Akıllı Vana Sistemlerinde IoT Tabanlı İzleme ve Kontrol Yaklaşımı

Öz

Endüstriyel tesislerde kullanılan vana sistemlerinin izlenmesi ve kontrolü, üretim süreçlerinin güvenilirliği ve verimliliği açısından kritik öneme sahiptir. Geleneksel yöntemlerde sahaya bağımlı manuel kontrol mekanizmaları yüksek işçilik maliyetleri ve gecikmelere neden olmaktadır. Bu çalışmada, Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojileri kullanılarak endüstriyel vana sistemlerinin uzaktan izlenmesi ve kontrol edilmesine yönelik katmanlı bir sistem mimarisi önerilmektedir. Önerilen sistem, MQTT ve Modbus haberleşme protokollerini, kenar bilişlem yaklaşımını ve bulut entegrasyonunu bir arada kullanan bütünleşik bir çözüm sunmaktadır. Sistem; basınç, sıcaklık ve akış sensörleri aracılığıyla gerçek zamanlı veri toplamakta, PID tabanlı kontrol algoritması ile vana kontrolünü gerçekleştirmekte ve TLS tabanlı güvenli iletişim sağlamaktadır. Gerçekleştirilen test sonuçları, önerilen IoT tabanlı sistemin geleneksel yöntemlere kıyasla komut-yanıt gecikmesini önemli ölçüde azalttığını ve mesaj iletim güvenilirliğini artırdığını göstermektedir. Bu yaklaşım, endüstriyel tesislerde vana sistemlerinin daha güvenli, verimli ve uzaktan yönetilebilir şekilde çalıştırılmasına katkı sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Nesnelerin İnterneti
• Akıllı Vana
• Endüstriyel IoT
• Uzaktan İzleme
• Endüstriyel Otomasyon
• Edge Computing
• MQTT
• Modbus

IoT-Based Monitoring and Control Approach for Smart Valve Systems

Öz

Monitoring and control of valve systems used in industrial facilities is critically important for ensuring production reliability and efficiency. Traditional approaches rely heavily on manual field inspections, which lead to higher labor costs and slower response times. In this study, a layered architecture for remote monitoring and control of industrial valve systems using Internet of Things (IoT) technologies is proposed. The system integrates MQTT and Modbus communication protocols with edge computing and cloud-based data processing. Sensor data including pressure, temperature, and flow are collected in real time and processed using a PID-based control algorithm. Secure communication is ensured through TLS encryption. Experimental evaluations demonstrate that the proposed IoT-based system significantly reduces command-response latency and improves message delivery reliability compared to traditional monitoring approaches. The proposed architecture provides an efficient and scalable solution for intelligent industrial valve monitoring and control.

Anahtar Kelimeler

• Internet of Things
• Smart Valve
• Industrial IoT
• Remote Monitoring
• Industrial Automation
• Edge Computing
• MQTT
• Modbus

Kaynakça

1. L. D. Xu, W. He, and S. Li, "Internet of Things in Industries: A Survey," IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 10, no. 4, pp. 2233–2243, 2014, doi: 10.1109/TII.2014.2300753.
2. I. Lee and K. Lee, "The Internet of Things (IoT): Applications, Investments, and Challenges for Enterprises," Business Horizons, vol. 58, no. 4, pp. 431–440, 2015, doi: 10.1016/j.bushor.2015.03.008.
3. G. Wang, M. Nixon, and M. Boudreaux, "Toward Cloud-Assisted Industrial IoT Platform for Large-Scale Continuous Condition Monitoring," Proceedings of the IEEE, vol. 107, no. 6, pp. 1193–1205, 2019, doi: 10.1109/JPROC.2019.2914021.
4. A. Al-Fuqaha, M. Guizani, M. Mohammadi, et al., "Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 17, no. 4, pp. 2347–2376, 2015, doi: 10.1109/COMST.2015.2444095.
5. E. Sisinni, A. Saifullah, S. Han, et al., "Industrial Internet of Things: Challenges, Opportunities, and Directions," IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 14, no. 11, pp. 4724–4734, 2018, doi: 10.1109/TII.2018.2852491.
6. S. Jaloudi, "Communication Protocols of an Industrial Internet of Things Environment: A Comparative Study," Future Internet, vol. 11, no. 3, pp. 66, 2019, doi: 10.3390/fi11030066.
7. MQTT.org, "MQTT Version 5.0 Specification," OASIS Standard, 2019. [Online]. Available: https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/mqtt-v5.0.html.
8. M. Salhaoui, A. Guerrero-Gonzalez, M. Arioua, et al., "Smart Industrial IoT Monitoring and Control System Based on UAV and Cloud Computing Applied to a Concrete Plant," Sensors, vol. 19, no. 15, pp. 3316, 2019, doi: 10.3390/s19153316.

9. T. Hafeez, L. Xu, and G. McArdle, "Edge Intelligence for Data Handling and Predictive Maintenance in IIoT," IEEE Access, vol. 9, pp. 49355–49371, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3069137.
10. M. Wollschlaeger, T. Sauter, and J. Jasperneite, "The Future of Industrial Communication: Automation Networks in the Era of the Internet of Things and Industry 4.0," IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 11, no. 1, pp. 17–27, 2017, doi: 10.1109/MIE.2017.2649104.
11. C. Sun, K. Guo, Z.-X. Xu, et al., "Design and Development of Modbus/MQTT Gateway for Industrial IoT Cloud Applications Using Raspberry Pi," in 2019 Chinese Automation Congress (CAC), 2019, pp. 2267–2271, doi: 10.1109/CAC48633.2019.8997492.
12. A. Boyes, B. Hallaq, J. Cunningham, and T. Watson, "The Industrial Internet of Things (IIoT): An Analysis Framework," Computers in Industry, vol. 101, pp. 1–12, 2018, doi: 10.1016/j.compind.2018.04.015.
13. Y. Yang, L. Wu, G. Yin, L. Li, and H. Zhao, "A Survey on Security and Privacy Issues in Internet-of-Things," IEEE Internet of Things Journal, vol. 4, no. 5, pp. 1250–1258, 2017, doi: 10.1109/JIOT.2017.2694844.
14. P. Fremantle and P. Scott, "A Survey of Secure Middleware for the Internet of Things," PeerJ Computer Science, vol. 3, p. e114, 2017, doi: 10.7717/peerj-cs.114.
15. International Electrotechnical Commission, "IEC 62443-3-3: Industrial Communication Networks – Network and System Security," IEC Standard, 2013.