이 문서에서는 측정 및 제어 프로세스 루프 아키텍처, 특성 및 구성 요소에 대한 개요를 제공합니다.
아키텍처
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측정 및 제어 루프는 센서, 작동기 및 컨트롤러로 구성된 단일 디바이스 추상화로 범위가 지정됩니다. 이러한 루프는 분석 및 최적화 루프 및 훨씬 더 큰 컨텍스트에서 작동하는 모니터링 및 관리 루프와 통합될 수 있습니다.
특징
측정 및 제어 루프에는 다음과 같은 특성이 있습니다.
- 디바이스 가까이에서 실행되거나 디바이스 내부에 포함됩니다.
- IoT 시나리오에 따라 주기 시간이 있으며 시간이 중요한 네트워킹 환경에서는 몇 밀리초가 될 수 있습니다.
- 설정값 구성, 마지막으로 알려진 센서 측정 및 각 측정의 작은 시계열 기록에 따라 입력 측정을 수행합니다.
- 모니터링 및 관리 루프의 명령을 수락하여 설정값 구성을 조정하고 명령적 명령을 통해 작동기를 제어합니다.
- 설정값 구성을 중심으로 디바이스 상태를 유지 관리하는 작동기 명령을 구현합니다.
- 낮은 주기 시간과 운영 자율성을 보장하기 위해 외부 시스템에 의존하지 않습니다.
- 감독 시스템에서 사용할 원격 분석을 내보낼 수 있습니다.
- 센서 메트릭 및 작동기 명령의 경우 Modbus, RS485, EtherCAT 및 SERCOS와 같은 필드 버스 프로토콜을 사용합니다.
- HTTP, MQTT 및 AMQP와 같은 IoT Hub 프로토콜을 통해 모니터링 및 관리 루프와 같은 감독 시스템과 통합할 수 있습니다.
구성 요소
IoT 사물(디바이스)은 센서, 작동기 및 컨트롤러로 구성됩니다. 세 가지 구성 요소는 모두 함께 작동하여 디바이스가 예상대로 환경에서 작동하는지 확인합니다. 디바이스의 예로는 풍력 터빈, 세탁기, 세차장 및 가스 저장 탱크가 있습니다. 설정값의 예로는 풍력 터빈의 안전 RPM, 가스 탱크의 안전 온도 및 압력, 스마트 도어 잠금 장치의 자동 잠금 해제를 위한 안전 거리 등이 있습니다.
센서는 현재 디바이스 상태를 지속적으로 측정하여 컨트롤러에 보고합니다. 측정의 예로는 천연 가스 저장 탱크 온도 및 압력, 스마트 홈 온도 및 습도, 풍력 터빈 로터 RPM 및 발전 속도가 있습니다. 센서 샘플링 속도는 디바이스의 기능에 따라 다릅니다. 대형 가스 탱크와 같이 느리게 변화하는 디바이스에는 저주파 샘플링이 필요하고 풍력 터빈과 같이 빠르게 변화하는 디바이스에는 고주파 샘플링이 필요합니다.
작동기는 디바이스 상태에 영향을 미치는 실제 구성 요소입니다. 예를 들어 천연 가스 탱크의 입구 밸브, 풍력 터빈의 로터를 감속시키는 브레이크, 소유자가 없을 때 잠기는 스마트 현관 잠금 장치가 있습니다. 컨트롤러는 센서 측정 및 외부 자극을 기반으로 작동기를 구동합니다. 일부 감지 전용 디바이스에는 작동기가 없으므로 루프의 일부가 필요하지 않습니다.
제어 논리는 허용 가능한 원하는 범위 내에서 디바이스 상태를 유지합니다. 현재 상태는 센서 측정값에서 계산됩니다. 현재 상태가 원하는 상태에서 벗어나면 컨트롤러는 작동기에 명령을 전송하여 정정 작업을 수행합니다. 정정 작업의 예로는 천연 가스 탱크 밸브 닫기, 가정용 히터 켜기 또는 풍력 터빈 로터에 브레이크 적용 등이 있습니다. 또한 컨트롤러는 필요에 따라 원격 분석을 내보내고 모니터에서 외부 명령을 수신하고 루프를 관리할 수도 있습니다.
시나리오 정보
사물 인터넷 측정 및 제어 루프는 실시간 폐쇄 루프 제어 프로세스를 통해 IoT 디바이스를 허용 가능한 설정값 구성 범위 내에 유지합니다. 디바이스는 하나 이상의 네트워크 디바이스를 포함하는 소프트웨어로 제어되는 더 큰 실제 시스템의 일부일 수 있습니다.
외부 이벤트로 인한 교란이 발생하기 쉬운 IoT 디바이스는 원하는 설정값 구성에 가깝게 유지하기 위해 폐쇄 루프 제어 프로세스가 필요합니다. 측정 및 제어 루프 제어 논리는 센서 메트릭을 통해 디바이스를 관찰하고 작동기 작업을 통해 수정 작업을 수행합니다.
잠재적인 사용 사례
이 솔루션은 에너지 및 환경 산업에 이상적입니다. 작동 중인 측정 및 제어 루프의 예는 다음과 같습니다.
- 스마트 마우스 트랩: 센서가 마우스를 감지하면 트랩 종료 이벤트를 트리거합니다.
- 연기 센서: 여러 센서에서 연기가 감지되면 스프링클러를 트리거합니다.
- 전력 변압기: 예상되는 심한 뇌우가 발생하면 변압기를 차단합니다.
- 가스 파이프라인 모니터: 압력 강하를 보상하기 위해 밸브를 엽니다.
- 가정용 온도 조절기: 실내 온도가 설정값 아래로 떨어지는 것을 감지하면 히터 가스 유량을 높입니다.
- 풍력 터빈: 로터가 경고 RPM 임계값에 도달하려고 할 때 브레이크를 적용하여 로터 속도를 늦춥니다.
- 태양 전지판: 태양이 수평선 위로 이동할 때 태양 전지판 각도를 조정하여 생성된 전력을 최대화합니다.
참가자
Microsoft에서 이 문서를 유지 관리합니다. 원래 다음 기여자가 작성했습니다.
보안 주체 작성자:
- Hanu Kommalapati | 수석 소프트웨어 엔지니어
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