Scopri i tipi di attuatori nell'IoT

Nov 25, 2023

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Gli attuatori, che precedono l’era digitale, sono componenti hardware al centro di molte implementazioni dell’IoT. Al livello più elementare, un attuatore è un dispositivo che converte l'energia in movimento.

"Sono semplicemente modi per trasformare una forma di energia in azione o movimento", ha affermato Shawn Chandler, membro senior dell'IEEE e direttore del settore energia, sostenibilità e infrastrutture per la società di consulenza Guidehouse.

Per poter realizzare prodotti efficaci e funzionanti, gli ingegneri dovrebbero conoscere il funzionamento dell'hardware degli attuatori, nonché le fonti di alimentazione e i requisiti di manutenzione di ciascun tipo. Con questa conoscenza, possono garantire che non ci siano sorprese nello sviluppo dell'hardware durante il flusso di lavoro e la produzione di progettazione del prodotto.

Nell'IoT, gli attuatori consentono un'azione fisica basata sui dati che hanno origine da uno o più sensori.

La conversione dei dati del sensore in attività segue questa sequenza:

Ad esempio, una distribuzione IoT che regola un frigorifero dispone di sensori per leggere la temperatura. I sensori inviano i dati di temperatura al sistema di controllo come programmato. Il sistema di controllo confronta le letture della temperatura con l'intervallo di temperatura desiderato programmato. Se la temperatura esce dall'intervallo preprogrammato, il sistema di controllo invia un segnale a un attuatore per accendere o spegnere la refrigerazione.

In molte implementazioni IoT, il sensore, il controller e l'attuatore sono componenti fisicamente diversi che comunicano tramite reti di comunicazione wireless o cablate e un protocollo Internet. In altre build, un singolo dispositivo fisico ospita tutti e tre i componenti. Una valvola intelligente, ad esempio, generalmente contiene un sensore, un controller e un attuatore.

Alcune implementazioni IoT sono incentrate sugli attuatori stessi. In tali casi d’uso, i sensori monitorano le prestazioni degli attuatori, ha affermato Preston Johnson, senior solution manager per l’integrità e l’affidabilità delle risorse presso l’intelligent edge presso l’integratore di esperti di dominio CBT.

"Nel vecchio mondo, dovresti avere qualcuno che ispezioni gli attuatori", ha detto Johnson. "Ma, con l'avvento dell'IoT, non dobbiamo inviare ispettori. Possiamo ottenere rapporti sulle prestazioni degli attuatori o se necessitano di mitigazione."

I sensori possono monitorare, ad esempio, la velocità con cui gli attuatori aprono e chiudono le valvole nei tubi, con controller che analizzano le misurazioni per garantire il corretto funzionamento degli attuatori e inviare un avviso in caso di malfunzionamento.

Nel caso della valvola intelligente che contiene sensore, controller e attuatore in una sola parte, il dispositivo potrebbe avere un protocollo di comunicazione per inviare dati a un server centrale che analizzi le prestazioni della valvola, ha affermato Johnson.

Per attuare il movimento, l'attuatore richiede energia. Le principali tipologie di fonti energetiche sono le seguenti:

Ogni tipo presenta vantaggi e potenziali svantaggi.

Gli attuatori elettrici, un'opzione comune per i dispositivi IoT, convertono l'energia in coppia meccanica. L'energia elettrica è meno rumorosa durante il funzionamento rispetto ad altri tipi di attuatori. Questi attuatori non richiedono fluido per funzionare. Inoltre, gli attuatori elettrici offrono un posizionamento di precisione ad alto controllo grazie alla programmabilità. Ma questi attuatori possono essere costosi. Potrebbero inoltre non essere adatti agli ambienti operativi estremi riscontrati in alcuni casi di utilizzo nel settore manifatturiero, aerospaziale e militare.

Gli attuatori idraulici possono esercitare una grande quantità di forza e muoversi ad alta velocità. Queste caratteristiche sono adatte all'uso nelle attrezzature per l'edilizia e la produzione. Ma hanno elevati requisiti di manutenzione. Ad esempio, possono necessitare di attenuazione del rumore e le perdite di liquidi possono ridurne le prestazioni.

Gli attuatori pneumatici, che utilizzano aria compressa o gas per produrre energia, hanno requisiti di manutenzione inferiori e una durata maggiore rispetto ad altri tipi di attuatori. Sono durevoli e in grado di funzionare a temperature estreme. Questa categoria può anche avviare e arrestare rapidamente il movimento. Ma necessitano ancora di un po' di manutenzione. Ad esempio, richiedono una fornitura d'aria costante e la loro efficienza è influenzata dalle variazioni della pressione dell'aria e del gas.