Sensori virtuali per edifici: riempire i vuoti di dati senza nuovo hardware

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La maggior parte dei vuoti di sensori negli edifici viene risolta nel modo costoso. Compra una sonda. Posa una canalina. Fai commissionare il punto nel BMS. Aspetta che si liberi uno slot dell'installatore. Un sensore virtuale salta la maggior parte di questo. È una metrica calcolata dai sensori che hai già, non un nuovo pezzo di hardware. Entalpia dell'aria di mandata da una lettura di temperatura e umidità. Occupazione da un trend di CO2. Tempo di funzionamento dell'apparecchiatura da un assorbimento di potenza. Se la fisica collega due punti, il secondo è spesso solo un calcolo di distanza, non un ordine di acquisto di distanza.

Cos'è davvero un sensore virtuale

Un sensore virtuale è una lettura derivata. Un sensore fisico riporta un valore che ha misurato direttamente. Un sensore virtuale riporta un valore calcolato da una o più altre misurazioni, usando una relazione conosciuta tra loro, che quella relazione sia fisica (termodinamica, fluidodinamica) o statistica (una correlazione appresa da dati storici).

L'idea sottostante ha una storia più lunga fuori dagli edifici. Le industrie di processo la chiamano soft sensor: inferire una variabile costosa o poco pratica da misurare direttamente, ad esempio la viscosità di un polimero all'interno di un reattore, da variabili economiche e rapide da leggere, come temperatura, pressione e portata. Gli impianti chimici si sono affidati ai soft sensor per decenni perché installare un viscosimetro in linea è un lavoro più grande che leggere tre trasmettitori già presenti sulla linea. Gli edifici stanno recuperando la stessa logica. Una lettura di pressione statica in un condotto può provenire dalla velocità del ventilatore e dalla posizione della serranda invece che da un trasmettitore di pressione dedicato. Una portata dell'acqua refrigerata può provenire dalla posizione della valvola, dal delta-T e dalla curva della pompa invece che da un misuratore di portata. Nelle applicazioni HVAC in particolare, un sensore virtuale sostituisce più spesso un punto che è difficile da raggiungere fisicamente o che non è mai valso un trasmettitore dedicato in primo luogo.

Perché ne vorresti uno

Tre situazioni spingono un team verso un sensore virtuale invece di un ordine di lavoro. Vuoti di copertura: un punto che il progetto originale non ha mai incluso, perché nessuno ne aveva previsto la necessità, oppure il budget non bastava. Hardware guasto: una sonda che ha riportato una linea piatta per sei mesi perché nessuno se ne è accorto, o se ne è accorto e la sostituzione è bloccata negli acquisti. Punti che sono genuinamente poco pratici da strumentare direttamente: una trappola per vapore sepolta dietro l'isolamento, un percorso di condotto attraverso un soffitto finito senza pannello di accesso, uno spazio locato dove il proprietario non riesce a far entrare un installatore senza due settimane di preavviso.

In ogni caso, l'alternativa a un sensore virtuale è la stessa: acquisto, installazione e un ciclo di ricommissionamento del BMS per un singolo punto dati. Sono costi reali e tempi reali per qualcosa che un calcolo può spesso fornire in una settimana. I sensori virtuali svolgono anche un lavoro utile dove l'hardware esiste già. Esegui un sensore virtuale insieme a quello fisico che approssima, e un disaccordo tra i due è di per sé un segnale: o la sonda fisica ha derivato, oppure le ipotesi del calcolo non valgono più per quell'apparecchiatura.

Dove i sensori virtuali si guadagnano il loro posto

Misurazione virtuale per la sub-fatturazione degli inquilini. La fatturazione degli inquilini e la ripartizione dei costi vogliono di solito un sottocontatore per spazio, e retrofittarne uno in ogni unità di un edificio esistente è costoso. Un sottocontatore virtuale deriva il consumo di un inquilino dal contatore principale meno i carichi che sono misurati separatamente, oppure dal tempo di funzionamento correlato dell'apparecchiatura dove la relazione tra tempo di funzionamento e assorbimento è ben compresa. Non corrisponderà a un contatore di ricavi certificato per la precisione di livello di fatturazione, ma per la ripartizione dei costi e il rilevamento delle anomalie, la misurazione virtuale è spesso abbastanza vicina da essere utile immediatamente.

Indici di comfort derivati. Una singola lettura della temperatura dell'aria non ti dice se uno spazio si sente confortevole. Anche l'umidità, e in misura minore la temperatura delle superfici radianti, conta. Un indice di comfort derivato, calcolato dai sensori di temperatura e umidità che la maggior parte delle zone ha già, si avvicina più a ciò che un occupante effettivamente sperimenta rispetto a una nuda lettura di temperatura, senza installare un termometro a globo in ogni stanza.

Flusso e carico inferiti da sensori correlati. Un misuratore di portata che è guastato, o che non è mai stato installato, non deve significare volare alla cieca. Dove la posizione della valvola, la curva della pompa e il delta-T sono tutti disponibili, un sensore virtuale può inferire il flusso con un'approssimazione utile. La stessa logica coprire il carico elettrico su un circuito senza un contatore dedicato, inferito dal tempo di funzionamento e dall'assorbimento nominale dell'apparecchiatura su quel circuito.

