Industrielle sensorer er en kritisk komponent i fabrikkautomatisering og Industry 4.0. Bevegelses-, miljø- og vibrasjonssensorer overvåker utstyrets helse, inkludert lineær eller vinkelposisjonering, helningsføling, nivellering og kollisjons- eller falldeteksjon. Spesialiserte industrielle bevegelsessensorer basert på mikro-elektro-mekaniske systemkomponenter (MEMS) er egnet for Industry 4.0-applikasjoner, med bred mekanisk frekvenssensorbåndbredde, høy pålitelighet, målestabilitet og nøyaktig drift opp til 105 grader.
Industrielle automasjonssensorer
Industrielle sensorer er en kritisk komponent i fabrikkautomatisering og Industry 4.0. Industrielle sensorsystemer drives vanligvis av 24V DC, noe som skiller seg betydelig fra sensorer i forbrukersystemer drevet av 3V eller 5V forsyninger. Følgelig krever industrielle sensorsystemer ekstra strømstyring for å effektivt drive sensorene. De bruker digitale utganger, for eksempel IO-Link, som kobles direkte til mikrokontrollere eller til og med trådløse transceivere. Analoge datautganger er vanligvis betinget av operasjonsforsterkere og koblet til analoge-til-digitale omformere (ADCer) i mikrokontrollere.
1. Miljøsensorer
I fabrikkautomatiseringsmiljøer drives miljøsensorer som måler temperatur, relativ fuktighet, trykk og hørbar støy vanligvis av 24V DC. Disse sensorene bruker vanligvis IO-Link-kommunikasjonsprotokollen for å sende ut data i digitalt format.
2. Bildesensorer
Som kjernen i maskinsynssystemer brukes bilderegistrering først og fremst i applikasjoner som beregner fysiske objekter, beregner vekt og volum og inspiserer formen deres. High Dynamic Range (HDR) bildesensorer gir en rekke kritiske funksjoner, inkludert autofokus (AF) drivere og linseskyggekorreksjon (LSC) algoritmer, for å støtte utformingen av-høyytelses industrielle bildesensorer.
3. Bevegelses- og vibrasjonssensorer
Bevegelses- og vibrasjonsføling og -deteksjon spiller en viktig rolle i fabrikkautomatiseringsapplikasjoner, inkludert lineær eller vinkelposisjonering, tilt og nivellering, overvåking av motortilstand og støt- og falldeteksjon. Vanligvis drevet av en 24V DC-skinne, bruker treghetssensorer vanligvis IO-Link-kommunikasjonsprotokollen for å sende ut data i analoge eller digitale formater.
4. Nærhetssensorer
Nærhetssensorer registrerer tilstedeværelsen eller avstanden til objekter i nærheten uten fysisk kontakt. De kan konstrueres ved hjelp av ulike prinsipper, inkludert kapasitive eller induktive endringer som respons på metallmål eller infrarødt lys, eller ved å måle-tiden for-flyging (ToF) for fotoner i en lysstråle.
ST tilbyr en rekke MEMS-bevegelses- og miljøsensorer, 8-bits STM8- og 32-biters STM32-mikrokontrollere og omfattende tilkoblingsløsninger (kablet eller trådløs, inkludert IO-Link) for å hjelpe sensorsystemdesignere med å takle disse utfordringene.
Industrielle automasjonssensorer kommer i forskjellige typer, inkludert:
1. Temperatursensorer
Temperatursensorer varierer fra enheter med positiv temperaturkoeffisient til enheter med negativ temperaturkoeffisient og RTD-er (Resistance Temperature Detectors).
Positiv temperaturkoeffisient (PTC) termistorer er motstander med en positiv temperaturkoeffisient, noe som betyr at motstanden deres øker når temperaturen stiger. Disse er vanligvis laget av silisium for å gi lineære egenskaper. I kontrast viser PTC-termistorer av bryter-type en ikke-lineær temperaturmålingskurve. Når termistoren varmes opp, reduseres motstanden til den når en kritisk temperatur, hvoretter den øker.
