisant des filtres puissants et des options de recherche. Il est également possible d'obtenir les statistiques des messages dans l'outil d'analyse. Ce dernier sert également à rechercher les pannes et à analyser les réseaux et les systèmes DeviceNet.

Si vous utilisez un PAC de NI qui ne dispose pas de carte DeviceNet, il est possible d'utiliser une passerelle tierce pour connecter LabVIEW à un réseau ou un matériel DeviceNet. Veuillez vous reporter au passage consacré aux passerelles tierces pour obtenir de plus amples informations.

Liens :

• Interfaces enfichables NI DeviceNet

Interfaces CANopen

CANopen est un protocole de niveau supérieur qui repose sur une couche physique CAN ; il a été développé pour servir de réseau embarqué standardisé doté de capacités de configuration très flexibles. Initialement conçu pour les applications de commande d'axes, le protocole CANopen se retrouve dans de nombreux secteurs d'activités, notamment l'équipement sanitaire, les véhicules tout terrain, les transports publics et l'immotique.

Pour les fonctionnalités CANopen maître, National Instruments propose la bibliothèque LabVIEW CANopen, qui offre des fonctions de haut niveau et faciles d'emploi, permettant de créer des applications CANopen maître. Comme les fonctions CANopen reposent sur le driver NI-CAN, tous les matériels CAN Série 2 haute vitesse de National Instruments aux formats PCI, PXI et PCMCIA peuvent être exécutées en tant qu'interfaces CANopen maître parfaitement fonctionnelles.

Figure n°3. Interfaces CANopen de National Instruments

La bibliothèque NI LabVIEW CANopen offre des fonctionnalités qui couvrent l'ensemble des applications CANopen maître, y compris l'émission et la réception d'objets SDO (service data objects) et PDO (process data objects), l'administration de réseaux, la surveillance des nœuds et des signaux battements de cœur, les urgences et les objets de synchronisation. Ces fonctions permettent de créer des applications qui respectent pleinement la norme DS310 du groupe CAN in Automation (CiA).

La bibliothèque CANopen LabVIEW fonctionne également avec les unités de puissance NI SoftMotion Controller for CANopen, facilitant ainsi l'ajout de n'importe quelles E/S CANopen aux réseaux de commande d'axes CANopen. Le contrôleur NI SoftMotion est un moteur de commande d'axes logiciel qui sert d'interface entre le driver NI-Motion et les unités de puissance intelligentes distribuées. Les ingénieurs peuvent désormais programmer les unités Accelnet et Xenus basées sur CANopen de Copley avec l'API NI-Motion de LabVIEW, facile d'emploi.

Si vous utilisez un PAC de NI qui ne dispose pas de carte CANopen enfichable, vous pouvez utiliser une passerelle tierce pour connecter LabVIEW à des réseaux ou à des matériels CANopen. Veuillez vous reporter au passage consacré aux passerelles tierces pour obtenir de plus amples informations.

Liens :

• Bibliothèque NI CANopen LabVIEW
• Interfaces CAN Série 2 haute vitesse de NI

Interfaces série (RS232, RS422 et RS485)

Le protocole Série est un protocole de communication qui existe en standard sur presque tous les PC. La plupart des ordinateurs de bureau et des portables sont dotés d'un ou plusieurs ports série RS232. Il est également largement répandu en instrumentation, et de nombreux matériels compatibles GPIB en disposent. Il est possible, en outre, d'utiliser la communication série pour l'acquisition de données, en la conjuguant à un matériel d'échantillonnage distant. Si le RS232 est le protocole série le plus courant, le RS422 et le RS485 sont aussi fréquemment utilisés.

Panorama des matériels série de National Instruments : National Instruments, l'un des leaders mondiaux du contrôle d'instruments, propose une gamme complète d'interfaces série pour les protocoles RS232, RS422 et RS485. NI fournit des interfaces série adaptées à un large éventail de bus d'ordinateurs, notamment les bus PCI, PXI, PCMCIA, ExpressCard/34, USB et Ethernet. Toutes les interfaces série de National Instruments sont compatibles Plug-and-Play et entièrement configurables par logiciel. De plus, les matériels et logiciels série de NI offrent des caractéristiques telles que des débits en bauds flexibles ou un contrôle de flux matériel ; les interfaces série PCI et PXI, quant à elles, présentent une utilisation minimale de l'unité centrale grâce aux transferts DMA et proposent en option une isolation de 2000 V entre les ports.

Figure n°4. Interfaces série de National Instruments

Liens :

• Interfaces série de National Instruments

Interfaces Profibus

Développé en 1989, le PROFIBUS est devenu l'un des types de bus de terrain les plus utilisés. Particulièrement populaire en Europe, le PROFIBUS est le standard des API de Siemens Automation pour s'interconnecter, des capteurs intelligents, des actionneurs et des E/S. L'utilisateur a le choix entre différentes méthodes pour connecter LabVIEW à des réseaux et des matériels PROFIBUS. Des sociétés partenaires, telle que Comsoft, proposent des interfaces PROFIBUS PCI et cPCI supportées par les systèmes d'exploitation Windows et LabVIEW Real-Time, pour des systèmes sur PC et PXI.

Si vous utilisez un PAC de NI qui ne dispose pas d'emplacement PCI ni PXI, vous pouvez utiliser une passerelle tierce pour connecter LabVIEW aux réseaux ou aux matériels PROFIBUS. Veuillez vous reporter au passage consacré aux passerelles tierces pour obtenir de plus amples informations.