Sensori virtuali e fiducia nei dati

Un sensore virtuale è valido solo quanto ciò su cui è costruito. Alimentalo con una sonda di temperatura in deriva o una lettura di CO2 obsoleta, e produrrà un numero sicuro di sé ma sbagliato, senza i segni di guasto visibili che un sensore fisico rotto solitamente mostra. Una sonda morta spesso si blocca su un valore fisso o riporta un valore ovviamente impossibile. Un sensore virtuale costruito su input scadenti continua a produrre numeri plausibili che sono semplicemente scorretti. Questo è un problema di fiducia nei dati, e si applica a qualsiasi metrica calcolata, non ai sensori virtuali in particolare. Abbiamo già trattato la questione più ampia della validazione dei dati dei sensori prima di fidarsene altrove; la versione breve è che un sensore virtuale merita la stessa disciplina di controllo della deriva degli input fisici da cui dipende, non meno.

Dove i sensori virtuali si inseriscono in uno stack di intelligenza dei sensori

In FrostLogic Explore, un sensore virtuale non è una funzione secondaria imbullonata all'analitica. È un input, trattato allo stesso modo di uno fisico: versionato, monitorato continuamente per la deriva, e validato prima che gli sia permesso di influenzare una previsione o attivare un avviso. Questo conta perché il valore di un sensore virtuale non è il calcolo di per sé. È ciò che quel calcolo alimenta. La nostra piattaforma di analitica BMS legge sensori fisici e virtuali allo stesso modo nella stessa pipeline di rilevamento delle anomalie, previsione e conformità, quindi una metrica virtuale che riempie un vuoto riceve lo stesso controllo, e svolge lo stesso lavoro, di un sensore con una sonda fisica dietro.

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Domande frequenti

Un sensore virtuale è accurato quanto uno fisico? Dipende da cosa è costruito e da quanto è compresa la relazione sottostante. Un sensore virtuale derivato da una relazione fisica ben caratterizzata, come l'entalpia da temperatura e umidità, può essere molto accurato. Uno costruito su una correlazione statistica è valido solo quanto i dati su cui è stato addestrato e quanto le condizioni attuali corrispondono a quel periodo di addestramento. Per la precisione di livello di fatturazione, un contatore fisico certificato vince ancora; per il trending, il rilevamento delle anomalie e il riempimento dei vuoti, un sensore virtuale ben costruito è di solito abbastanza accurato.

Di quali dati ha bisogno un sensore virtuale? Come minimo, i sensori di input da cui viene calcolato, campionati a una frequenza sufficientemente fine da catturare i cambiamenti che ti interessano, più una relazione conosciuta o appresa che collega quegli input all'output desiderato. I sensori virtuali basati sulla fisica hanno bisogno di meno punti dati storici rispetto a quelli derivati statisticamente, che hanno bisogno di sufficiente storia su sufficienti condizioni operative per apprendere una correlazione affidabile.

I sensori virtuali possono sostituire completamente la misurazione fisica? No, e non è davvero a questo che servono. I sensori virtuali riempiono i vuoti e aggiungono ridondanza; non sostituiscono i sensori fisici di cui un edificio ha effettivamente bisogno per i loop di controllo, gli interblocchi di sicurezza o la misurazione di livello di fatturazione. Dove l'hardware esiste, dovrebbe rimanere. Dove non esiste, e installarlo è sproporzionato rispetto al valore del punto, un sensore virtuale è spesso l'investimento più sensato.

Qual è la differenza tra un soft sensor e un sensore virtuale? Sono lo stesso concetto con due nomi. Soft sensor è il termine che le industrie di processo hanno usato per decenni. Sensore virtuale è il termine che si è diffuso negli edifici. Entrambi descrivono una lettura inferita calcolata da altre misurazioni piuttosto che misurata direttamente.

Come utilizza FrostLogic Explore i sensori virtuali? Come input, non come funzione secondaria. Explore tratta un sensore virtuale allo stesso modo in cui tratta uno fisico: versionato, monitorato per la deriva, e validato prima che gli sia permesso di alimentare una previsione o attivare un avviso tramite il motore FrostDynamics.

Un sensore virtuale ha bisogno di un proprio punto nel BMS? Non necessariamente. Un sensore virtuale può esistere puramente nel livello di analitica, calcolato dai dati di trend del BMS senza mai essere scritto di nuovo come punto BMS. Alcuni team lo scrivono di nuovo, di solito quando altri sistemi come dashboard o strumenti di reporting devono leggerlo come se fosse un punto nativo.

Come si sa se il calcolo di un sensore virtuale è ancora valido? Monitoralo allo stesso modo in cui monitoreresti un sensore fisico per la deriva, e dove possibile, eseguilo insieme al sensore fisico che approssima in modo che i disaccordi emergano presto. Un calcolo che era valido per una modalità operativa di un'apparecchiatura può silenziosamente smettere di valere dopo una ristrutturazione, un cambio di setpoint o una riscrittura della sequenza di controllo, quindi ha bisogno dello stesso controllo continuo di qualsiasi altra cosa nella pipeline dei dati.