Az ipari érzékelők a gyárautomatizálás és az Ipar 4.0 kritikus összetevői. A mozgás-, környezet- és rezgésérzékelők figyelik a berendezés állapotát, beleértve a lineáris vagy szöghelyzeti pozicionálást, a dőlésérzékelést, a szintezést és az ütközés- vagy esésérzékelést. A mikro-elektro-mechanikai rendszer (MEMS) összetevőire épülő speciális ipari mozgásérzékelők alkalmasak az Ipar 4.0 alkalmazásokhoz, széles mechanikai frekvencia-érzékelő sávszélességgel, nagy megbízhatósággal, mérési stabilitással és 105 fokig pontos működéssel.
Ipari automatizálási érzékelők
Az ipari érzékelők a gyárautomatizálás és az Ipar 4.0 kritikus összetevői. Az ipari szenzorrendszereket jellemzően 24 V DC táplálják, ami jelentősen eltér a 3 V-ról vagy 5 V-ról táplált fogyasztói rendszerek érzékelőitől. Következésképpen az ipari érzékelőrendszerek további energiagazdálkodást igényelnek az érzékelők hatékony meghajtásához. Digitális kimeneteket használnak, mint például az IO-Link, amely közvetlenül csatlakozik mikrokontrollerekhez vagy akár vezeték nélküli adó-vevőhöz. Az analóg adatkimeneteket általában műveleti erősítők kondicionálják, és a mikrokontrollereken belüli analóg---digitális átalakítókhoz (ADC-k) kapcsolódnak.
1. Környezeti érzékelők
A gyári automatizálási környezetben a hőmérsékletet, relatív páratartalmat, nyomást és hallható zajt mérő környezeti érzékelők jellemzően 24 V DC tápfeszültséggel működnek. Ezek az érzékelők általában az IO-Link kommunikációs protokollt használják az adatok digitális formátumú kimenetére.
2. Képérzékelők
A gépi látórendszerek magjaként a képérzékelést elsősorban olyan alkalmazásokban alkalmazzák, amelyek fizikai objektumokat számítanak ki, kiszámítják súlyukat és térfogatukat, valamint megvizsgálják alakjukat. A nagy dinamikus tartományú (HDR) képérzékelők számos kritikus funkciót kínálnak, beleértve az automatikus élességállítási (AF) illesztőprogramokat és az objektív árnyékoláskorrekciós (LSC) algoritmusait, amelyek támogatják a nagy teljesítményű ipari képérzékelők tervezését.
3. Mozgás- és rezgésérzékelők
A mozgás- és rezgésérzékelés és -érzékelés létfontosságú szerepet játszik a gyári automatizálási alkalmazásokban, beleértve a lineáris vagy szöghelyzeti pozicionálást, a dőlést és a szintezést, a motorállapot-figyelést, valamint az ütközés- és esésérzékelést. A rendszerint 24 V-os egyenáramú sínről táplált inerciális érzékelők általában az IO-Link kommunikációs protokollt használják az adatok analóg vagy digitális formátumú kimenetére.
4. Közelségérzékelők
A közelségérzékelők fizikai érintkezés nélkül érzékelik a közeli tárgyak jelenlétét vagy távolságát. Különböző elvek alapján készíthetők, beleértve a fémtárgyak vagy infravörös fény hatására bekövetkező kapacitív vagy induktív változásokat, vagy a fotonok fénysugáron belüli -repülési idejének (-ToF) mérésével.
Az ST MEMS mozgás- és környezetérzékelők széles választékát, 8-bites STM8 és 32 bites STM32 mikrokontrollereket, valamint kiterjedt csatlakozási megoldásokat (vezetékes vagy vezeték nélküli, beleértve az IO-Link-et is) kínál, amelyek segítenek az érzékelőrendszer-tervezőknek sikeresen kezelni ezeket a kihívásokat.
Az ipari automatizálási érzékelők különböző típusúak, többek között:
1. Hőmérséklet-érzékelők
A hőmérséklet-érzékelők a pozitív hőmérsékleti együtthatójú eszközöktől a negatív hőmérsékleti együtthatójú eszközökig és az RTD-kig (ellenállási hőmérséklet-érzékelőkig) terjednek.
A pozitív hőmérsékleti együtthatójú (PTC) termisztorok pozitív hőmérsékleti együtthatóval rendelkező ellenállások, ami azt jelenti, hogy az ellenállásuk a hőmérséklet emelkedésével nő. Ezek általában szilíciumból készülnek, hogy lineáris karakterisztikát biztosítsanak. Ezzel szemben a kapcsoló -típusú PTC termisztorok nemlineáris hőmérsékletmérési görbét mutatnak. Ahogy a termisztor felmelegszik, ellenállása csökken, amíg el nem éri a kritikus hőmérsékletet, majd növekszik.
