Matériel National Instruments : Que choisir ?

Plate-forme matérielles

 

NERYS utilise régulièrement les matériels National Instruments sur les bancs d'essais et systèmes d'acquisition de données que nous concevons ou rénovons...
C'est pourquoi nous avons décidé de faire un petit comparatif, en toute franchise et avec un regard, relativement neutre d'intégrateur, mais aussi de partenaire National Instruments.

Avant toute chose je tiens à préciser que le constat fait dans cet article sera obsolète dans les jours qui suivront sa publication...et qu'il ne traite pas des cas particuliers mais d'une certaine généralité.

L'idée est de vous aider à choisir le matériel le plus adapté à votre besoin, mais rien ne vaut une discussion autour d'une table et un conseil personnalisé avec nos ingénieurs.

 

Cartes dans le PC, châssis Compact-DAQ, Compact-RIO ou encore PXI-RT, que faire, que choisir ?

Nous allons prendre un cas relativement classique où nous avons plusieurs voies à mesurer, avec des températures, des ponts de jauges, des Pt-100, des courants, des tensions (pas que du 0-10V !) et un peu de communication numérique de l’OPC, du CAN ou bien un peu de LIN. Avec bien entendu un nombre de voies non négligeable, environ 50 voies en comptant les Tout ou Rien en 24V. Pour les fréquences d'acquisition je dirais 10 à 10kHz par voie avec une résolution 16 bit en moyenne.

Première question à se poser, ai je besoin de temps réel (Real Time ou encore RT) ?


Plate-forme phare industriel
 

Si oui, les cartes dans le PC1 ou la plateforme Compact-Daq est à proscrire, on pourrait faire un article entier sur « ai-je besoin de temps réel ? », mais nous allons partir du principe que vous savez si vous avez besoin de RT ou non.

Premier cas vous n’avez pas besoin de temps réel :

Les temps ont bien changés et de nos jours on arrive à faire des applications très robustes sur PC Windows (et je n’ai pas peur de l’écrire), les processeurs multi-coeurs, associés à un bon vieux watchdog permettent de tourner 24h/24h avec des conditions de sécurités suffisante pour pas mal d'application. L'avantage est qu'on économise sur le matériel RIO ou RT qui coûte un peu plus cher qu'une configuration équivalente en Windows, sans parler du surcoût des licences LabVIEW RT ou LabVIEW FPGA.

A noter tout de même les châssis Compact-RIO intégrés qui sont très compétitifs et qui sont quasiment au même prix que les solutions Ethernet (voir le NI-cDAQ-9188 à 1 399€ et le NI-cRIO-9073 à 1 599€)*.

Donc entre les cartes dans le PC et les Compact-DAQ, je dirais sans hésiter le Compact-DAQ. D’autant que dans notre cas on a du conditionnement de signaux à ajouter avant de rentrer sur les cartes. En effet la plupart des cartes d’acquisition PC sont en +-10V pour les voies analogiques et 0-5V pour les voies numériques (TTL ou TOR selon les habitudes de chacun). A quelques exceptions près, je dirais que les cartes dans le PC, sont un peu des solutions d’un autre âge.

Notre préférence entre compact-DAQ USB et Compact-DAQ Ethernet, sans hésiter Ethernet ! Notamment pour les applications industrielles c’est un vrai plus, pas de risque de déconnections intempestives de l’USB. Pas besoin de répétiteur pour aller jusqu’à 100m ! Un peu plus cher mais tellement mieux ! (Voir le NI-cDAQ-9188 à 1 399€ et le NI-cDAQ-9178 à 1 099€).

Je vous conseille aussi de bien lire l'article concernant les performances globale d'un Compact-DAQ :  http://www.ni.com/white-paper/9939/fr/
En effet, on peut y apprendre qu'on ne peut pas avoir plus de 3 tâches différentes sur un même châssis. 

Deuxième cas vous avez besoin de temps réel :

Si vous avez besoin de RT alors vous pouvez opter pour les plateformes, Compact-RIO ou PXI-RT...mais quelle est la meilleure solution technique / tarif ?