De brukes med overvåkingsreleer i motorviklinger i industrielt utstyr for å gi overopphetingsbeskyttelse mot isolasjonsskader. Den ikke-lineære responskurven fører til at motstanden øker kraftig ved den maksimalt tillatte viklingstemperaturen, og utløser reléet for å forhindre overoppheting. Den kan deretter kobles til et trådløst sensornettverk.
Negativ temperaturkoeffisient (NTC) termistorer viser synkende motstand med stigende temperatur. De opprettholder nøyaktighet over et bredt temperaturområde på 0 grader til 70 grader med ±0,1 grader eller ±0,2 graders toleranse, med utmerket langtidsstabilitet.
Disse termistorprobeenhetene er ofte utplassert i IIoT og smarte fabrikker for feildiagnose. Termistorsensorelementer kan overvåke ulike systemer og koble trådløse sensornettverk tilbake til skyen.
Analoge og digitale temperatursensor-ICer
2. Nærhetssensorer
Induktive nærhetssensorer oppdager metaller i nærheten, noe som øker sikkerheten for menneskelig-maskingrensesnitt (HMI). Tilgjengelig i 2-- og 3-leder DC-versjoner, samt sensorer med separate forsterkere for høyhastighetsdrift.
Laseravstandssensorer (lidar) muliggjør gjenstandsdeteksjon i en-dimensjonale topologier, for eksempel infrarøde bevegelsessensorer på transportbånd. 2D LiDAR-sensorer fungerer som posisjonssensorer for å identifisere komponentplasseringer på produksjonslinjer.
Sensorer for nærhet og{0}}-Flight (ToF).
3. Vibrasjonssensorer
Vibrasjonssensorer bruker MEMS-akselerometerelementer eller piezoelektriske krystaller for å måle vibrasjonsfrekvens og stille inn harmoniske i overvåkede systemer. De gir kritiske data for feildiagnose, mens akselerometre fungerer som bevegelsessensorer for tilt-, fall- og støtmåling. Akselerometre, gyroskoper, treghetsmålingsenheter (IMU), elektroniske kompasser
4. Andre sensorer: trykk, pH, strømning, fuktighet, ultralyd, PIR, fotoelektriske sensorer
Andre sensorer som brukes i automatisering inkluderer trykksensorer, pH-sensorer for måling av flytende surhet, og strømningssensorer, fuktighetssensorer og ultralydsensorer for overvåking av aktuatorer. PIR-sensorer, fotoelektriske sensorer og roterende kodere kan tjene som grensebrytere for terskelmålinger i industrielle automasjonssystemer.
Alle disse IoT-sensorene kobles til gatewayer via industrielle sensornettverk (kablet eller trådløst), som deretter kobles til IoT for sanntidsanalyse og tilstandsovervåking. STs proprietære industrielle sensorer.
Industrielle trådløse sensorer og nettverk
Industrielle trådløse sensornettverk bruker et bredt spekter av protokoller, fra Bluetooth og Zigbee med kort rekkevidde til Wi-Fi.
For lang rekkevidde industrielle trådløse sensornettverk (IWSN) kan lav-sub-GHz LoRa trådløs kommunikasjon brukes.
Mobilmodemer representerer et høyere-alternativ for trådløse sensornettverk, men tilbyr påliteligheten til telekommunikasjonsnettverk. Dette er viktig for de høyere datahastighetene som leveres av maskinsynssystemer. Som en del av IoT kan video sendes tilbake til skyen for analyse.
Strømforbruk er en kritisk vurdering for industrielle sensornettverk, ettersom tusenvis av sensornoder og deres trådløse transceivere bruker betydelig strøm. Noen trådløse rutingprotokoller bruker i seg selv mindre energi, først og fremst gjennom lavere driftssykluser. Noen ganger kreves det høyere kraft i applikasjoner med stor-belastning for å overvinne interferens, og sikre pålitelig datainnsamling og nettverkspålitelighet.