Az ipari berendezéseken belüli motortekercsekben lévő felügyeleti relékkel használják, hogy túlmelegedés elleni védelmet biztosítsanak a szigetelés károsodása ellen. A nemlineáris válaszgörbe hatására az ellenállás meredeken megnövekszik a maximálisan megengedett tekercselési hőmérsékleten, és kioldja a relét, hogy megakadályozza a túlmelegedést. Ezután csatlakoztatható egy vezeték nélküli szenzorhálózathoz.
A negatív hőmérsékleti együtthatójú (NTC) termisztorok ellenállása csökken a hőmérséklet emelkedésével. Pontosságot tartanak fenn széles hőmérsékleti tartományban, 0 és 70 fok között, ±0,1 fokos vagy ±0,2 fokos tűréshatárral, és kiváló hosszú távú stabilitást biztosítanak.
Ezeket a termisztor-szonda-szerelvényeket általában az IIoT-ben és az intelligens gyárakban telepítik a hibadiagnosztikára. A termisztoros érzékelőelemek különféle rendszereket figyelhetnek, és vezeték nélküli szenzorhálózatokat kapcsolhatnak vissza a felhőhöz.
Analóg és digitális hőmérséklet-érzékelő IC-k
2. Közelségérzékelők
Az induktív közelségérzékelők észlelik a közelben lévő fémeket, fokozva az emberi -gépi interfész (HMI) biztonságát. Kapható 2-vezetékes és 3 vezetékes egyenáramú változatban, valamint külön erősítővel rendelkező érzékelőkkel a nagy sebességű működéshez.
A lézeres távolságmérő (lidar) érzékelők lehetővé teszik az objektumok észlelését egy-dimenziós topológiákban, például infravörös mozgásérzékelők a szállítószalagokon. 2. A LiDAR érzékelők helyzetérzékelőként működnek, hogy azonosítsák az alkatrészek helyét a gyártósorokon.
Repülési érzékelők{0}}közelsége és ideje-(ToF).
3. Rezgésérzékelők
A rezgésérzékelők MEMS gyorsulásmérő elemeket vagy piezoelektromos kristályokat használnak a rezgés frekvenciájának mérésére és a felügyelt rendszerek harmonikusainak hangolására. Kritikus adatokat szolgáltatnak a hibadiagnózishoz, míg a gyorsulásmérők mozgásérzékelőként szolgálnak a dőlés-, leejtés- és ütközésméréshez. Gyorsulásmérők, giroszkópok, inerciális mérőegységek (IMU-k), elektronikus iránytűk
4. Egyéb érzékelők: nyomás, pH, áramlás, páratartalom, ultrahang, PIR, fotoelektromos érzékelők
Az automatizálásban használt egyéb érzékelők közé tartoznak a nyomásérzékelők, a folyadék savasságának mérésére szolgáló pH-érzékelők, valamint az áramlásérzékelők, a nedvességérzékelők és az ultrahangos érzékelők a működtetők felügyeletére. A PIR érzékelők, fotoelektromos érzékelők és forgó jeladók végálláskapcsolóként szolgálhatnak az ipari automatizálási rendszerek küszöbértékeihez.
Mindezek az IoT-érzékelők ipari szenzorhálózatokon (vezetékes vagy vezeték nélküli) keresztül csatlakoznak az átjárókhoz, amelyek aztán összekapcsolódnak az IoT-vel a valós idejű elemzés és állapotfigyelés érdekében. Az ST szabadalmaztatott ipari érzékelői.
Ipari vezeték nélküli érzékelők és hálózatok
Az ipari vezeték nélküli szenzorhálózatok a protokollok széles skáláját alkalmazzák, a rövid hatótávolságú Bluetooth-tól és a Zigbee-től a Wi-Fi-ig.
A nagy-ipari vezeték nélküli szenzorhálózatok (IWSN) esetén alacsony-teljesítményű al-GHz-es LoRa vezeték nélküli kommunikáció használható.
A cellás modemek magasabb költségű{0}}lehetőséget jelentenek a vezeték nélküli szenzorhálózatok számára, de a távközlési hálózatok megbízhatóságát kínálják. Ez a gépi látásrendszerek által biztosított nagyobb adatátviteli sebesség szempontjából jelentős. Az IoT részeként a videó visszaküldhető a felhőbe elemzés céljából.
Az energiafogyasztás kritikus szempont az ipari szenzorhálózatok számára, mivel több ezer érzékelőcsomópont és vezeték nélküli adó-vevőjeik jelentős energiát fogyasztanak. Egyes vezeték nélküli útválasztási protokollok eredendően kevesebb energiát fogyasztanak, elsősorban az alacsonyabb munkaciklusok miatt. Néha nagyobb teljesítményre van szükség nagy-terhelésű alkalmazásokban az interferencia leküzdéséhez, ami megbízható adatgyűjtést és hálózati megbízhatóságot biztosít.