Construire une IHM pour votre système

Aperçu

De nombreuses applications de mesure et de contrôle nécessitent un outil permettant à un opérateur de visualiser et d'interagir avec le système. En fonction des industries, on appelle cet outil de visualisation une Interface Utilisateur (IU) ou une Interface Homme-Machine (IHM). Lors de la conception d'une IU ou d'une IHM, vous pouvez choisir parmi un grand nombre d'architectures matérielles et logicielles pour visualiser les données de votre système. Ces architectures vont d'un terminal d'affichage local pour une simple information d'état au niveau d'un nœud matériel à un client distant accessible via le web. Ce white paper étudie les avantages et inconvénients des différentes solutions en fonction de trois critères d'évaluation : le traitement, l'accessibilité et le coût.

Figure 1. Vous avez le choix entre plusieurs technologies et architectures pour répondre aux besoins de votre système en termes d'IHM. Ce white paper offre une vue d'ensemble des différentes solutions et des critères d'évaluation fondamentaux pour vous aider dans le processus de sélection.

Contenu

Solutions pour un système d'IHM local principal

Terminaux d'affichage

L'interface utilisateur la moins coûteuse pour interagir avec votre système est un terminal d'affichage local. En fonction de vos besoins, les prix de ces terminaux d'affichage vont de quelques dizaines à plusieurs centaines d'euros, mais leur objectif est d'offrir des fonctionnalités de base telles que des boutons programmables ou des affichages de textes simples composés de 16 x 2 caractères. Ce terminal est directement relié au matériel cible et affiche les informations à un opérateur qui se trouve à proximité.

Figure 2. Les terminaux d'affichage sont une solution peu coûteuse pour l'affichage d'informations simples sur la face-avant programmable locale d'une cible.

 

Bon nombre de ces IHM sont des produits de type cartes nues ou les éléments "dépouillés" d'un système plus important que vous pouvez directement intégrer dans votre conception mécanique finale. Étant donné que ces terminaux d'affichage ne sont pas des produits inclus dans un boîtier, vous pouvez généralement trouver une IHM économique. Ils sont conçus pour fournir les fonctionnalités les plus élémentaires comme les boutons de face-avant programmables ou les données système de base. Généralement, les terminaux d'affichage ne peuvent pas offrir des capacités graphiques telles que la vidéo en streaming ou les fréquences de rafraîchissement de 1 kHz que l'on retrouve dans les systèmes d'exploitation comme Windows ou Linux.

Afin de réduire l'effort d'intégration système des terminaux d'affichage, vous pouvez utiliser l'écran tactile de la société Amulet et l'API LabVIEW pour permettre la communication via RS232 avec votre contrôleur. Pour créer une application d'IHM s'exécutant sur ces interfaces de visualisation, vous pouvez utiliser GemStudio, une application de type glisser-déposer qui propose une bibliothèque de widgets d'UI et facilite l'importation de graphiques personnalisés.

 

Figure 3. Utilisez les API LabVIEW sur le réseau des outils LabVIEW pour interagir avec des terminaux d'affichage.

Ressources
Visitez ni.com/amulet pour en savoir plus sur la compatibilité des produits NI avec les terminaux d'affichage de la société Amulet.

Moniteurs

Une interface utilisateur embarquée qui s'affiche sur un moniteur relié à votre contrôleur est susceptible de fournir une meilleure IHM que le terminal d'affichage. Dans cette approche, les ressources de la cible sont utilisées à la fois pour contrôler le système et pour animer les graphiques de l'interface utilisateur. Cela réduit les coûts liés au matériel, la maintenance du système et la complexité du développement logiciel, mais cela mobilise davantage de ressources du contrôleur par rapport aux terminaux d'affichage.

Habituellement, pour distinguer la logique de contrôle critique des éléments de priorités plus faibles comme une IHM, les concepteurs de systèmes répartissent les tâches entre les cibles ou les systèmes d'exploitation : une pour l'interface utilisateur et une pour le contrôle. Cependant, cela se traduit par une augmentation des coûts et de la complexité de l'architecture logicielle.

Les nouveaux contrôleurs CompactRIO hautes performances reposent sur l'architecture LabVIEW RIO (E/S reconfigurables) et offrent la souplesse logicielle dont vous avez besoin pour regrouper les tâches d'IHM et de contrôle sur une seule et même cible et un seul et même système d'exploitation. Pour permettre ce regroupement, l'environnement de développement LabVIEW et le système d'exploitation NI Linux Real-Time proposent une priorisation des tâches pour vous permettre d'attribuer un niveau de priorité plus élevé aux tâches de contrôle par rapport aux tâches logicielles d'IHM qui s'exécutent sur la même application. Vous prouver établir une distinction encore plus nette entre les tâches avec l'attribution de différents cœurs de processeur pour l'exécution des tâches dans LabVIEW. Par ailleurs, vous pouvez déplacer le code de contrôle LabVIEW vers la logique matérielle dans le FPGA embarqué si vous avez besoin de d'une distinction et d'une fiabilité matériel accrues.

