Les Fondamentaux de LabVIEW : Construire des Projets Électriques Simples en Toute Confiance

Introduction à LabVIEW et Projets Électriques de Base Basés sur LabVIEW

En tant qu'outil éprouvé pour le prototypage, la plateforme de développement graphique LabVIEW offre de nombreuses solutions pour une grande variété d'applications : contrôle d'instrumentation, systèmes embarqués de surveillance et contrôle, acquisition et traitement de données, systèmes de test et validation automatisés, etc.

LabVIEW inclut des centaines de bibliothèques pré-écrites pour créer des systèmes flexibles et évolutifs, des systèmes embarqués fonctionnels aux systèmes de test et mesure haute performance.

Qu'est-ce que LabVIEW ?

LabVIEW signifie Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench et est développé par National Instruments. C'est un puissant outil de programmation offrant des solutions logicielles pour systèmes scientifiques et d'ingénierie. LabVIEW est un langage de programmation graphique où le flux de données détermine l'exécution du programme, contrairement aux langages textuels où les instructions (lignes de texte) déterminent l'exécution.

LabVIEW permet de construire une interface utilisateur (panneau avant) avec outils et objets. Puis d'ajouter du code sur le diagramme de blocs avec représentation graphique des fonctions. Le code du diagramme contrôle les objets du panneau avant selon la structure de contrôle implémentée. Ainsi, l'utilisateur peut construire des solutions personnalisées d'acquisition, test, mesure et contrôle pour divers besoins.

LabVIEW est intégré pour communiquer avec divers dispositifs d'acquisition : GPIB, PXI, VXI, RS-232, RS-485, USB. Offre aussi l'Internet des objets via serveur web LabVIEW et standards TCP/IP et ActiveX.

Instruments Virtuels

Les programmes LabVIEW sont appelés instruments virtuels (VI), car leur fonctionnement et apparence rappellent les instruments physiques (multimètres, oscilloscopes).

Un VI a trois composants : panneau avant, diagramme de blocs et icône & volet connecteur. Le panneau avant a contrôles et indicateurs (interface utilisateur). Le diagramme de blocs contient le code source. L'icône et volet connecteur est la représentation visuelle du VI avec entrées/sorties, permettant son utilisation comme sous-VI (VI dans un autre VI).

Panneau Avant (Front Panel)

La figure ci-dessous montre un panneau avant avec contrôles et indicateurs. Interface utilisateur pour entrées/sorties interactives. Contrôles : boutons rotatifs, cadran, boutons poussoirs, contrôles numériques, interrupteurs booléens. Agissent comme entrées transmettant données au diagramme de blocs.

Indicateurs : sorties affichant valeurs. Indicateurs numériques, jauges, LEDs, graphiques, affichages. Agissent comme sorties récupérant données du diagramme et les affichant.

Contrôles et indicateurs sélectionnables depuis palette contrôles (disponible seulement sur panneau avant). Clic droit n'importe où sur panneau avant → palette contrôles.

Diagramme de Blocs (Block Diagram)

Figure ci-dessous : diagramme de blocs accompagnant le panneau avant. Contient code source graphique avec représentations de fonctions pour contrôler objets du panneau avant. Diagramme : objets du panneau avant comme terminaux + fonctions (numériques, booléennes, comparaison, tableaux, temporisation) et structures (boucle while, boucle for, structure de cas).

Chaque indicateur/contrôle du panneau avant a terminal correspondant sur diagramme. Ils sont câblés avec fonctions pour implémenter application de contrôle.

Fonctions et structures sélectionnables depuis palette fonctions (disponible seulement sur diagramme). Clic droit n'importe où sur espace diagramme → palette fonctions.

Dans le diagramme ci-dessus, structure rectangulaire externe = boucle while, interne = structure de cas. Lignes orange, bleu, vert = fils transmettant données contrôles → indicateurs. Objets et structures = code du VI.

Exécution, pause, arrêt du VI via boutons (flèche/exécuter, pause, arrêt) dans palette en haut de fenêtre.

Projets LabVIEW

LabVIEW est plateforme idéale pour prototypage, conception et développement de projets dans domaines variés : électrique, mécanique, traitement signal, électronique, instrumentation/contrôle, biomédical, aérospatial.

LabVIEW offre flexibilité pour concevoir solutions rapidement grâce au codage graphique et blocs fonctions avancés. Voici quelques projets LabVIEW domaine électrique :

Relais de Surcharge Thermique avec LabVIEW

Objectif : surveiller et contrôler le fonctionnement d'une machine électrique contre surcharge thermique via LabVIEW et module DAQ. Entrées/sorties DAQ éliminées pour lisibilité, seul modèle simulation développé.

Figure ci-dessus : panneau avant du VI relais thermique. Gauche = contrôles, droite = indicateurs. Affiche paramètres et température ambiante. Indique déclenchement relais si température dépasse limite sûre (température ambiante machine). Déclenchement montré ci-dessous.

Code graphique sur diagramme de blocs ci-dessous. Représente l'implémentation réelle. Élévation température calculée selon constante température (degrés°C/kW) de la machine.

Comparaison température réelle vs désirée (limite sûre) sur diagramme. Possible d'implémenter avec capteurs courant/température et module DAQ pour contrôle temps réel.

Caractéristiques de Charge d'un Génératrice Shunt Auto-excitée en Courant Continu dans LabVIEW

Projet de base sous laboratoire virtuel machines électriques : caractéristiques en charge. Figure ci-dessous : panneau avant avec contrôles, indicateur, graphique formes d'onde.

Tension aux bornes, courant d'excitation, courant de charge (incluant résistances armature/excitation) = entrées/contrôles. À partir de ces données : courant armature, chute armature, tension induite calculés et affichés en graphique et indicateurs numériques.

Code source sur diagramme de blocs ci-dessous : fonctions mathématiques déterminent paramètres sortie selon paramètres entrée. Tableau de valeurs (lignes orange épaisses) passé aux fonctions mathématiques. Elles déterminent tableaux résultats passés au graphique et indicateurs tableaux.

Simulation de Circuit RLC Série dans LabVIEW

Implémente circuit RLC série et détermine condition de résonance. Circuits RLC série utilisés dans circuits d'accord : oscillateurs, filtres, accord radio/télévision.

Dans circuit RLC série, fréquence où réactance inductive = réactance capacitive = fréquence de résonance. À cette fréquence, réactances s'annulent, impédance = résistance, courant = maximum.

Démontré par projet LabVIEW ci-dessous. Panneau avant : contrôles/indicateurs pour entrée/acquisition données.

Figure ci-dessous : code graphique circuit RLC série sur diagramme de blocs. Opérations mathématiques sur entrées (inductance, capacitance, tension) → réactance inductive, capacitive, impédance, courant déterminés.

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