Senzorii industriali sunt o componentă critică a automatizării fabricii și a Industriei 4.0. Senzorii de mișcare, de mediu și de vibrații monitorizează sănătatea echipamentului, inclusiv poziționarea liniară sau unghiulară, detectarea înclinării, nivelarea și detectarea impactului sau căderii. Senzorii de mișcare industriali specializați bazați pe componente micro-electro-sisteme mecanice (MEMS) sunt potriviți pentru aplicațiile Industry 4.0, având lățime de bandă largă de detectare a frecvenței mecanice, fiabilitate ridicată, stabilitate de măsurare și funcționare precisă de până la 105 de grade .
Senzori de automatizare industrială
Senzorii industriali sunt o componentă critică a automatizării fabricii și a Industriei 4.0. Sistemele de senzori industriali sunt alimentate de obicei cu 24 V DC, care diferă semnificativ de senzorii din sistemele de consum alimentate cu surse de 3 V sau 5 V. În consecință, sistemele de senzori industriali necesită un management suplimentar al puterii pentru a conduce eficient senzorii. Acestea folosesc ieșiri digitale, cum ar fi IO-Link, care se conectează direct la microcontrolere sau chiar la transceiver-uri fără fir. Ieșirile de date analogice sunt de obicei condiționate de amplificatoare operaționale și conectate la convertoare analog-la-digitale (ADC) din microcontrolere.
1. Senzori de mediu
În mediile de automatizare din fabrică, senzorii de mediu care măsoară temperatura, umiditatea relativă, presiunea și zgomotul audibil sunt alimentați de obicei de 24 V DC. Acești senzori folosesc de obicei protocolul de comunicare IO-Link pentru a scoate date în format digital.
2. Senzori de imagine
Fiind nucleul sistemelor de viziune artificială, senzorul de imagine este implementat în principal în aplicații care calculează obiecte fizice, calculează greutatea și volumul acestora și inspectează forma acestora. Senzorii de imagine High Dynamic Range (HDR) oferă o suită de caracteristici critice, inclusiv drivere de focalizare automată (AF) și algoritmi de corectare a umbririi obiectivului (LSC), pentru a sprijini proiectarea senzorilor de imagine industriali de înaltă-performanță.
3. Senzori de mișcare și vibrații
Sentirea și detectarea mișcării și vibrațiilor joacă un rol vital în aplicațiile de automatizare din fabrică, inclusiv poziționarea liniară sau unghiulară, înclinarea și nivelarea, monitorizarea stării motorului și detectarea impactului și căderii. Alimentați de obicei de o șină de 24 V CC, senzorii inerțiali folosesc de obicei protocolul de comunicație IO-Link pentru a scoate date în formate analogice sau digitale.
4. Senzori de proximitate
Senzorii de proximitate detectează prezența sau distanța obiectelor din apropiere fără contact fizic. Acestea pot fi construite folosind diverse principii, inclusiv modificări capacitive sau inductive ca răspuns la ținte metalice sau lumina infraroșie sau prin măsurarea timpului-de-zbor (ToF) al fotonilor dintr-un fascicul de lumină.
ST oferă o gamă de senzori de mișcare și de mediu MEMS, microcontrolere STM8 de 8-biți și STM32 de 32 de biți și soluții extinse de conectivitate (cu fir sau fără fir, inclusiv IO-Link) pentru a ajuta proiectanții de sisteme de senzori să facă față cu succes acestor provocări.
Senzorii de automatizare industrială sunt de diferite tipuri, inclusiv:
1. Senzori de temperatură
Senzorii de temperatură variază de la dispozitive cu coeficient de temperatură pozitiv la dispozitive cu coeficient de temperatură negativ și RTD (Detectori de temperatură cu rezistență).
Termistorii cu coeficient de temperatură pozitiv (PTC) sunt rezistențe cu un coeficient de temperatură pozitiv, ceea ce înseamnă că rezistența lor crește pe măsură ce temperatura crește. Acestea sunt de obicei fabricate din siliciu pentru a oferi caracteristici liniare. În schimb, termistorii PTC de tip comutator prezintă o curbă neliniară de măsurare a temperaturii. Pe măsură ce termistorul se încălzește, rezistența acestuia scade până la atingerea unei temperaturi critice, după care crește.
