En Internet-of-Things-mått- och kontrollloop håller en IoT-enhet inom det toleransbara intervallet för konfiguration av uppsättningspunkter, via en kontrollprocess med stängd loop i realtid. Enheten kan ingå i ett större fysiskt system som styrs av programvara som innehåller en eller flera nätverksanslutna enheter.
En IoT-enhet som är känslig för störningar från externa händelser kräver en kontrollprocess med stängda slingor för att hålla den nära önskad konfiguration av setpoint. Logiken för mått- och kontrollslinga observerar enheten via sensormått och vidtar korrigerande åtgärder genom åtgärdsåtgärder.
Den här artikeln innehåller en översikt över arkitektur, egenskaper och komponenter för mått- och kontrollprocessloopar.
Potentiella användningsfall
Exempel på mått- och kontrollslingor i praktiken:
- Smart mousetrap: Utlöser en trap som stänger händelse när sensorerna identifierar en mus.
- Röktesensorer: Utlöser sprinklers vid avkänning av rök från flera sensorer.
- Strömomvandlade: Stäng av en transformer under en förutsagd allvarlig åska.
- Gaspipelineövervakare: Öppna en valve för att kompensera för en tryckfall.
- Termostat i hemmet: Öka gasflödet vid avkänning av rummets temperatur under börpunkten.
- Vindturbin: Använd gaser för att sakta ned en rotor när den är på väg att nå varningens RPM-tröskelvärde.
- Solpaneler: Justera solpanelsvinkeln när du rör dig över horisonten för att maximera den genererade kraften.
Arkitektur
En mått- och kontrollslinga är begränsad till en enda enhetsabstrahering som består av sensorer, actuatorer och en kontrollant. Dessa loopar kan integreras med analysera och optimera looparoch övervaka och hantera loopar som fungerar i en mycket större kontext.
Kännetecken
En mått- och kontrollloop har följande egenskaper:
- Körs nära enheten eller är inbäddad i enheten.
- Har en cykeltid beroende på IoT-scenario, som kan vara några millisekunder i en tidskänslig nätverksmiljö.
- Tar indatamått beroende på konfiguration av inställningspunkt, senaste kända sensormätningar och en liten tidsseriehistorik för varje mätning.
- Accepterar kommandon från övervakar- och hanteringsloopar för att justera konfiguration av setpoint och imperativ kommandon för att kontrollera actuatorer.
- Implementerar aktiveringskommandon för att upprätthålla enhetstillståndet runt konfiguration av setpoint.
- Är inte beroende av några externa system för att säkerställa låg cykeltid och operativt självbestämmande.
- Kan sända telemetri som ska användas av system med utsmning.
- För sensormått och aktiveringskommandon används fältbussprotokoll som Modbus, RS485, EtherCAT och SERCOS.
- Kan integreras med system som övervakar och hanterar loopar genom IoT Hub protokoll som HTTP, MQTT och AMQP.
Komponenter
En IoT-sak (enhet) består av sensorer, actuatorer och en styrenhet. Alla tre komponenterna fungerar tillsammans för att se till att enheten fungerar i sin miljö som förväntat. Exempelenheter är vindturbiner, maskiner, bilstenar och gaslagring. Exempel på uppsättningspunkter är säkra RPM för en vindturbin, säker temperatur och tryck på en gasbehållare och säkert avstånd för automatisk upplåsning av ett smart door-lås.
Sensorer mäter kontinuerligt aktuella enhetsförhållanden och rapporterar dem till kontrollanten. Exempel på mått är temperatur och tryck för lagringsbehållare med naturligt gas, smart hemtemperatur och luftfuktighet, eller rpm för vindkraftverksrotor och strömgenereringshastighet. Samplingsfrekvensen för sensorn beror på enhetens funktion. Enheter som ändras långsamt, t.ex. stora gaser, behöver sampling med låg frekvens, medan snabbt föränderliga enheter som vindkraftverk behöver sampling med hög frekvens.
Actuators är de fysiska komponenter som påverkar enhetens tillstånd. Några exempel är inlet-valvet för en natural gas-tank, en avstängning som gör rotorn för en vindturbin långsammare eller ett smart front door-lås som låser sig när ägaren är borta. Kontrollanten styr actuatorerna baserat på sensormätningar och externa kontroller. Vissa sensing-enheter har inga actuators, så att en del av loopen inte behövs.
Kontrolllogiken håller enhetstillståndet inom det önskade intervallet som kan tolereras. Det aktuella tillståndet beräknas från sensormått. Om det aktuella tillståndet avviker från det önskade tillståndet vidtar kontrollanten åtgärder genom att skicka kommandon till actuatorerna. Exempel på korrigerande åtgärder är att stänga av en gasbehållares klaff, slå på en husbil eller tillämpa gaser på en vindturbinsrotor. Kontrollanten kan också skicka telemetri och ta emot externa kommandon från övervaknings- och hanteringsloopar efter behov.