Figure 4. Les capacités d'interface utilisateur embarquée des contrôleurs CompactRIO hautes performances et de NI CompactDAQ dispensent d'une IHM autonome en l'intégrant directement à votre contrôleur.

Ressources
En savoir plus sur les contrôleurs CompactRIO hautes performances
Étudier les bonnes pratiques dédiées aux architectures logicielles LabVIEW pour les interfaces utilisateurs embarquées

 

Ordinateurs à écran tactile

Les ordinateurs à écran tactile, panel PC, PC de bureau et autres plate-formes d'interfaces basées réseau commencent à estomper la limite entre accessibilité locale et à distance lorsque qu'il s'agit de s'interfacer avec le système Ces solutions initialement basées sur Ethernet utilisent les standards de communication réseau courants tels que TCP/IP, UDP, ou les services Web pour transférer les données entre serveur et client.

Dans cette architecture serveur/client, le ou les contrôleurs agissent en tant que serveurs dans le système pour publier des données de mesure et accepter les points de données de contrôle des clients.

Le fait d'utiliser des ordinateurs à écran tactile et des PC de bureau en tant que client offre davantage de puissance de traitement de calcul grâce au processeur dédié sur lequel s'exécute l'application d'IHM. Disposer d'une puissance de traitement pour chaque interface utilisateur distribuée augmente les coûts matériels initiaux et de maintenance. Cependant, ce type d'IHM permet l'exécution d'applications plus complexes et riches en graphiques en plus d'autres composantes du système.

Tout comme avec la solution de l'interface utilisateur embarquée, vous pouvez utiliser LabVIEW afin de développer efficacement un client IHM basé Windows dans le même environnement que le matériel du système. L'environnement de programmation graphique homogène offert par le logiciel de conception de systèmes LabVIEW permet de porter rapidement des tâches entre les applications que vous créez pour le serveur et le client. De plus, vous pouvez utiliser la plate-forme LabVIEW pour intégrer de la logique complexe et des centaines d'objets de contrôle, de graphes et d'outils de visualisation 3D dans l'application client.

Figure 5. Les ordinateurs à écran tactile de NI programmables avec LabVIEW fournissent une IHM avec une puissance de traitement pour l'analyse locale et le contrôle.

 

Vous pouvez également utiliser un ordinateur à écran tactile en guise de client pour des tâches comme l'enregistrement des données ou des alarmes, la communication avec des bus industriels et la connectivité avec des outils ou des bases de données d'entreprise, ou encore la gestion d'accès. Ces extensions de fonctionnalités sont offertes par le Module LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC).

Ressources
Voir les différentes solutions reposant sur des ordinateurs à écran tactile de NI

 

Solutions pour un système d'IHM distant principal

Pour répondre aux besoins en termes d'accès à distance, les ingénieurs mettent fréquemment en œuvre une approche “client léger” pour obtenir une flexibilité optimale en matière d'accessibilité avec un support indépendant de la plate-forme. À l'inverse d'un ordinateur à écran tactile dédié ou d'une application installée sur un client, un client léger exécute l'interface utilisateur sans installation sur le client et s'appuie largement sur le serveur pour la récupération de données, les analyses et l'exécution de logique.

La première étape dans ce processus consiste à identifier le protocole réseau que vous souhaitez utiliser pour communiquer avec ce client léger. Les services Web basés sur HTTP, qui simplifient la gestion les connexions bas niveau requises par des protocoles comme le TCP/IP, sont une méthode largement utilisée. Ils constituent une solution standard pour les applications web car ils intègrent des mesures de sécurité de cryptage et d'autorisation.

Le protocole OPC UA (OPC Unified Architecture) est un autre protocole de communication HTTP qui offre les avantages de cette approche technologique standard basée sur le Web. Utilisé par un grand nombre de fournisseurs, OPC UA est un standard d'interopérabilité ouvert qui offre une solution efficace pour l'intégration d'une IHM dans un système présentant toute une variété de composants.

Figure 6. un modèle client/serveur de communication reposant sur des protocoles tels que les services Web et OPC UA est couramment utilisé lors de la conception d'une architecture d'IHM distante.

Une fois le protocole de communication déterminé, c'est au tour de la technologie du client léger d'être sélectionnée. Deux solutions très répandues pour la création d'un client léger permettant d'interagir avec le système sont les clients mobiles et basés sur navigateurs.