Nous avions pris pas mal d'habitude sur les matériels PXI et leurs système de conditionnement de signaux dans les châssis SCXI, mais il est vrai que depuis quelques années chez National Instruments les plateformes SCXI sont en perte de vitesse depuis la sortie des matériels Compact-DAQ et Compact-RIO. Lorsqu'on compare le coût acquisition + conditionnement entre PXI-SCXI et Compact-RIO (ou Compact-DAQ), l'avantage est plutôt au Compact-RIO. En plus de gagner de la place dans la baie, le conditionnement et l'acquisition est intégré dans chaque module et potentiellement par voies. En SCXI, la plupart du temps on était en mode multiplexé, et le conditionnement par voie revenait assez cher.


Système reconfigurable et durci de surveillance
 

Attention, cela n'inclut pas les coûts de licences RT et FPGA ni le temps à passer si vous avez beaucoup de code à faire tourner sur le RIO. Des outils existent pour simuler et voir si votre code pourra tenir dans tel ou tel châssis Compact-RIO. Notre conseil pratique : mieux vaut bien dimensionner le processeur que de passer plusieurs jours à optimiser le code pour qu'il tienne sur un "petit processeur"...N'oubliez pas une journée ingénieur coûte de 400 à 600€ voire plus.


Autre signe qui parle de lui même, aucune nouvelle carte SCXI n'est apparue récemment. En tout cas de l'autre côté, le Compact-DAQ et le Compact-RIO n'arrêtent pas les nouveautés, nouveaux châssis, nouveaux modules, des performances de plus en plus impressionnante dans si peu de place (voir le NI-9220 avec 16 entrées analogiques à échantillonnage simultané, 100 kéch./s ou bien le module Multifonctions I/O NI-9381 qui vaut le détour). On trouve aussi de plus en plus de module tiers pour du GSM, GPS ou autre interfaces bus numériques. Si bien qu'il est vraiment rare de ne pas trouver son bonheur dans une configuration Compact-RIO/ Compact-DAQ.

A surveiller tout de même l'arrivée des cartes PXI-SC-Express http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/fr/nid/208286
Mais l'offre n'est pas encore aussi intéressante que sur Compact-RIO ou Compact-DAQ, mais connaissant National Instruments cela devrait s'étoffer.
Une partie du site leur est dédié www.ni.com/scexpress , c'est sans nul doute le successeur de SCXI, (d'ailleurs on dirait les mêmes connecteurs...), pour l'instant on trouve Pt-100, TC, pont de jauges et microphones, ce qui est déjà pas mal du tout.

 

test en toute confiance avec le matériel SC Express 

Une autre alternative intéressante à étudier c'est l'utilisation de matériel de conditionnement tiers avec un PXI-RT, cela permet d'utiliser des cartes qui ont beaucoup de voies (comme les PXI-6225 ou 6255) et de mettre des modules spécifique pour conditionner chaque voies, attention cet exercice n'est pas toujours avantageux en prix, il faut vraiment avoir beaucoup de voies et un besoin de conditionnement et d'isolation par voies. Et surtout il ne faut pas oublier le surcoût de câblage, la configuration qui n’est pas forcément prévue directement par PC. Donc à comparer au cas par cas.

Revenons donc à notre question RIO ou RT ? Si vous n'êtes pas rigoureusement obligé de prendre du Compact-RIO (déterminisme), et bien la aussi, l'essentiel est de prendre en compte la partie logiciel, et la facilité de configuration. La version RT à tout de même l'avantage d'être plus souple, et plus facilement re-configurable que la version RIO, quoique la dernière version de NI-RIO simplifie un peu plus la tâche. (je parle ici de la configuration des entrées sorties et non pas de l'aspect reconfigurable des FPGAs que l'on trouve sur les matériel RIO notemment).

Là aussi j'identifierais deux cas, volontairement manichéén, votre cas sera sans doute entre les deux :
Cas 1 : Je ne reconfigure jamais mon système
Dans ce cas là un version Compact-RIO est tout à fait intéressante

Cas 2 : Je change de configuration plusieurs fois par jour
Sans doute que la version RT serait plus pertinente, cela éviterai de devoir recréer les voies sous LabVIEW FPGA

Mais cela ne concerne pas toutes les applications, certains bancs d'essais ont des configurations de voies quasiment fixes, alors que d'autres changent les configurations de voies à chaque essais.