Sunt utilizate împreună cu releele de monitorizare în înfășurările motorului din echipamentele industriale pentru a oferi protecție împotriva supraîncălzirii împotriva deteriorării izolației. Curba de răspuns neliniară face ca rezistența să crească brusc la temperatura maximă admisă a înfășurării, declanșând releul pentru a preveni supraîncălzirea. Apoi poate fi conectat la o rețea de senzori fără fir.
Termistorii cu coeficient de temperatură negativ (NTC) prezintă o rezistență în scădere odată cu creșterea temperaturii. Acestea mențin precizia într-un interval larg de temperatură de la 0 grade până la 70 de grade cu toleranță de ± 0,1 grade sau ± 0,2 grade, oferind o stabilitate excelentă-pe termen lung.
Aceste ansambluri de sonde cu termistori sunt în mod obișnuit implementate în IIoT și fabrici inteligente pentru diagnosticarea defecțiunilor. Elementele senzorilor cu termistor pot monitoriza diverse sisteme și pot conecta rețelele de senzori wireless înapoi la cloud.
Circuite integrate pentru senzori de temperatură analogi și digitali
2. Senzori de proximitate
Senzorii de proximitate inductivi detectează metalele din apropiere, sporind siguranța interfeței om-mașină (HMI). Disponibil în versiuni cu 2-wire și 3 fire DC, precum și senzori cu amplificatoare separate pentru funcționare de mare viteză.
Senzorii de distanță laser (lidar) permit detectarea obiectelor în topologii uni-dimensionale, cum ar fi senzorii de mișcare în infraroșu pe liniile de transport. 2D Senzorii LiDAR funcționează ca senzori de poziție pentru a identifica locațiile componente pe liniile de producție.
Senzorii de proximitate și{0}}ora-de zbor (ToF).
3. Senzori de vibrații
Senzorii de vibrații utilizează elemente de accelerometru MEMS sau cristale piezoelectrice pentru a măsura frecvența vibrațiilor și pentru a regla armonicile sistemelor monitorizate. Ele furnizează date critice pentru diagnosticarea defecțiunilor, în timp ce accelerometrele servesc ca senzori de mișcare pentru măsurarea înclinării, căderii și impactului. Accelerometre, giroscoape, unități de măsură inerțiale (IMU), busole electronice
4. Alți senzori: presiune, pH, debit, umiditate, ultrasunete, PIR, senzori fotoelectrici
Alți senzori utilizați în automatizare includ senzori de presiune, senzori de pH pentru măsurarea acidității lichidului și senzori de debit, senzori de umiditate și senzori cu ultrasunete pentru monitorizarea actuatoarelor. Senzorii PIR, senzorii fotoelectrici și codificatoarele rotative pot servi ca întrerupătoare de limită pentru măsurătorile de prag în sistemele de automatizare industrială.
Toți acești senzori IoT se conectează la gateway-uri prin rețele de senzori industriali (cu fir sau fără fir), care apoi se conectează la IoT pentru analize-în timp real și monitorizare a stării. Senzorii industriali proprietari de la ST.
Senzori și rețele fără fir industrial
Rețelele industriale de senzori fără fir utilizează o gamă largă de protocoale, de la -rază scurtă Bluetooth și Zigbee până la Wi-Fi.
Pentru rețelele cu senzori fără fir industrial cu rază lungă de acțiune-(IWSN), poate fi utilizată comunicația wireless LoRa cu putere redusă-sub-GHz.
Modemurile celulare reprezintă o opțiune cu-cost mai mare pentru rețelele de senzori fără fir, dar oferă fiabilitatea rețelelor de telecomunicații. Acest lucru este semnificativ pentru ratele mai mari de date furnizate de sistemele de viziune artificială. Ca parte a IoT, videoclipul poate fi trimis înapoi în cloud pentru analiză.
Consumul de energie este o considerație critică pentru rețelele de senzori industriali, deoarece mii de noduri de senzori și transceiver-urile lor fără fir consumă energie substanțială. Unele protocoale de rutare wireless consumă în mod inerent mai puțină energie, în primul rând prin cicluri de lucru mai mici. Uneori este necesară o putere mai mare în aplicațiile de-încărcare grea pentru a depăși interferențele, asigurând o colectare fiabilă a datelor și fiabilitatea rețelei.