Virtuelle sensorer for bygninger: fyll datahullene uten ny maskinvare

Foto av iSawRed på Unsplash.

De fleste sensorhull i bygninger fikses den dyre veien. Kjøp en probe. Legg kabelrør. Få punktet idriftsatt i BMS. Vent på at en entreprenørs tid åpner seg. En virtuell sensor hopper over det meste av det. Det er en måling beregnet fra sensorer du allerede har, ikke et nytt stykke maskinvare. Tilluftsentalpi fra en temperatur- og fuktighetsavlesning. Belegg fra en CO2-trend. Utstyrets driftstid fra et strømuttak. Hvis fysikken kobler sammen to punkter, er det andre ofte bare en beregning unna, ikke en innkjøpsorder unna.

Hva en virtuell sensor egentlig er

En virtuell sensor er en utledet avlesning. En fysisk sensor rapporterer en verdi den har målt direkte. En virtuell sensor rapporterer en verdi beregnet fra en eller flere andre målinger, ved bruk av et kjent forhold mellom dem, uansett om det forholdet er fysisk (termodynamikk, fluiddynamikk) eller statistisk (en korrelasjon lært fra historiske data).

Den underliggende ideen har en lengre historie utenfor bygninger. Prosessindustrier kaller det en soft sensor: å utlede en variabel som er dyr eller upraktisk å måle direkte, si polymerviskositet inne i en reaktor, fra noen som er billige og raske å avlese, som temperatur, trykk og flowrate. Kjemiske fabrikker har støttet seg på soft sensors i flere tiår fordi det å installere et inline-viskosimeter er en større jobb enn å avlese tre transmittere som allerede finnes på linjen. Bygninger tar igjen samme logikk. En kanaltrykkavlesning kan komme fra viftehastighet og spjeldposisjon i stedet for en dedikert trykktransmitter. En kjølevannsflowrate kan komme fra ventilposisjon, delta-T og pumpekurven i stedet for en flowmåler. I HVAC-anvendelser spesifikt fungerer en virtuell sensor oftest som stedfortreder for et punkt som enten er vanskelig å nå fysisk eller aldri var verdt en dedikert transmitter i utgangspunktet.

Hvorfor du ville ønske deg en

Tre situasjoner presser et team mot en virtuell sensor i stedet for en arbeidsordre. Dekningshull: et punkt det opprinnelige designet aldri inkluderte, fordi ingen forutså behovet, eller budsjettet strakk ikke til. Feilet maskinvare: en probe som har rapportert en flat linje i seks måneder fordi ingen la merke til det, eller la merke til det og erstatningen sitter fast i innkjøp. Punkter som er reelt upraktiske å instrumentere direkte: en dampfelle begravet bak isolasjon, en kanalføring gjennom et ferdig tak uten tilgangspanel, et leieforhold der utleieren ikke kan få inn en entreprenør uten to ukers varsel.

I hvert tilfelle er alternativet til en virtuell sensor det samme: innkjøp, installasjon og en BMS-reidriftsettelsessyklus for et enkelt datapunkt. Det er reell kostnad og reell ledetid for noe en beregning ofte kan levere innen en uke. Virtuelle sensorer gjør også nyttig arbeid der maskinvare allerede finnes. Kjør en virtuell sensor sammen med den fysiske den tilnærmer, og en uoverensstemmelse mellom de to er i seg selv et signal: enten har den fysiske proben driftet, eller beregningens antakelser holder ikke lenger for det utstyret.

Hvor virtuelle sensorer tjener sin plass

Virtuell måling for leietaker-underfakturering. Leietakerfakturering og kostnadsfordeling ønsker vanligvis en undermåler per leieforhold, og å ettermontere en i hver enhet i en eksisterende bygning er dyrt. En virtuell undermåler utleder en leietakers forbruk fra hovedmåleren minus lastene som måles separat, eller fra korrelert utstyrsdrift der forholdet mellom driftstid og forbruk er godt forstått. Den vil ikke matche en sertifisert inntektsmåler for fakturagradsnøyaktighet, men for kostnadsfordeling og avviksdeteksjon er virtuell måling ofte nær nok til å være nyttig umiddelbart.

Utledede komfortindekser. En enkelt lufttemperaturavlesning forteller deg ikke om et rom føles komfortabelt. Fuktighet, og i mindre grad strålende overflatetemperatur, betyr også noe. Et utledet komfortindeks, beregnet fra temperatur- og fuktighetssensorer de fleste soner allerede har, kommer nærmere det en person faktisk opplever enn en ren temperaturavlesning, uten å installere et globetermometer i hvert rom.

Utledet flow og last fra korrelerte sensorer. En flowmåler som har feilet, eller aldri ble installert, behøver ikke bety å fly blindt. Der ventilposisjon, pumpekurve og delta-T alle er tilgjengelige, kan en virtuell sensor utlede flow til en brukbar tilnærming. Samme logikk gjelder elektrisk last på en krets uten dedikert måler, utledet fra driftstiden og den nominelle belastningen for utstyret på den kretsen.