Un autre point qui n’est pas négligeable dans certaines applications, Compact-RIO n’a pas de ventilateur, il a des plages de températures de fonctionnement bien plus élevées que le PXI, et se contente d’une convection naturelle.

Attention aussi à l'aspect bus CAN ou LIN sur compact-RIO, l'intégration est moins facile que sur PC ou PXI-RT, les nouveaux drivers XNET simplifient bien la tâche mais sous RIO et avec LabVIEW FPGA...ils ne sont pas supportés, il faudra développer vous même les couches bas niveaux et se retrousser les manches. Mais rien d'insurmontable ! D'autant que certains partenaires expérimentés peuvent vous apporter leur soutient (par exemple NERYS au 04 42 24 52 00).

Les nouvelles cartes SB-RIO : Bon plan ?


Système de contrôle et de surveillance reconfigurable sous forme de carte
 

Avant toute choses il faut savoir que les Sb-RIO ne concernent que les projets où il y a des systèmes en quantité, ou bien des projets où l'encombrement est un vrai problème. Par ailleurs les cartes ne sont pas "packagées", il faudra donc faire une petite étude sur l'intégration.
Autant avec les anciennes cartes Sb-RIO du type SbRIO-9612 l'intégration était assez limitée à des projets de grandes séries sur des sujets non embarqués ou alors à des sujets où l'encombrement et la consommation électrique n'étaient pas primordiales. Par contre il faut l'avouer avec les nouvelles cartes Sb-RIO-9626, Sb-RIO-9623, on a vraiment un produit intéressant pour l'intégration de systèmes embarqués. Une vraie alternative aux cartes PC-104 et à Linux. En terme de coût c'est aussi très compétitif, seule peut-être la consommation reste encore un peu élevée par rapport à certaines cartes PC-104 ou cartes dédiées à l'embarqué.
Il faut dire que ce créneau à littéralement explosé depuis quelques années et l'offre est très vaste :

  • PC-104
  • Freescale
  • ARM
  • Texas Instruments
  • etc.

Et encore nous n'avons pas fait le tour de toutes les solutions.

Alors pourquoi du NI ? Pourquoi du Sb-RIO ? Très bonne question, une fois mis à part la comparaison performances / prix, on peut ensuite aborder l'aspect logiciel, intégration, ouverture, etc.. La Sb-RIO est un très bon produit pour ceux qui comme nous maîtrisent bien LabVIEW-FPGA et le matériel National Instruments, il y a une continuité assez bonne en passant de Compact-RIO vers Sb-RIO. Meilleure je dirais qu'en passant de Compact-RIO vers LabVIEW ARM...car il y a peu de temps auparavant, si la plateforme de type Sb-RIO 9612 ne convenait pas, il fallait passer sur une technologie LabVIEW ARM avec des kit ARM. Et très vite on était obligé de compléter les développements LabVIEW ARM avec du C et un compilateur associé. On s'éloignait donc de la programmation graphique et de la solution tout NI.
Par contre pour ceux qui maîtrisent bien Linux, l'embarqué, les compilateurs Keil et équivalents, il est vrai que la solution Sb-RIO pourrait apparaitre propriétaire ou pas assez ouverte.
Donc pour nous, à équivalence technique du hardware, seul le temps de développement et donc les compétences et habitudes des équipes de développements pourrait justifier d'utiliser une plateforme plutôt que l'autre.
Tout dépend aussi de la quantité de systèmes à produire, si on a pour objectif la grande série pour des appareils grands public, ce n'est absolument pas la plateforme à privilégier. Par contre sur des séries plus restreintes de systèmes d'acquisition ou de système de pilotage, régulation, cela peut faire largement l'affaire et économiser les coûts d'études ainsi que la fabrication des premiers de série. De plus les temps d'approvisionnements sont ceux de matériel du commerce (1 à 2 semaines).

