技術干貨丨MixIOT家族新成員系列——Mixco工業控制協同
為了更便捷地完成工業物聯網項目交付，更好地幫助工業企業解決各種問題，智物聯自今年7月起，開始全力打造MixIOT 2020。目前一切工作正有序進行，也已獲得了不少階段性成果。
今天，我們為你揭開MixIOT 2020的冰山一角，介紹MixIOT家族的新成員——Mixco。
什么是Mixco？
Mixco（MixIOT Industrial Control Coordination，MixIOT工業控制協同）是MixIOT 2020體系中由?系列服務組件構成的?個體系，這與Indass的構成是類似的。
Indass是非機理基礎數據分析計算，解決的是L4層面的問題；而Mixco是在Indass的基礎上，進一步解決L5層面的問題，也就是工業生產中的實際問題（包括安全生產、節能減排、增產增效和精益管理）。
Mixco都有哪些組件？
Mixco的組織形式跟Indass是?樣的，都是由不同的服務組件構成。每個服務組件都有?個特定的功能，或者說，每個服務組件都有?個明確關注的問題或者解決問題的目標。
Mixco有幾個基礎的服務組件：
MiSafe，是重點關注安全生產方面的服務組件；
MiEnergy，是重點關注生產節能方面的服務組件；
MiExhaust，是重點關注排放方面的服務組件；
MiEfficient，是重點關注增產增效方面的服務組件；
MiManage，是重點關注精益管理方面的服務組件。
但Mixco本身也是?個開放的體系，還可以根據實際需要解決的問題，在上述服務組件的基礎上，開發實際工業場景需要的其他組件或應用。
Mixco組件是如何構成的？
Mixco服務組件都由兩個部分構成，即：
① 分析計算部分。這部分主要是使用Indass的分析計算結果與實際機理對接，對它們進行再次計算和分析，找出問題關注點，找到解決問題的方法；
② 控制策略部分。這部分是根據分析計算部分結果，把解決問題的方法，變成?個可以交給控制系統識別的控制策略。換句話說，就是把Mixco算出來如何解決問題的方法，轉換成工業控制系統能夠明白的?系列控制指令。
Mixco服務組件結構可以圖示如下：
▲ Mixco服務組件結構示意圖
Mixco是如何部署的？
Mixco服務組件的部署方式是靈活的，上述的兩個部分可以合并在?起部署，也可以分開部署。
比如，計算部分和控制策略部分，可以都部署在如來方略柜R系列（R2000型或者R1200型）；也可以把計算部分部署在如來方略云，控制策略部分部署在如來方略柜R系列或E系列（邊緣計算機柜，E800型）；還可以都部署在E系列。
?般來說，我們不建議使用云端部署方式，而建議使用如來方略柜的部署方式，這是為了保證Mixco運行和執行的可靠性。
什么是控制協同？
控制協同的定義是：“與工業控制系統步調和節拍都高度?致的，給控制系統提供的協調和協助”。如果把工業控制系統看作是?輛汽車的司機，那就可以把控制協同理解為“副駕駛”。
這里有?個地方非常重要，“控制協同”不是“協同控制”，要擺正自己的位置：坐在副駕位置上，只動口不動手，并不實際去操控汽車。但是，它又絕不是坐在副駕位置上有事沒事都嘮嘮叨叨，攪的司機心神不寧，而更像是?個駕校的教練和考官，洞察路況，提出建設性的建議。
控制協同做什么？怎么做？
控制協同做的事情只有?件：就是根據掌握的數據和分析計算的結果，告訴控制系統，怎么做可能會更好。
通過下面這個簡單又完整的例子，來說明控制協同做什么，怎么做。這個例子就是我們都熟悉的“空調”。
▲ 空調溫度控制系統示意圖
這是?個悶熱的夏天，小明把房間的溫度設定在25度。設定好后，空調的溫控系統就開始工作了。空調的溫度系統是這樣工作的：
① 檢查空調的溫度傳感器，看看當前的溫度是多少；
② 如果現在的溫度高于25度（達到26度），就啟動制冷；
③ 過了?分鐘，再看看現在溫度是多少，如果溫度達到了24度就停機；如果溫度還沒到24度，就繼續制冷；
④ 重復上述過程。
從上面可以看到，空調溫控系統（也就是空調的控制系統）確實非常稱職，嚴格按照小明設定的溫度（25度）在工作，保證室溫維持在25度。有問題嗎？絕對沒有！
空調的溫控系統，使用的是PID控制方法。所謂PID，就是按比例（P）、積分（I）和微分（D）的方法來控制。空調這個控制系統比較簡單，所以，使用的只是PID中的P（比例）方法。
PID的P方法，意思是當控制目標（溫度）超出設定的某?個比例（空調是按4%，也就是1.0度）的時候，就開始工作，冷了就加熱，熱了就制冷。如果把溫度的變化以及空調啟停情況畫?張圖，是這樣的：