Liens :

• Interfaces PROFIBUS PCI et cPCI de Comsoft avec support LabVIEW

OPC

OLE for Process Control (OPC) est le nom initial d'une norme développée en 1996 par un groupe de travail issu de l'industrie de l'automatisation. Ce standard spécifiait les communications de données de production temps réel entre les matériels de contrôle de différents fabricants. Il est désormais maintenu par la Fondation OPC et a été rebaptisé OPC Data Access. La version actuelle de sa spécification est OPC Data Access 3.0.

Le standard OPC a été conçu pour servir de lien entre des applications Windows et des applications matérielles et logicielles de contrôle de processus. Il s'agit d'un standard ouvert qui fournit une méthode unique permettant d'accéder aux données de terrain provenant des matériels industriels. Cette méthode reste la même quels que soient le type et la source des données. Par le passé, à chaque fois qu'un logiciel avait besoin d'accéder aux données provenant d'un matériel, il fallait écrire une interface ou un driver personnalisé. L'objectif d'OPC consiste à définir une interface commune écrite une fois pour toute, puis réutilisée par des packages logiciels personnalisés, SCADA, IHM ou d'entreprise.

Figure n°5. L'OPC est spécialement conçu pour améliorer la connectivité des systèmes d'entreprise

Une fois écrit pour un matériel spécifique, un serveur OPC peut être réutilisé par toute application capable d'agir en tant que client OPC. Les serveurs OPC utilisent la technologie OLE de Microsoft (également appelée Component Object Model ou COM) afin de communiquer avec les clients.

LabVIEW en tant que serveur OPC : les versions 8 et ultérieures de LabVIEW permettent de publier n'importe quelles données sur un serveur OPC natif en utilisant les variables partagées. Grâce à cette méthode, l'utilisateur peut publier toutes les données disponibles en LabVIEW vers n'importe quelle application capable d'agir en tant que client OPC.

Ajout de fonctionnalités client OPC dans LabVIEW : le module LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC) enrichit l'environnement de développement graphique LabVIEW de fonctionnalités complémentaires pour le développement rapide d'applications de surveillance à nombre élevé de voies, de contrôle et de mesure distribuées. Le module DSC dote l'environnement LabVIEW d'outils qui facilitent l'affichage de tendances temps réel ou historiques sous forme de graphes, l'amélioration de la sécurité des faces-avant, l'enregistrement automatique de données et, enfin, l'ajout de gestion d'alarmes, de mise à l'échelle et de sécurité aux variables partagées. De plus, l'une des principales caractéristiques offertes par le module LabVIEW DSC, est la capacité pour LabVIEW de fonctionner en tant que client OPC, facilitant ainsi la connexion vers tout serveur qui met en œuvre l'interface serveur OPC de la Fondation OPC. Le module DSC trouve tous les serveurs OPC installés sur l'ordinateur et lit toutes les informations disponibles concernant les éléments et les capacités du serveur directement à partir de ce dernier. Pour en savoir plus sur le module LabVIEW DSC, veuillez cliquer sur le lien suivant.

Publication des données issues de matériels d'acquisition de données de NI avec un serveur OPC : Si le module LabVIEW DSC est nécessaire pour ajouter des fonctionnalités client OPC à LabVIEW, le driver NI-DAQmx permet de publier des données de n'importe quel matériel d'acquisition de données de National Instruments avec un serveur OPC natif, simplifiant ainsi la création d'applications d'acquisition de données et de contrôle distribuées. Tous les matériels NI-DAQmx peuvent être utilisés avec le moteur de variables partagées de LabVIEW 8 par le biais des versions 8 et ultérieures du driver. Pour en savoir plus sur cette fonctionnalité, veuillez consulter le document ci-dessous.

Publication de données issues de NI FieldPoint et CompactFieldPoint avec un serveur OPC : À l'instar de NI-DAQmx, le driver FieldPoint intègre un serveur OPC qui permet de publier vos données vers n'importe quel client OPC. Le serveur OPC de FieldPoint respecte le standard OPC Data Access 2.0 et, tout comme les autres interfaces FieldPoint, importe les éléments d'E/S que l'utilisateur a configurés dans FieldPoint Explorer et les met à disposition de n'importe quel client OPC sous forme d'éléments OPC. Par conséquent, si deux ordinateurs sont en réseau, il est possible pour un client OPC sur l'un des ordinateurs d'accéder au matériel FieldPoint connecté au serveur OPC situé sur l'autre.

Liens :

• Module LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC)

Passerelles tierces

Tout ordinateur ou contrôleur d'automatismes programmable (PAC) doté d'un port Ethernet ou série peut communiquer avec des API, des capteurs intelligents et des actionneurs sur un large éventail de réseaux industriels, en ayant recours aux passerelles tierces. Grâce aux capacités Modbus natives de LabVIEW 8 utilisé avec les modules DSC ou Real-Time, ou encore avec la bibliothèque Modbus pour LabVIEW, il est possible d'utiliser n'importe quel port Ethernet ou série en tant que maître ou esclave Modbus TCP ou Modbus série. En utilisant cette bibliothèque et l'une des passerelles spécifiées ci-après en suivant le lien, vous pouvez communiquer aisément avec l'équipement en place sur n'importe quel réseau industriel en direction de votre application LabVIEW.

Figure n°6.  Passerelles tierces de HMS, Hilscher et Woodhead

Liens :

Page Web consacrée aux passerelles tierces