Este artigo fornece uma descrição geral da arquitetura, características e componentes do ciclo de processos de medida e controlo.
Arquitetura
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Um ciclo de medidas e controlo é confinado como uma única abstração de dispositivos composta por sensores, actuadores e um controlador. Estes ciclos podem ser integrados em ciclos de análise e otimização e monitorização e gestão de ciclos que funcionam num contexto muito maior.
Características
Um ciclo de medidas e controlo tem as seguintes características:
- É executado perto do dispositivo ou incorporado dentro do dispositivo.
- Tem um tempo de ciclo dependendo do cenário de IoT, que pode ser de alguns milissegundos num ambiente de rede sensível ao tempo.
- Efetua medições de entrada consoante a configuração do setpoint, as últimas medições conhecidas do sensor e um pequeno histórico de séries temporais de cada medição.
- Aceita comandos da monitorização e gestão de ciclos para ajustar a configuração do setpoint e comandos imperativos para controlar os actuadores.
- Implementa comandos actuadores para manter o estado do dispositivo em torno da configuração do setpoint.
- Não depende de nenhum sistema externo para garantir tempo de ciclo baixo e autonomia operacional.
- Pode emitir telemetria para ser utilizada por sistemas de supervisão.
- Para métricas de sensores e comandos actuadores, utiliza protocolos de barramento de campo como Modbus, RS485, EtherCAT e SERCOS.
- Pode integrar-se em sistemas de supervisão, como monitorizar e gerir ciclos através de protocolos Hub IoT como HTTP, MQTT e AMQP.
Componentes
Uma coisa de IoT (dispositivo) é composta por sensores, actuadores e um controlador. Os três componentes funcionam em conjunto para garantir que o dispositivo está a funcionar no seu ambiente conforme esperado. Os dispositivos de exemplo incluem turbinas eólicas, máquinas de lavar roupa, lavagens de carros e tanques de armazenamento de gás. Os pontos de conjunto de exemplo incluem o RPM seguro de uma turbina eólica, a temperatura segura e a pressão de um tanque de gás e uma distância segura para desbloquear automaticamente uma fechadura de porta inteligente.
Os sensores medem continuamente as condições atuais do dispositivo e reportam-nas ao controlador. As medições de exemplo incluem a temperatura e a pressão do tanque de armazenamento de gás natural, a temperatura e a humidade da casa inteligentes ou o rotor da turbina eólica RPM e a taxa de produção de energia. A taxa de amostragem do sensor depende da função do dispositivo. Dispositivos de mudança lenta, como grandes tanques de gás, precisam de amostragem de baixa frequência, enquanto dispositivos em rápida mudança, como turbinas eólicas, precisam de amostragem de alta frequência.
Os actuadores são os componentes físicos que afetam o estado do dispositivo. Os exemplos incluem a válvula de entrada de um tanque de gás natural, um travão que abranda o rotor de uma turbina eólica, ou uma fechadura frontal inteligente que bloqueia quando o proprietário está fora. O controlador conduz os actuadores com base nas medições do sensor e nos estímulos externos. Alguns dispositivos só de deteção não têm actuadores, pelo que parte do ciclo não é necessária.
A lógica de controlo mantém o estado do dispositivo dentro do intervalo pretendido tolerável. O estado atual é calculado a partir das medições do sensor. Se o estado atual se desviar do estado pretendido, o controlador toma medidas corretivas ao enviar comandos para os actuadores. Exemplos de ações corretivas incluem fechar a válvula de um tanque de gás natural, ligar um aquecedor doméstico ou aplicar travões a um rotor de turbina eólica. O controlador também pode emitir telemetria e receber comandos externos da monitorização e gestão de ciclos, conforme necessário.
Detalhes do cenário
Um ciclo de controlo e medida da Internet das Coisas mantém um dispositivo IoT dentro do intervalo tolerável de configuração de setpoint, através de um processo de controlo de ciclo fechado em tempo real. O dispositivo pode fazer parte de um sistema físico maior controlado por software que contém um ou mais dispositivos em rede.
Um dispositivo IoT propenso a perturbações de eventos externos requer um processo de controlo de ciclo fechado para mantê-lo próximo da configuração de setpoint pretendida. A lógica de controlo do ciclo de medidas e de controlo observa o dispositivo através das métricas do sensor e toma medidas corretivas através de ações do actuador .
Potenciais casos de utilização
Esta solução é ideal para os setores da energia e do ambiente. Exemplos de ciclos de medidas e de controlo em ação incluem:
- Ratoeira inteligente: aciona um evento de bloqueio quando os sensores detetam um rato.
- Sensores de fumo: acione aspersores ao detectar fumo de vários sensores.
- Transformador de energia: encerre um transformador sob uma trovoada severa prevista.
- Monitor do gasoduto: abra uma válvula para compensar uma queda de pressão.
- Termóstato doméstico: aumente o fluxo de gás do aquecedor ao detetar a temperatura ambiente abaixo do ponto definido.
- Turbina eólica: aplique travões para abrandar um rotor quando estiver prestes a atingir o limiar do RPM de aviso.
- Painéis solares: ajuste o ângulo do painel solar à medida que o sol se move sobre o horizonte para maximizar a energia gerada.
Contribuidores
Este artigo é mantido pela Microsoft. Foi originalmente escrito pelos seguintes contribuidores.
Autor principal:
- Hanu Kommalapati | Engenheiro de Software Principal
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