Questo articolo fornisce una panoramica dell'architettura, delle caratteristiche e dei componenti del ciclo dei processi di misurazione e controllo.
Architettura
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L'ambito di un ciclo di misurazione e controllo è costituito dall'astrazione di un singolo dispositivo composta da sensori, attuatori e un controller. Questi cicli possono integrarsi con cicli di analisi e ottimizzazione e cicli di monitoraggio e gestione che operano in un contesto molto più ampio.
Caratteristiche
Un ciclo di misurazione e controllo presenta le caratteristiche seguenti:
- Viene eseguito vicino al dispositivo o incorporato all'interno del dispositivo.
- Ha una durata ciclo a seconda dello scenario IoT, che può essere di pochi millisecondi in un ambiente di rete soggetto a variazioni nel tempo.
- Esegue misurazioni in ingresso in base alla configurazione del setpoint, alle ultime misurazioni note del sensore e a una piccola cronologia di serie temporali di ogni misurazione.
- Accetta i comandi dai cicli di monitoraggio e gestione per modificare la configurazione del setpoint e i comandi imperativi per controllare gli attuatori.
- Implementa i comandi dell'attuatore per mantenere lo stato del dispositivo intorno alla configurazione del setpoint.
- Non dipende da sistemi esterni per garantire una durata ciclo bassa e autonomia operativa.
- Può generare dati di telemetria che devono essere usati dai sistemi di supervisione.
- Per le metriche del sensore e i comandi dell'attuatore, usa protocolli del bus di campo come Modbus, RS485, EtherCAT e SERCOS.
- Può integrarsi con sistemi di supervisione come i cicli di monitoraggio e gestione tramite protocolli dell'hub IoT come HTTP, MQTT e AMQP.
Componenti
Un oggetto IoT ( dispositivo) è costituito da sensori, attuatori e un controller. Tutti e tre i componenti funzionano insieme per assicurarsi che il dispositivo funzioni nel proprio ambiente come previsto. Alcuni dispositivi di esempio includono turbine eoliche, lavatrici, autolavaggi e serbatoi di gas. Alcuni setpoint di esempio includono il numero di giri sicuro di una turbina eolica, la temperatura e la pressione sicure di un serbatoio di gas e la distanza di sicurezza per lo sblocco automatico di una serratura intelligente.
I sensori misurano continuamente le condizioni correnti del dispositivo e le segnalano al controller. Alcune misurazioni di esempio includono la temperatura e la pressione del serbatoio del gas naturale, la temperatura e l'umidità della casa intelligente o il numero di giri del rotore della turbina eolica e la velocità di generazione dell'energia elettrica. La frequenza di campionamento del sensore dipende dalla funzione del dispositivo. I dispositivi che cambiano lentamente come i grandi serbatoi di gas necessitano di un campionamento a bassa frequenza, mentre i dispositivi che cambiano velocemente come le turbine eoliche necessitano di un campionamento ad alta frequenza.
Gli attuatori sono i componenti fisici che influiscono sullo stato del dispositivo. Alcuni esempi includono la valvola di ingresso di un serbatoio di gas naturale, un freno che rallenta il rotore di una turbina eolica o una serratura intelligente della porta d'ingresso che si blocca quando il proprietario è assente. Il controller aziona gli attuatori in base alle misurazioni del sensore e agli stimoli esterni. Alcuni dispositivi di solo rilevamento non hanno attuatori, quindi non è necessaria una parte del ciclo.
La logica di controllo mantiene lo stato del dispositivo entro l'intervallo tollerabile desiderato. Lo stato corrente viene calcolato dalle misurazioni del sensore. Se lo stato corrente devia dallo stato desiderato, il controller intraprende un'azione correttiva inviando i comandi agli attuatori. Alcuni esempi di azioni correttive includono la chiusura della valvola di un serbatoio di gas naturale, l'accensione di un riscaldamento domestico o l'applicazione di freni a un rotore della turbina eolica. Il controller può anche generare dati di telemetria e ricevere comandi esterni dai cicli di monitoraggio e gestione in base alle esigenze.
Dettagli dello scenario
Un ciclo di misurazione e controllo dell'Internet delle cose mantiene un dispositivo IoT all'interno della gamma tollerabile di configurazione del setpoint, tramite un processo di controllo a ciclo chiuso in tempo reale. Il dispositivo può far parte di un sistema fisico più grande controllato dal software che contiene uno o più dispositivi in rete.
Un dispositivo IoT soggetto a disturbi da eventi esterni richiede un processo di controllo a ciclo chiuso per mantenerlo vicino alla configurazione del setpoint desiderata. La logica di controllo del ciclo di misurazione e controllo osserva il dispositivo tramite le metriche del sensore e adotta misure correttive tramite le azioni dell'attuatore.
Potenziali casi d'uso
Questa soluzione è ideale per le industrie energetiche e ambientali. Di seguito sono riportati alcuni esempi di cicli di misurazione e controllo in azione:
- Trappola per topi intelligente: attiva un evento di chiusura della trappola quando i sensori rilevano un topo.
- Sensori di fumo: attiva gli sprinkler quando viene rilevato fumo da più sensori.
- Trasformatore di alimentazione: spegne un trasformatore in caso di previsione di un forte temporale.
- Monitoraggio del gasdotto: apre una valvola per compensare un calo di pressione.
- Termostato domestico: aumenta il flusso del gas di riscaldamento quando viene rilevato che la temperatura della stanza scende al di sotto del setpoint.
- Turbina eolica: aziona i freni per rallentare un rotore quando sta per raggiungere la soglia RPM di avviso.
- Pannelli solari: regola l'angolo del pannello solare quando il sole si sposta sull'orizzonte per massimizzare la potenza generata.
Autori di contributi
Questo articolo viene gestito da Microsoft. Originariamente è stato scritto dai collaboratori seguenti.
Autore principale:
- Hanu Kommalapati | Principal Software Engineer
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