Een internet-of-Things-meet- en controlelus houdt een IoT-apparaat binnen het toegestane bereik van de setpointconfiguratie, via een realtime, gesloten-luscontroleproces. Het apparaat kan deel uitmaken van een groter fysiek systeem dat wordt beheerd door software die een of meer netwerkapparaten bevat.
Voor een IoT-apparaat dat gevoelig is voor fouten door externe gebeurtenissen, is een gesloten-lusbeheerproces vereist om het in de buurt van de gewenste setpointconfiguratie te houden. De logica voor controle van meet- en controlelussen observeert het apparaat via metrische sensorgegevens en neemt corrigerende maatregelen via actuatoracties.
In dit artikel vindt u een overzicht van de architectuur, kenmerken en onderdelen van de proceslus voor meten en controleren.
Gebruiksvoorbeelden
Voorbeelden van meet- en controlelussen in actie zijn:
- Slimme muistrap: activeert een trap-shut-gebeurtenis wanneer de sensoren een muis detecteren.
- Brandsensoren: triggertriggers bij zodra er brand is van meerdere sensoren.
- Energietransformator: sluit een transformator af onder een voorspeld ernstige ernstige.
- Gaspijplijnmonitor: Open een klep om te compenseren voor een drukdaling.
- Thuisthermostaat: verhoog de gasstroom bij het opsnoemen van de temperatuur onder het setpoint.
- Windturbine: Pas een motor toe om een motor te vertragen wanneer deze de waarschuwingsdrempel voor rpm bereikt.
- Zonnepanelen: pas de hoek van het zonnepaneel aan terwijl de zon over de horizon beweegt om het gegenereerde vermogen te maximaliseren.
Architectuur
Een meet- en controlelus wordt als één abstractie van apparaten gevormd door sensoren, actuators en een controller. Deze lussen kunnen worden geïntegreerd met lussen analyseren en optimaliseren en lussen bewaken en beheren die in een veel grotere context werken.
Kenmerken
Een meting- en controlelus heeft de volgende kenmerken:
- Wordt dicht bij het apparaat uitgevoerd of ingesloten in het apparaat.
- Heeft een cyclustijd, afhankelijk van het IoT-scenario, wat enkele milliseconden kan zijn in een tijdgevoelige netwerkomgeving.
- Voert invoermetingen uit, afhankelijk van de configuratie van het setpoint, de laatst bekende sensormetingen en een kleine tijdreeksgeschiedenis van elke meting.
- Accepteert opdrachten van controle- en beheerlussen om setpointconfiguraties en imperatieve opdrachten aan te passen om actuators te beheren.
- Implementeert actuator-opdrachten voor het onderhouden van de apparaattoestand rond de setpoint-configuratie.
- Is niet afhankelijk van externe systemen om te zorgen voor een lage cyclustijd en operationele zelfstandigheid.
- Kan telemetrie gebruiken die moet worden gebruikt door supervisoringsystemen.
- Voor metrische sensor- en actuator-opdrachten gebruikt field bus-protocollen zoals Modbus, RS485, EtherCAT en SERCOS.
- Kan worden geïntegreerd met controlesystemen zoals lussen bewaken en beheren via IoT Hub protocollen zoals HTTP, MQTT en AMQP.
Onderdelen
Een IoT-ding (apparaat) bestaat uit sensoren, actuators en een controller. Alle drie de onderdelen werken samen om ervoor te zorgen dat het apparaat in de omgeving werkt zoals verwacht. Voorbeeldapparaten zijn onder andere windturbines, machines voor de lucht, autobranden en gasopslag. Voorbeeld van setpoints zijn veilige RPM van een windturbine, veilige temperatuur en druk van een gastank en veilige afstand voor automatisch ontgrendelen van een slimme deurvergrendeling.
Sensoren meten voortdurend de huidige omstandigheden van het apparaat en rapporteren deze aan de controller. Voorbeeldmetingen zijn de temperatuur en druk van de opslagruimte voor natuurlijke gasopslag, de slimme temperatuur en vochtigheid van de woning, of de rpm van windturbines en de snelheid van stroomgeneratie. De steekproeffrequentie van de sensor is afhankelijk van de functie van het apparaat. Apparaten die langzaam veranderen, zoals grote gascentrales, moeten met een lage frequentie worden gesampling, terwijl voor snel veranderende apparaten, zoals windturbines, steekproeven met hoge frequentie nodig zijn.
Actuators zijn de fysieke onderdelen die van invloed zijn op de apparaattoestand. Voorbeelden hiervan zijn de klep van een natuurlijke gastank, een klep die de klep van een windturbine vertraagt of een slimme front door-vergrendeling die wordt vergrendeld wanneer de eigenaar weg is. De controller stuurt de actuators op basis van sensormetingen en externe sensoren. Sommige apparaten die alleen beschikbaar zijn, hebben geen actuators, waardoor een deel van de lus niet nodig is.
Met besturingslogica blijft de apparaattoestand binnen het toegestane gewenste bereik. De huidige status wordt berekend op sensormetingen. Als de huidige status afwijkt van de gewenste status, onderneemt de controller corrigerende actie door opdrachten naar de actuators te verzenden. Voorbeelden van corrigerende acties zijn het sluiten van de klep van een natuurlijke gasreservator, het in-/uitschakelen van een huispomp of het toepassen van zonnepanelen op een windturbine. De controller kan ook telemetrie en externe opdrachten ontvangen van monitor- en beheerlussen als dat nodig is.