Ressources
Obtenir un aperçu de la communication basée sur le Web avec une application LabVIEW
En savoir plus sur la technologie Web dans les systèmes embarqués
En quoi OPC UA est important ?

 

Client mobile

Si votre système nécessite une interface avec une cible mobile, vous pouvez construire une application native adaptée à un smartphone ou une tablette spécifique. En raison de la variété des technologies matérielles et logicielles des smartphones et tablettes, investir dans une application mobile peut s'avérer coûteux et nécessiter une grande expérience dans chacune des plates-formes mobiles supportées.

Pour vous aider à tirer parti de ces matériels sans pour autant avoir d'expérience en matière de programmation mobile, NI a créé plusieurs outils permettant de visualiser les mesures à distance et de connecter du matériel DAQ.

Ressources
Découvrir l'application mobile de NI  permettant d'interagir avec votre système

 

Client léger basé sur navigateur

La mise en œuvre d'un client léger basé sur navigateur est une autre option qui a gagné en popularité grâce à la généralisation d'Internet et des navigateurs associés installés sur presque tous les matériels grand public.

Un client léger basé sur navigateur est une solution idéale pour un système distribué qui couvre une zone étendue et qui est doté d'un rapport clients/serveurs élevé. Étant donné que la visualisation est contenue au sein d'un navigateur web standard, cette solution ne nécessite aucune installation logicielle supplémentaire. Comme les tâches sont téléchargées sur un serveur central, un client léger ne requiert qu'une puissance de traitement et un stockage limités. Le fait de centraliser les applications du système facilite également la maintenance et les mises à jour logicielles et matérielles. Comparé à un ordinateur à écran tactile et à d'autres solutions matérielles, cela se traduit par une baisse des coûts de déploiement en volume.

Si vous envisagez d'utiliser une architecture basée sur navigateur, rappelez-vous qu'elle risque de mobiliser davantage de ressources de traitement au niveau du serveur, en fonction de la vitesse de rafraîchissement et du nombre de clients connectés. Cette architecture requiert également la maîtrise de langages de programmation de pages web comme JavaScript, CSS, et HTML afin de créer une une IHM attrayante et interactive. Consultez les ressources à la fin de cette section pour connaître les options technologiques qui ne nécessitent pas de programmation web. Vous trouverez également des trucs et astuces concernant la création d'un client basé sur navigateur.

Un coût unitaire globalement moindre associé à l'évolutivité et à l'accessibilité du navigateur fait du client léger une solution adaptée aux systèmes de visualisation portables.

Ressources
Accéder aux VIs LabVIEW via le Web ou à un réseau LAN à partir de n'importe quel navigateur avec LabSocket

 

Résumé

Les besoins de votre système en termes d'IHM déterminent les technologies ou l'ensemble de technologies matérielles et logicielles que vous devez choisir. Pour résumer les solutions disponibles, si le système nécessite :

  1. une simple interface utilisateur à proximité du contrôleur et qu'il s'agit d'une application OEM qui a besoin d'un boîtier pour fournir la solution finale, un terminal d'affichage peut être la meilleure solution
  2. une interface utilisateur complète à proximité du contrôleur, un moniteur hébergeant l'interface utilisateur embarquée est la solution la plus appropriée
  3. le contrôle distribué, l'analyse et/ou l'enregistrement de plusieurs contrôleurs regroupés sur une seule et même IHM, la puissance de traitement supplémentaire d'un client constitué d'un ordinateur à écran tactile offre une solution adaptée
  4. un accès à distance pour un grand nombre de clients, et qu'une expérience adaptée à des matériels mobiles spécifiques est primordiale, un client mobile est probablement la meilleure approche
  5. un accès à distance pour un grand nombre de clients, et qu'un accès universel est une priorité, un client léger basé sur navigateur est l'approche la mieux adaptée

Souvent, vous devez adopter une approche mixte pour répondre aux multiples besoins de votre système en matière d'IHM. Un dénominateur commun pour ces applications d'IHM mixtes est l'utilisation de services Web pour communiquer avec les différentes IHM utilisées dans quatre solutions sur cinq présentées ci-dessus (exception faite des terminaux d'affichage).

Avec une intégration étroite du matériel et du logiciel, NI LabVIEW accroît la productivité en offrant un seul et même environnement logiciel et un langage de programmation graphique unique pour développer à la fois le système et une solution d'interface utilisateur hybride.

La marque déposée Linux® est utilisée selon les termes d'une sous-licence de LMI, le détenteur exclusif de la licence de Linus Torvalds, propriétaire de la marque dans le monde entier.