Este artigo fornece uma visão geral da arquitetura, das características e dos componentes do loop do processo de medição e controle.
Arquitetura
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Um loop de medição e controle tem o escopo definido como uma abstração de dispositivo único composta por sensores, atuadores e um controlador. Esses loops podem ser integrados aos loops de análise e otimização e monitoram e gerenciam loops que operam em um contexto muito maior.
Características
Um loop de medição e controle tem as seguintes características:
- É executado próximo ao dispositivo ou inserido nele.
- Tem um tempo de ciclo dependendo do cenário de IoT, que pode ser de alguns milissegundos em um ambiente de rede sensível ao tempo.
- Realiza medições de entrada dependendo da configuração do ponto de ajuste, últimas medições conhecidas do sensor e mantém um histórico de série temporal pequeno de cada medição.
- Aceita comandos de loops de monitoramento e gerenciamento para ajustar a configuração do ponto de ajuste e comandos imperativos para controlar os atuadores.
- Implementa comandos do atuador para manter o estado do dispositivo em relação à configuração do ponto de ajuste.
- Não depende de sistemas externos para garantir baixo tempo do ciclo e autonomia operacional.
- Pode emitir telemetria para ser usada por sistemas de supervisão.
- Para os comandos do atuador e as métricas do sensor, usa protocolos de barramento de campo como Modbus, RS485, EtherCAT e SERCOS.
- Pode integrar-se a sistemas de supervisão como loops de monitoramento e gerenciamento por meio de protocolos de Hub IoT como HTTP, MQTT e AMQP.
Componentes
Uma dispositivo de IoT é composto por sensores, atuadores e um controlador. Todos os três componentes funcionam em conjunto para garantir que o dispositivo funcione no ambiente conforme o esperado. Os dispositivos de exemplo incluem turbinas eólicas, máquinas de lavar, lava-jatos e tanques de armazenamento de gás. Os pontos de ajuste de exemplo incluem um valor seguro de RPM de uma turbina eólica, temperatura e pressão seguras de um tanque de gás e distância segura para o desbloqueio automático de uma fechadura de porta inteligente.
Os sensores medem continuamente as condições atuais do dispositivo e as relatam ao controlador. As medições de exemplo incluem temperatura e pressão de tanques de armazenamento de gás natural, temperatura e umidade domésticas inteligentes ou RPM do rotor e taxa de geração de energia de turbinas eólicas. A taxa de amostragem do sensor depende da função do dispositivo. Dispositivos de alteração lenta, como grandes tanques de gás, precisam de amostragem de baixa frequência, enquanto dispositivos de alteração rápida, como turbinas eólicas, precisam de amostragem de alta frequência.
Os atuadores são os componentes físicos que afetam o estado do dispositivo. Os exemplos incluem a válvula de entrada de um tanque de gás natural, um freio que reduz o rotor de uma turbina eólica ou uma fechadura inteligente que se fecha quando o proprietário está ausente. O controlador aciona os atuadores com base nas medições do sensor e em estímulos externos. Alguns dispositivos somente para detecção não têm atuadores, portanto, essa parte do loop não é necessária.
A lógica de controle mantém o estado do dispositivo dentro do intervalo tolerável desejado. O estado atual é calculado com base nas medições dos sensores. Se o estado atual desviar do estado desejado, o controlador executará uma ação corretiva enviando comandos para os atuadores. Exemplos de ações corretivas incluem o fechamento da válvula de um tanque de gás natural, a ativação de um aquecedor doméstico ou a aplicação de freios a um rotor de turbina eólica. O controlador também pode emitir telemetria e receber comandos externos de loops de monitoramento e gerenciamento conforme necessário.
Detalhes do cenário
Saiba como um loop de medição e controle de Internet das Coisas mantém um dispositivo IoT no intervalo tolerável de configuração do ponto de ajuste, por meio de um processo de controle de loop fechado em tempo real. O dispositivo pode ser parte de um sistema físico maior controlado por software que contém um ou mais dispositivos em rede.
Um dispositivo de IoT propenso a distúrbios causados por eventos externos requer um processo de controle de loop fechado para mantê-lo próximo à configuração desejada do ponto de ajuste. A lógica de controle do loop de medição e controle observa o dispositivo por meio de métricas de sensor e toma medidas corretivas por meio de ações do atuador.
Possíveis casos de uso
Esta solução é ideal para os setores de energia e meio ambiente. Exemplos de loops de medição e de controle em ação incluem:
- Ratoeira inteligente: dispara um evento de acionamento da ratoeira quando os sensores detectam um rato.
- Sensores de fumaça: dispara aspersores quando vários sensores detectam presença de fumaça.
- Transformador de energia: desliga um transformador quando há a previsão de uma grande tempestade com trovões.
- Monitor de gasoduto: abra uma válvula para compensar uma queda de pressão.
- Termostato doméstico: aumente o fluxo de gás do aquecedor ao detectar que a temperatura do cômodo está abaixo do ponto de ajuste.
- Turbina eólica: aplica freios para reduzir um rotor quando ele estiver prestes a alcançar o limite do RPM de aviso.
- Painéis solares: ajuste o ângulo do painel solar enquanto o sol se move no horizonte para maximizar a geração de energia.
Colaboradores
Esse artigo é mantido pela Microsoft. Ele foi originalmente escrito pelos colaboradores a seguir.
Autor principal:
- Hanu Kommalapati | Engenheiro de Software Principal
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