Познакомьтесь с типами исполнительных механизмов в IoT

Nov 25, 2023

Getty Images/iStockphoto

Исполнительные механизмы, появившиеся еще до цифровой эры, являются аппаратными компонентами, лежащими в основе многих развертываний Интернета вещей. На самом базовом уровне привод — это устройство, которое преобразует энергию в движение.

«Это всего лишь способы превратить одну форму энергии в действие или движение», — сказал Шон Чендлер, старший член IEEE и директор по энергетике, устойчивому развитию и инфраструктуре консалтинговой компании Guidehouse.

Чтобы инженеры могли создавать эффективные и функционирующие продукты, они должны знать, как работает оборудование привода, а также источники питания и требования к техническому обслуживанию каждого типа. Благодаря этим знаниям они могут гарантировать отсутствие сюрпризов при разработке оборудования на протяжении всего рабочего процесса проектирования и производства продукта.

В IoT исполнительные механизмы обеспечивают физическое действие на основе данных, поступающих от одного или нескольких датчиков.

Преобразование данных датчиков в активность происходит в следующей последовательности:

Например, система Интернета вещей, которая регулирует работу холодильника, имеет датчики для считывания температуры. Датчики отправляют данные о температуре в систему управления по расписанию. Система управления сравнивает эти показания температуры с запрограммированным желаемым температурным диапазоном. Если температура выходит за пределы заранее запрограммированного диапазона, система управления посылает сигнал исполнительному устройству, чтобы включить или выключить охлаждение.

Во многих развертываниях Интернета вещей датчик, контроллер и исполнительный механизм представляют собой физически разные компоненты, которые обмениваются данными через беспроводные или проводные сети связи и интернет-протокол. В других сборках все три компонента размещаются в одном физическом устройстве. Например, интеллектуальный клапан обычно содержит датчик, контроллер и привод.

Некоторые развертывания Интернета вещей сосредоточены вокруг самих исполнительных механизмов. «В таких случаях использования датчики контролируют производительность исполнительных механизмов», — сказал Престон Джонсон, старший менеджер по решениям для обеспечения целостности и надежности активов на интеллектуальной периферии экспертного интегратора CBT.

«В старом мире вам нужно было бы попросить кого-нибудь осмотреть приводы», — сказал Джонсон. «Но с появлением Интернета вещей нам не нужно присылать инспекторов. Мы можем получать отчеты о том, как работают приводы и нуждаются ли они в смягчении последствий».

Датчики могут контролировать, например, скорость, с которой приводы открывают и закрывают клапаны в трубах, а контроллеры анализируют измерения, чтобы гарантировать правильную работу приводов и отправлять оповещения в случае неисправности.

По словам Джонсона, в случае с интеллектуальным клапаном, который содержит датчик, контроллер и привод в одной части, устройство может иметь протокол связи для отправки данных на центральный сервер, который анализирует работу клапана.

Для осуществления движения приводу требуется энергия. Основными видами источников энергии являются следующие:

Каждый тип имеет свои преимущества и потенциальные недостатки.

Электрические приводы, распространенный вариант устройств Интернета вещей, преобразуют энергию в механический крутящий момент. Электрическая энергия менее шумна в работе, чем другие типы приводов. Эти приводы не требуют жидкости для работы. Кроме того, электрические приводы обеспечивают высокоточное позиционирование благодаря возможности программирования. Но эти приводы могут быть дорогими. Они также могут не подходить для экстремальных условий эксплуатации, встречающихся в некоторых случаях использования в промышленности, аэрокосмической и военной промышленности.

Гидравлические приводы могут оказывать большое усилие и двигаться с высокой скоростью. Эти характеристики подходят для использования в строительном и производственном оборудовании. Но у них высокие требования к обслуживанию. Например, им может потребоваться снижение шума, а утечки жидкости могут снизить их производительность.

Пневматические приводы, в которых для получения энергии используется сжатый воздух или газ, требуют меньших требований к техническому обслуживанию и имеют более длительный срок службы, чем другие типы приводов. Они долговечны и способны работать при экстремальных температурах. Эта категория также может быстро начинать и останавливать движение. Но они все равно требуют некоторого ухода. Например, они требуют постоянной подачи воздуха, а на их эффективность влияют изменения давления воздуха и газа.