В этой статье приводятся общие сведения об архитектуре, характеристиках и компонентах цикла измерения и контроля.
Архитектура
Скачайте файл Visio этой архитектуры.
Цикл измерения и контроля ограничивается одной абстракцией устройств, состоящей из датчиков, исполнительных компонентов и контроллера. Эти циклы могут интегрироваться с циклами анализа и оптимизации, а также циклами мониторинга и управления, которые работают в более широком контексте.
Характеристики
Цикл измерения и контроля имеет следующие характеристики:
- выполняется вблизи устройства или внедрен в устройство;
- использует время цикла в зависимости от сценария Интернета вещей. В сетевой среде, где придается значение учету времени, оно может составлять несколько миллисекунд;
- принимает входные данные измерений с учетом конфигурации заданных значений, информации о последних известных измерений с датчиков и небольшого журнала временных рядов для каждого измерения;
- принимает команды из циклов мониторинга и управления, чтобы корректировать конфигурацию заданных значений, и принудительные команды, чтобы управлять исполнительными компонентами;
- реализовывает выполнение команд исполнительных компонентов, чтобы поддерживать состояние устройства приближенным к конфигурации заданных значений;
- не зависит каких-либо внешних систем, чтобы обеспечивать короткое время цикла и операционную автономность;
- может передавать данные телеметрии для использования в диспетчерских системах;
- использует протоколы промышленной сети, такие как Modbus, RS485, EtherCAT и SERCOS, для передачи метрик с датчиков и команд для исполнительных компонентов;
- может интегрироваться с диспетчерскими системами, например циклами мониторинга и управления, используя протоколы Центра Интернета вещей, такие как HTTP, MQTT и AMQP.
Компоненты
Устройство Интернета вещей состоит из датчиков, исполнительных компонентов и контроллера. Все три типа компонентов работают совместно, чтобы обеспечивать надлежащую работу устройства в его среде. Примеры таких устройств включают в себя ветровые турбины, стиральные машины, автомоечные системы и резервуары для хранения газа. К примерам задаваемых значений относятся количество оборотов в минуту для ветряной турбины, значения безопасной температуры и давления для газового резервуара, безопасное расстояние автоматического открытия для интеллектуального дверного замка.
Датчики постоянно измеряют текущие условия устройства и сообщают их контроллеру. Примерами измерений могут служить температура и давление в резервуаре хранения природного газа, температура и влажность, которые контролирует система интеллектуального дома, а также количество оборотов в минуту ротора в ветряной турбине и мощность производства энергии. Частота выборки датчика зависит от работы устройства. Для устройств с медленным изменением состояния, например для газовых резервуаров большого объема, требуется выборка с низкой частотой, тогда как для устройств с быстрым изменением состояния, таких как ветровые турбины, требуется высокая частота выборки.
Исполнительные компоненты — это физические составляющие, которые изменяют состояние устройства. К примерам относится впускной клапан резервуара для природного газа, тормозная система, замедляющая вращение ротора в ветровой турбине, или замок на входной двери, который блокируется, если владелец вне дома. Контроллер управляет исполнительными компонентами на основе данных измерений с датчика и внешних источников. В некоторых устройствах есть только функции определения и нет исполнительных компонентов, поэтому требуется компенсировать соответствующую часть цикла.
Логика контроля сохраняет устройство в требуемом диапазоне приемлемых значений. Текущее состояние вычисляется на основе данных измерений с датчиков. Если текущее состояние отличается от требуемого, контроллер выполняет корректирующие действия, отправляя команды исполнительным компонентам. Примерами корректирующих действий могут служить закрытие клапана резервуара для природного газа, включение системы обогрева в доме или торможение ротора в ветровой турбине. При необходимости контроллер также может передавать данные телеметрии и принимать внешние команды из цикла мониторинга и управления.
Сведения о сценарии
Цикл измерения и контроля в Интернете вещей сохраняет устройство IoT в диапазоне конфигурации приемлемых заданных значений с помощью процесса контроля в реальном времени с замкнутым циклом. Устройство может принадлежать к более крупной физической системе под управлением программного обеспечения с одним или несколькими сетевыми устройствами в составе.
Для устройства Интернета вещей, подверженного влиянию внешних событий, требуется процесс контроля с замкнутым циклом, чтобы сохранять его приближенность к конфигурации заданных значений. Логика управления в цикле измерения и контроля предполагает отслеживание устройства на основе метрик датчиков и принимает корректирующие действия при помощи исполнительного компонента.
Потенциальные варианты использования
Это решение идеально подходит для энергетики и окружающей среды. Примеры использования циклов измерения и контроля на практике включают:
- интеллектуальную мышеловку — активируют событие закрытия ловушки, когда датчики обнаруживают мышь;
- датчики задымления — активируют разбрызгиватели при обнаружении дыма несколькими датчиками;
- трансформатор напряжения — выключают устройство, если прогнозируется сильная гроза;
- монитор газопровода — открывают клапан, чтобы компенсировать понизившееся давление.
- домашний термостат — усиливают подачу газа в системе обогрева, если измеренная температура ниже заданного значения;
- ветровая турбина — применяют торможение, чтобы уменьшить скорость вращения ротора, если ее значение приближается к предупредительному пороговому количеству оборотов в минуту;
- солнечные панели — корректируют угол положения панели по мере изменения положения солнца относительно горизонта, чтобы максимально увеличить производство энергии.
Соавторы
Эта статья поддерживается корпорацией Майкрософт. Первоначально она была написана следующими участниками.
Основной автор:
- Хану Коммалапати | Главный инженер программного обеспечения
Чтобы просмотреть недоступные профили LinkedIn, войдите в LinkedIn.