Virtuelle sensorer og datatillit

En virtuell sensor er bare så god som det den er bygget på. Fôr den med en driftende temperaturprobe eller en gammel CO2-avlesning, og den produserer et selvsikkert feil tall, uten de synlige feiltegnene en defekt fysisk sensor vanligvis viser. En død probe flatlinjer ofte eller rapporterer en åpenbart umulig verdi. En virtuell sensor bygget på dårlige input fortsetter å produsere plausible tall som ganske enkelt er feil. Det er et datatillitsproblem, og det gjelder for enhver beregnet måling, ikke virtuelle sensorer spesifikt. Vi har dekket det bredere spørsmålet om å validere sensordata før man stoler på den andre steder; kort fortalt fortjener en virtuell sensor samme driftskontrolldisiplin som de fysiske inputene den avhenger av, ikke mindre.

Hvor virtuelle sensorer passer i en sensorintelligens-stack

I FrostLogic Explore er en virtuell sensor ikke en sidefunksjon boltet på analysen. Den er et input, behandlet på samme måte som et fysisk: versjonert, overvåket kontinuerlig for drift, og validert før den får lov til å påvirke en prognose eller utløse et varsel. Det betyr noe fordi verdien av en virtuell sensor ikke er beregningen alene. Det er hva beregningen fôrer. Vår BMS-analyseplattform leser fysiske og virtuelle sensorer likt inn i samme pipeline for avviksdeteksjon, prognostisering og etterlevelse, så en hullfyllende virtuell måling får samme gransking, og gjør samme jobb, som en sensor med en fysisk probe bak seg.

Nysgjerrig på hva vi kunne utlede fra dine eksisterende sensorer? Be om en demo, og vi ser på hva som allerede rapporteres i din BMS.

Ofte stilte spørsmål

Er en virtuell sensor like nøyaktig som en fysisk? Det kommer an på hva den er bygget på og hvor godt det underliggende forholdet er forstått. En virtuell sensor utledet fra et godt karakterisert fysisk forhold, som entalpi fra temperatur og fuktighet, kan være svært nøyaktig. En bygget på en statistisk korrelasjon er bare så god som dataene den ble trent på og hvor nær nåværende forhold matcher den treningsperioden. For fakturagradsnøyaktighet vinner en sertifisert fysisk måler fortsatt; for trending, avviksdeteksjon og hullfylling er en godt bygget virtuell sensor vanligvis nøyaktig nok.

Hvilke data trenger en virtuell sensor? Som minimum, inngangssensorene den beregnes fra, samplet med en frekvens fin nok til å fange endringene du bryr deg om, pluss et kjent eller lært forhold som knytter disse inngangene til utgangen du vil ha. Fysikkbaserte virtuelle sensorer trenger færre historiske datapunkter enn statistisk utledede, som trenger nok historie over nok driftsforhold for å lære en pålitelig korrelasjon.

Kan virtuelle sensorer erstatte fysisk måling helt? Nei, og det er ikke egentlig hva de er til for. Virtuelle sensorer fyller hull og legger til redundans; de erstatter ikke de fysiske sensorene en bygning faktisk trenger for styringssløyfer, sikkerhetssperrer eller fakturagradsmåling. Der maskinvare finnes, bør den forbli. Der den ikke gjør det, og å installere den er uforholdsmessig i forhold til verdien av punktet, er en virtuell sensor ofte den mer fornuftige investeringen.

Hva er forskjellen mellom en soft sensor og en virtuell sensor? De er samme konsept under to navn. Soft sensor er begrepet prosessindustrier har brukt i flere tiår. Virtuell sensor er begrepet som har slått gjennom i bygninger. Begge beskriver en utledet avlesning beregnet fra andre målinger snarere enn målt direkte.

Hvordan bruker FrostLogic Explore virtuelle sensorer? Som innganger, ikke som en sidefunksjon. Explore behandler en virtuell sensor på samme måte som den behandler en fysisk: versjonert, overvåket for drift, og validert før den får lov til å fôre en prognose eller utløse et varsel gjennom FrostDynamics-motoren.

Trenger en virtuell sensor sitt eget punkt i BMS? Ikke nødvendigvis. En virtuell sensor kan eksistere rent i analyselaget, beregnet fra BMS-trenddata uten å noensinne bli skrevet tilbake som et BMS-punkt. Noen team skriver den tilbake, vanligvis når andre systemer som dashboards eller rapporteringsverktøy må lese den som om den var et nativt punkt.

Hvordan vet du om en virtuell sensors beregning fortsatt er gyldig? Overvåk den på samme måte som du ville overvåket en fysisk sensor for drift, og der det er mulig, kjør den sammen med den fysiske sensoren den tilnærmer, slik at uoverensstemmelser dukker opp tidlig. En beregning som holdt for en driftsmodus av et utstyr kan stille slutte å holde etter en oppgradering, en børverdiendring eller en omskriving av styringssekvensen, så den trenger samme løpende gransking som alt annet i datapipelinen.