Tout ces conseils sont valables uniquement si les performances SB-RIO conviennent (Processeur 400 MHz, mémoire non volatile de 512 Mo et mémoire DRAM de 256 Mo, ce qui est déjà pas mal), et là nous conseillons vraiment de valider que l'ensemble de l'application peut passer sur le FPGA. Car l'optimisation de code sur FPGA peut prendre beaucoup de temps, et faire bien entendu attention aux fausses économies du genre : j'ai gagné 200€/cartes ! Ooops j'ai perdu 10 jours à optimiser mon code...pour 3 cartes au total...pas très rentable...

En conclusion, la SbRIO-9612 est à surveiller de prêt d'autant que la gamme n'arrête pas de s'étoffer, à suivre donc sur http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/fr/nid/205865

Pour les étudiants je conseille vivement de se faire la main sur la nouvelle plateforme d'apprentissage myRIO http://www.ni.com/myrio/what-is/f/

Le compact-DAQ StandAlone et les nouveaux châssis Compact-RIO :


 compact-DAQ StandAlone
 
Cette nouvelle plateforme est très performante, pour l'instant c'est du haut de gamme et donc un peu cher (il faut compter sur 5 800€ pour un cDAQ-9139 sous Windows).
Sauf si on le compare avec un PXI haut de gamme, là il devient compétitif (compter 4 970€ pour un PXI-8135RT plus 870€ pour le plus petit châssis PXIe-1071)
Pour le coup cette plateforme est hyper-compacte, en effet vous disposez d'un PC core i7 plus un système d'acquisition de données dans moins de 5 dm3). 
Mais on peut sans hésiter parier sur la profusion de nouveauté pour avoir prochainement des plateformes équivalentes à des prix plus attractifs, NI va sans doute étoffer sa gamme, car ce produit va sans nul doute devenir une plateforme de base pour National Instruments.

 

Vous avez dit Linux ?


le chassis NI cRIO-9068, vous permet d'utiliser le nouveau système d'exploitation NI Linux Real-Time
 

 

Dernière nouveauté en date (Septembre 2013) le chassis NI cRIO-9068, vous permet d'utiliser le nouveau système d'exploitation NI Linux Real-Time, alors là c'est un peu trop récent pour que nous ayons pu le tester, mais cela parait très intéressant. A lire pour l'instant le note d'information technique sur NI Linux Real-Time : http://www.ni.com/white-paper/14626/fr  a voir, mais je pense que pour l'instant cela va rester une affaire de spécialiste, avec de bonnes connaissances en C++ et Linux.


Conclusion :
Bon après ce voyage autour des solutions NI, il faut bien finir par conclure. Pour rappel notre besoin était le suivant :  plusieurs voies à mesurer, avec des températures, des ponts de jauges, des Pt-100, des courants, des tensions (pas que du 0-10V !) et un peu de communication numérique de l’OPC, du CAN ou bien un peu de LIN. Avec bien entendu un nombre de voies non négligeable, environ 50 voies en comptant les Tout ou Rien en 24V. Pour les fréquences d'acquisition je dirais 10 à 10kHz par voie avec une résolution 16 bit en moyenne.


Nous avons retenu le classement technique et le classement tarif suivant (dans une hypothèse ou le RT n'est pas rigoureusement nécessaire) :

Pour le classement technique :
Numéro 1 : Compact-DAQ StandAlone
Numéro 2 : PXI
Numéro 3 : Compact-DAQ

Pour le classement tarif :
Numéro 1 : Compact-DAQ (Ethernet ou USB)
Numéro 2 : Cartes PCI- PCIexpress
Numéro 3 : PXI


Dans tous les cas, n’hésitez pas à faire appel à NERYS votre spécialiste logiciel d'acquisition de données, conception et rénovation de bancs d'essais.
A bientôt !

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1  : Il y a tout de même une possibilité de faire tourner sous RT des cartes dans un PC classique, voir l'article Converting a Desktop PC to a LabVIEW Real-Time Target
NB : l'ensemble des tarifs ci-dessus ont été collectés en début 2013, il ne seront pas mis à jour, alors les conclusions de cet article risquent d'être contrariées... 

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