En este artículo se proporciona información general sobre la arquitectura del bucle de proceso de medida y control, sus características y componentes.
Architecture
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Un bucle de medida y control se entiende como una única abstracción de dispositivo compuesta por sensores, accionadores y un controlador. Estos bucles se pueden integrar con bucles de análisis y optimización y bucles de supervisión y administración que funcionan en un contexto mucho más grande.
Características
Un bucle de medidas y de control tiene las siguientes características:
- Se ejecuta cerca del dispositivo o insertado en el dispositivo.
- Tiene un tiempo de ciclo según el escenario de IoT, que puede ser de unos pocos milisegundos en un entorno de red que depende del tiempo.
- Toma medidas de entrada según la configuración del punto de ajuste, las últimas mediciones conocidas de los sensores y un pequeño historial de series temporales de cada medida.
- Acepta comandos de bucles de supervisión y administración para ajustar la configuración del punto de ajuste, y comandos imperativos para controlar los accionadores.
- Implementa comandos de los accionadores para mantener el estado del dispositivo en torno a la configuración del punto de ajuste.
- No depende de ningún sistema externo para garantizar un bajo tiempo de ciclo y la autonomía operativa.
- Puede emitir datos de telemetría para que los usen los sistemas de supervisión.
- En el caso de las métricas de los sensores y los comandos de los accionadores, usa protocolos de bus de campo, como Modbus, RS485, EtherCAT y SERCOS.
- Puede integrarse en sistemas de supervisión, como bucles de supervisión y administración a través de protocolos de IoT Hub, como HTTP, MQTT y AMQP.
Componentes
Una cosa (dispositivo) de IoT se compone de sensores, accionadores y un controlador. Los tres componentes funcionan en conjunto para asegurarse de que el dispositivo funcione en su entorno según lo previsto. Los dispositivos de ejemplo incluyen aerogeneradores, lavadoras, lavaderos de automóviles y depósitos de almacenamiento de gas. Entre los puntos de ajuste de ejemplo se incluyen las RPM seguras de un aerogenerador, la temperatura y presión seguras de un depósito de gas, y la distancia segura para desbloquear automáticamente un bloqueo de puerta inteligente.
Los sensores miden continuamente las condiciones actuales del dispositivo y las notifican al controlador. Las medidas de ejemplo incluyen la temperatura y la presión del depósito de almacenamiento de gas natural, la temperatura y la humedad de una vivienda inteligente, o las RPM del rotor de un aerogenerador o su tasa de generación de energía. La velocidad de muestreo del sensor depende de la función del dispositivo. Los dispositivos de cambio lento, como los grandes depósitos de gas, necesitan un muestreo de baja frecuencia, mientras que los dispositivos de cambio rápido, como los aerogeneradores, necesitan un muestreo de alta frecuencia.
Los accionadores son los componentes físicos que afectan al estado del dispositivo. Entre los ejemplos se incluye la válvula de entrada de un depósito de gas natural, un freno que ralentiza el rotor de un aerogenerador o un bloqueo de puerta frontal inteligente que se bloquea cuando el propietario no está. El controlador impulsa los accionadores en función de las medidas de los sensores y los estímulos externos. Algunos dispositivos de solo detección no tienen ningún accionador, por lo que no se necesita esa parte del bucle.
La lógica de control mantiene el estado del dispositivo dentro del rango deseado tolerable. El estado actual se calcula a partir de las medidas de los sensores. Si el estado actual se desvía del estado deseado, el controlador adopta medidas correctivas mediante el envío de comandos a los accionadores. Entre los ejemplos de acciones correctivas se incluyen el cierre de la válvula de un depósito de gas natural, la activación de un calefactor doméstico o la aplicación de frenos al rotor de un aerogenerador. El controlador también puede emitir datos de telemetría y recibir comandos externos de los bucles de supervisión y administración según sea necesario.
Detalles del escenario
Un bucle de medida y control de Internet de las cosas mantiene un dispositivo IoT dentro del rango tolerable de configuración del punto de ajuste, a través de un proceso de control de bucle cerrado en tiempo real. El dispositivo puede formar parte de un sistema físico mayor controlado por software, que contiene uno o más dispositivos en red.
Un dispositivo IoT que es propenso a perturbaciones a partir de eventos externos requiere un proceso de control de bucle cerrado para mantenerlo cerca de su configuración de punto de ajuste deseada. La lógica de control del bucle de medida y control observa el dispositivo a través de métricas de sensores y adopta medidas correctivas a través de acciones del activador.
Posibles casos de uso
Esta solución es ideal para los sectores de la energía y el medio ambiente. Entre los ejemplos de bucles de medida y de control en acción se incluyen:
- Ratonera inteligente: Desencadene un evento de cierre de la trampa cuando los sensores detectan un ratón.
- Sensores de humo: Desencadene los aspersores tras detectar humo desde varios sensores.
- Transformador de energía: Apague un transformador en caso de predicción de una tormenta fuerte.
- Supervisor de tuberías de gas: Abra una válvula para compensar una caída de presión.
- Termostato doméstico: Aumente el flujo de gas del calefactor al detectar una caída de la temperatura ambiente por debajo del punto de ajuste.
- Aerogenerador: Aplique frenos para ralentizar un rotor cuando esté a punto de alcanzar el umbral de RPM de advertencia.
- Paneles solares: Ajuste el ángulo de los paneles solares a medida que el sol se desplaza por el horizonte, para maximizar la energía generada.
Colaboradores
Microsoft mantiene este artículo. Originalmente lo escribieron los siguientes colaboradores.
Autor principal:
- Hanu Kommalapati | Director de ingeniería de software
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