Ten artykuł zawiera omówienie architektury pętli procesu miary i kontroli, właściwości i składników.
Architektura
Pobierz plik programu Visio z tą architekturą.
Pętla miary i sterowania jest określana jako pojedyncza abstrakcja urządzenia składająca się z czujników, siłowników i kontrolera. Te pętle mogą być integrowane z pętlami analizowania i optymalizowaniaoraz monitorowania pętli , które działają w znacznie większym kontekście.
Właściwości
Pętla miary i kontrolki ma następujące cechy:
- Działa blisko urządzenia lub osadzonego wewnątrz urządzenia.
- Ma czas cyklu w zależności od scenariusza IoT, który może być kilka milisekund w środowisku sieciowym z uwzględnieniem czasu.
- Pobiera pomiary wejściowe w zależności od konfiguracji punktu setpoint, ostatnich znanych pomiarów czujników i małej historii szeregów czasowych każdej miary.
- Akceptuje polecenia z pętli monitorowania i zarządzania nimi, aby dostosować konfigurację punktu setpoint oraz polecenia imperatywne do sterowania siłownikami.
- Implementuje polecenia siłownika w celu zachowania stanu urządzenia wokół konfiguracji punktu setpoint.
- Nie zależy od żadnych systemów zewnętrznych, aby zapewnić niski czas cyklu i autonomię operacyjną.
- Może emitować dane telemetryczne używane przez systemy nadzorcze.
- W przypadku metryk czujników i poleceń siłowników używa protokołów magistrali pól, takich jak Modbus, RS485, EtherCAT i SERCOS.
- Może zostać zintegrowana z systemami nadzoru, takimi jak monitorowanie pętli i zarządzanie nimi za pośrednictwem protokołów IoT Hub, takich jak HTTP, MQTT i AMQP.
Składniki
Element IoT (urządzenie) składa się z czujników, siłowników i kontrolera. Wszystkie trzy składniki działają zgodnie z oczekiwaniami, aby upewnić się, że urządzenie działa w jego środowisku zgodnie z oczekiwaniami. Przykładowe urządzenia to turbiny wiatrowe, pralki, mycie samochodów i zbiorniki magazynujące gaz. Przykładowe punkty zestawowe obejmują bezpieczną obręb turbiny wiatrowej, bezpieczną temperaturę i ciśnienie zbiornika gazowego oraz bezpieczną odległość do automatycznego odblokowywania inteligentnych drzwi.
Czujniki stale mierzą bieżące warunki urządzenia i zgłaszają je kontrolerowi. Przykładowe pomiary obejmują temperaturę i ciśnienie zbiornika gazu ziemnego, inteligentną temperaturę i wilgotność domu lub wirnik turbin wiatrowych RPM i szybkość wytwarzania energii. Częstotliwość próbkowania czujnika zależy od funkcji urządzenia. Urządzenia zmieniające się powoli, takie jak duże zbiorniki gazowe, wymagają próbkowania o niskiej częstotliwości, podczas gdy szybko zmieniające się urządzenia, takie jak turbiny wiatrowe, wymagają próbkowania o wysokiej częstotliwości.
Siłowniki to fizyczne składniki wpływające na stan urządzenia. Przykłady obejmują zawór wlotowy zbiornika gazu ziemnego, hamulca, który spowalnia wirnik turbiny wiatrowej, lub inteligentną blokadę drzwi przednich, która blokuje się, gdy właściciel jest daleko. Kontroler napędza siłowniki na podstawie pomiarów czujników i bodźców zewnętrznych. Niektóre urządzenia tylko do wykrywania nie mają żadnych siłowników, więc ta część pętli nie jest potrzebna.
Logika sterowania utrzymuje stan urządzenia w żądanym zakresie. Bieżący stan jest obliczany na podstawie pomiarów czujników. Jeśli bieżący stan odbiega od żądanego stanu, kontroler podejmuje działania naprawcze, wysyłając polecenia do siłowników. Przykłady działań naprawczych obejmują zamknięcie zaworu zbiornika gazu ziemnego, włączenie podgrzewacza domu lub zastosowanie hamulców do wirnika turbiny wiatrowej. Kontroler może również emitować dane telemetryczne i odbierać polecenia zewnętrzne z monitorowania pętli i zarządzania nimi zgodnie z potrzebami.
Szczegóły scenariusza
Pętla miary i sterowania Internetu rzeczy utrzymuje urządzenie IoT w zakresie tolerowanej konfiguracji punktu ustawiania przez proces sterowania pętlą zamkniętą w czasie rzeczywistym. Urządzenie może być częścią większego systemu fizycznego kontrolowanego przez oprogramowanie zawierające co najmniej jedno urządzenie sieciowe.
Urządzenie IoT podatne na zakłócenia zdarzeń zewnętrznych wymaga procesu sterowania pętli zamkniętej, aby zachować go w pobliżu żądanej konfiguracji punktu setpoint. Logika sterowania pętli miary i sterowania obserwuje urządzenie za pomocą metryk czujnika i podejmuje środki naprawcze za pośrednictwem akcji siłownika.
Potencjalne przypadki użycia
To rozwiązanie jest idealne dla przemysłu energetycznego i środowiskowego. Przykłady pętli miar i kontrolek w działaniu obejmują:
- Inteligentna pułapka: wyzwala zdarzenie zamknięcia pułapki, gdy czujniki wykryją mysz.
- Czujniki dymu: Wyzwalacze zraszaczy po wykrywaniu dymu z wielu czujników.
- Transformator zasilania: Zamknij transformator pod przewidywaną ciężką burzą z piorunami.
- Monitor rurociągu gazowego: Otwórz zawór, aby zrekompensować spadek ciśnienia.
- Termostat domowy: Zwiększ przepływ gazu podgrzewacza po wykrywaniu temperatury pomieszczenia spadającej poniżej punktu ustawionego.
- Turbina wiatrowa: Zastosuj hamulce, aby spowolnić wirnik, gdy ma osiągnąć próg ostrzegawczy RPM.
- Panele słoneczne: Dostosuj kąt panelu słonecznego, gdy słońce porusza się na horyzoncie, aby zmaksymalizować energię wygenerowaną.
Współautorzy
Ten artykuł jest obsługiwany przez firmę Microsoft. Pierwotnie został napisany przez następujących współautorów.
Główny autor:
- Hanu Kommalapati | Główny inżynier oprogramowania
Aby wyświetlić niepubliowe profile usługi LinkedIn, zaloguj się do serwisu LinkedIn.