從這張圖很容易看到，空調制冷（啟動）的時候，溫度會下降；當空調停機的時候，溫度又會上升。為什么會這樣呢？因為房間保溫條件有限，外面的熱量總會滲透到房間里面來，所以會導致溫度上升。
看樣子空調的溫控系統都干得很好，那Mixco又能做什么呢？
我們回到空調的溫控系統，雖然它干得很好，但是，它卻是“?根筋”，因為它只管把溫度控制在24～26度之間，而不會去管用了多少電。
從圖中看到，房間里面溫度上升的情況是不?樣的，有時上升很快，有時上升又慢?點，這取決于很多因素，比如室外的溫度，也是在不斷變化的，這是其?；其?，房間里從某一個溫度上升到某?個溫度，需要的時間不?樣，從某?個溫度下降到某?個溫度，需要的時間也不?樣。
如果空調溫度設定在25度，把溫度在26度以下的這段持續時間定為“理想持續時間”，用綠色來表示；而把超過26度的這段持續時間定為“非理想持續時間”，那么，就可以有?個指標：
- 理想持續比例（%）=理想持續時間÷總時間
- 非理想持續比例（%）=非理想持續時間÷總時間
這兩個比例加起來正好應該是100%。
還是用?張圖來表述：
我們知道，空調制冷的時候，是要耗電的，能耗應該是所有的制冷時間都加起來，我們也起個名字，叫“能耗持續時長”：
能耗持續時長=Σ每?段能耗時長
原來的空調溫控系統如果要優化，那么目標只有?個，就是怎么樣增加“理想持續時長”，怎么樣提高“理想持續比例”。這是?件容易的事情，只需要增加制冷的時間，減少停機的時間，那妥妥的可以做到。但是，帶來的卻是電費的飆高。
Mixco能做的，就是讓溫控系統不再是“?根筋”，而是“多長個心眼兒”。也就是說，Mixco的目標，是在保證“理想持續比例”不低于某個水平的同時，讓能耗持續時間最短。
如果用?個相同的時間單位，那就是讓這個指標：
在保證理想持續比例（%）=理想持續時間÷總時間≥75%的前提下，讓持續優化比例（%）=理想持續時長÷能耗持續時長能達到最高，或者讓持續能耗比例（%）=能耗持續時長÷總時間達到最低。
這幾個指標看上去不一樣，其實是等價的。
Mixco要做的事情其實也沒什么神秘的，其實也只是調整了兩個地方：溫度升到了多少就啟動制冷，溫度降到了多少就停止制冷。
如圖：
經過Mixco的調整，比起上?個圖來，很明顯，紅色的“能耗持續時長”縮短了，綠?的“理想持續時長”增加了，那么自然黃色的“非理想持續時長”也縮短了。
之所以能做到這一點，是因為Mixco找到了兩個關鍵因素（關聯關系）：?個是制冷的時間和溫度下降的關系；另?個是停機時候，溫度從溫度α升高到溫度β所需時間的關系。最關鍵的，是這兩個關系并非?成不變的，隨著房間外部環境溫度的變化，房間開門關門進進出出的情況不同，這些關系都會發生變化。
為了解決這個問題，我們事先利用Indass做了相關的基礎計算，所以就有了這些關鍵因素的相關信息，而Mixco把這些關鍵信息進行整合，拿出了與原本空調簡單的PID完全不同的控制策略。
最重要的是，Mixco拿出來的控制策略，不是只有?個控制溫度的目標，而是還要兼顧另?個節能的目標。而節能這個目標，是有?個明確而清晰的指標，就是：
持續能耗比例（%）=能耗持續時長÷總時間
Mixco的使命就是追求這個比例最小化（當然也可以是其他的等價的指標）。
從這個例子，可以總結出來關于控制協同的幾個要點：
① Mixco僅僅是分析了實際數據，拿出了優化策略，并未去做任何控制；
② Mixco拿出來的優化控制策略，只給到了空調的控制系統；
③ 空調的控制系統，可以按這個優化策略去控制空調，當然也可以不按這個策略去控制；
④ 控制空調的還是原來空調的溫控系統，Mixco沒有任何想搶它飯碗的意思；
⑤ Mixco拿出來的優化策略，有理有據，是基于兩個明確的指標：
?個保證“持續理想比例”不低于75%；
另?個是力爭讓“持續優化比例”越高越好，或者力爭讓“持續能耗比例”越低越好。
⑥ 優化控制策略并非?成不變，可能會經常調整。
控制協同的應用范圍有哪些？
前面舉的這個空調的例子很簡單，只是為了說明控制協同是怎么回事。當然，用MixIOT的控制協同來讓空調省電，那確實是小菜?碟。控制協同真正的應用范圍是很廣的，可以說，有需要L5的地方，就應該有Mixco的身影，尤其是在復雜的流程工業中，Mixco就更能發揮作用。
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