Cet article offre un aperçu de l'architecture, des caractéristiques et des composants de la boucle de processus de mesure et de contrôle.
Architecture
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Une boucle de mesure et de contrôle est conçue comme une abstraction de dispositif unique composée de capteurs, d'actionneurs et d'un contrôleur. Ces boucles peuvent être intégrées à des boucles d'analyse et d'optimisation et à des boucles de surveillance et de gestion qui fonctionnent dans un contexte bien plus grand.
Caractéristiques
Une boucle de mesure et de contrôle présente les caractéristiques suivantes :
- Elle s'exécute à proximité du dispositif ou est intégrée à celui-ci.
- Elle a un temps de cycle qui dépend du scénario IoT, qui peut être de quelques millisecondes dans un environnement de réseau sensible au temps.
- Elle prend des mesures d'entrée en fonction de la configuration du point de consigne, des dernières mesures connues du capteur et d'un petit historique des séries chronologiques de chaque mesure.
- Elle accepte les commandes des boucles de surveillance et de gestion pour ajuster la configuration des points de consigne et les commandes obligatoires pour contrôler les actionneurs.
- Elle met en œuvre des commandes d'actionneurs pour maintenir l'état du dispositif à un niveau proche de la configuration du point de consigne.
- Elle ne dépend d'aucun système externe pour assurer une courte durée de cycle et une autonomie opérationnelle.
- Elle peut émettre des données de télémétrie qui seront utilisées par les systèmes de surveillance.
- Pour les mesures de capteurs et les commandes d'actionneurs, elle utilise des protocoles de bus de terrain tels que Modbus, RS485, EtherCAT et SERCOS.
- Elle peut s'intégrer à des systèmes de surveillance comme les boucles de surveillance et de gestion par le biais de protocoles d’Azure IoT Hub tels que HTTP, MQTT et AMQP.
Composants
Un dispositif IoT est composé de capteurs, d'actionneurs et d'un contrôleur. Ces trois composants fonctionnent conjointement pour garantir que le dispositif fonctionne dans son environnement comme prévu. Les éoliennes, les machines à laver, les lave-autos et les réservoirs de gaz en sont des exemples. Le régime de sécurité d'une éolienne, la température et la pression de sécurité d'un réservoir de gaz, et la distance de sécurité pour le déverrouillage automatique d'une porte intelligente sont des exemples de points de consigne.
Les capteurs mesurent en permanence l'état actuel des dispositifs et le communiquent au contrôleur. La température et la pression de réservoirs de stockage de gaz naturel, la température et l'humidité de maisons intelligentes ou le régime de rotors d'éoliennes et le taux de production d'électricité sont des exemples de mesures. Le taux d’échantillonnage du capteur dépend de la fonction du dispositif. Les dispositifs à évolution lente comme les grands réservoirs de gaz ont besoin d'un échantillonnage à basse fréquence, tandis que les dispositifs à évolution rapide comme les éoliennes ont besoin d'un échantillonnage à haute fréquence.
Lesactionneurs sont les composants physiques qui affectent l'état du dispositif. La soupape d’admission d'un réservoir de gaz naturel, un frein qui ralentit le rotor d'une éolienne ou un verrou de porte intelligent qui se verrouille lorsque le propriétaire est absent en sont des exemples. Le contrôleur pilote les actionneurs en fonction des mesures du capteur et des stimuli externes. Certains dispositifs uniquement destinés à la détection n'ont pas d'actionneurs ; ainsi, cette partie de la boucle n'est pas nécessaire.
La logique de contrôle conserve l'état du dispositif dans la plage tolérable souhaitée. L'état actuel est calculé à partir des mesures du capteur. Si l'état actuel diffère de l'état souhaité, le contrôleur prend des mesures correctives en envoyant des commandes aux actionneurs. La fermeture de la soupape d’un réservoir de gaz naturel, la mise en marche d'un chauffage domestique ou le freinage du rotor d'une éolienne sont des exemples de mesures correctives. Le contrôleur peut également émettre des données de télémétrie et recevoir des commandes externes de la boucle de surveillance et de gestion en fonction des besoins.
Détails du scénario
Une boucle de mesure et de contrôle IoT maintient un dispositif IoT dans la plage tolérable de configuration des points de consigne, grâce à un processus de contrôle en temps réel et en boucle fermée. Le dispositif peut faire partie d'un système physique plus grand, contrôlé par un logiciel qui contient un ou plusieurs dispositifs en réseau.
Un dispositif IoT qui est sujet à des perturbations dues à des événements externes nécessite un processus de contrôle en boucle fermée pour le maintenir au plus près de sa configuration de point de consigne souhaitée. La logique de commande de la boucle de mesure et de contrôle surveille le dispositif par le biais des mesures du capteur et prend des mesures correctives par le biais des actions de l'actionneur.
Cas d’usage potentiels
Cette solution est idéale pour les secteurs de l’énergie et de l’environnement. Voici quelques exemples de boucles de mesures et de contrôles :
- Piège à souris intelligent : Déclenchement de la fermeture du piège lorsque les capteurs détectent une souris.
- Capteurs de fumée : Déclenchement des extincteurs automatiques dès que plusieurs capteurs détectent de la fumée.
- Transformateur de puissance : Arrêt d'un transformateur lorsqu'un orage violent est prévu.
- Moniteur de gazoducs : Ouverture d'une vanne pour compenser une chute de pression.
- Thermostat domestique : Augmentation du débit de gaz de chauffage lors de la détection d'une baisse de la température ambiante en dessous du point de consigne.
- Éolienne : Application des freins pour ralentir un rotor lorsqu'il est sur le point d'atteindre le seuil de régime d'alerte.
- Panneaux solaires : Ajustement de l'angle du panneau solaire lorsque le soleil passe au-dessus de l'horizon pour maximiser l'énergie produite.
Contributeurs
Cet article est géré par Microsoft. Il a été écrit à l’origine par les contributeurs suivants.
Auteur principal :
- Hanu Kommalapati | Ingénieur logiciel principal
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