ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ СОГЛАСОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ КИБЕРФИЗИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ С МНОГОЗОННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ОБЪЕКТАМИ НА ОСНОВЕ IOT
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-141-6-284-294Ключевые слова:
децентрализованное управление, координация, многозональная система, киберфизическая система, IoT, MQTT, MATLAB Simulink, Siemens S7-1200, энергоэффективность, цифровой двойникАннотация
В данной статье предлагается децентрализованный согласованный подход к управлению многозонными тепловыми объектами, основанный на технологиях Интернета вещей (IoT) и киберфизических систем (КФС). В работе рассматриваются вопросы разработки системы управления и анализа результатов проверки её функциональной работоспособности. Актуальность исследования обусловлена необходимостью интеллектуализации тепловых систем в современной промышленности, снижения энергопотребления и интеграции автоматизированных решений управления в соответствии с требованиями Индустрии 4.0 [1,2]. Целью исследования является разработка математической модели многозонного теплового объекта, создание алгоритма управления с использованием IoT-инфраструктуры и оценка эффективности анной системы посредством моделирования в среде MATLAB Simulink. Для достижения поставленных целей предложена трёхуровневая структура управления: нижний уровень (Field) включает температурные датчики и исполнительные устройства, на среднем уровне (Edge) реализован обмен данными с использование ПЛК Siemens S7-1200 и протокола MQTT, а верхний уровень (Cloud) обеспечивает мониторинг и анализ с применением цифрового двойника (Digital Twin) [3,4]Разработанная математическая модель описывает тепловое взаимодействие между зонами и управление каждой зоной с помощью PID-регуляторов [5]. Результаты моделирования показали, что предложенная децентрализованная система управления сокращает время стабилизации температуры на 18-20% и снижает энергопотребление на 25-27% [6]. Система демонстрирует устойчивость к внешним возмущениям и обеспечивает дистанционное управление в реальном времени благодаря интеграции киберфизических компонентов [7,8]. Научная новизна заключается в разработке координационного алгоритма децентрализованного управления для многозонных систем и его реализации в виде цифрово-экспериментальной модели, обеспечивающей повышение энергоэффективности и надежности промышленных объектов [4,6].
Библиографические ссылки
[1] Yukhymchuk M. et al. Decentralized Coordination of Temperature Control in Multi-area Premises, Complexity, 2022.
[2] Png G. et al. An IoT Upgrade for Smart and Scalable HVAC Control. Applied Energy, 2019.
[3] Agostinelli S. et al. Cyber-Physical Systems Improving Building Energy Management: Digital Twin and AI. Energies, 2021.
[4] Li W. et al. Event-Driven Multi-Agent Distributed Control for IoT HVAC Systems. Automation in Construction, 2021.
[5] Su B., Wang S. Agent-Based Distributed Real-Time Control for Building HVAC. Applied Energy, 2019.
[6] Bitar R. et al. Simultaneous Energy Optimization of Heating Systems by Multi-Zone MPC. Buildings, 2025.
[7] Tanasiev V. et al. Enhancing Monitoring and Control of an HVAC System through IoT. Energies, 2022.
[8] de la Puente-Gil A. et al. Efficient Heating System Management Through IoT Smart Devices. Machines, 2025.
[9] MathWorks. House Heating System Example MATLAB Documentation, 2024.
[10] Su B., Wang S. Agent-Based Distributed Real-Time Control for Building HVAC. Applied Energy, 2019.
[11] Kumar A. et al. Secure and Efficient Smart Building Architecture with IoT. Computer Communications, 2021.
[12] Bottaccioli L. et al. Building Energy Modelling by IoT Integration. IEEE Conference, 2017.
[13] Fortinet Inc. Cyber-Physical Systems (CPS) Glossary, 2025.
[14] Dubovoi V. et al. Model-Oriented Training of Coordinators of Decentralized Control Systems. IEEE Access, 2025.
[15] Zanella A. et al. Internet of Things for Smart Industrial Control. IEEE Trans. Industrial Informatics, 2014.
[16] Chen X., Zhang H. Distributed Model Predictive Control for Multi-Zone HVAC Systems. Control Engineering Practice, 2023.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 Гүлжан Қашағанова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
