Els sensors industrials són un component crític de l'automatització de fàbriques i de la indústria 4.0. Els sensors de moviment, ambientals i de vibració controlen la salut de l'equip, inclòs el posicionament lineal o angular, la detecció d'inclinació, l'anivellament i la detecció d'impactes o caigudes. Els sensors de moviment industrials especialitzats basats en components de sistemes micro-electro-mecànics (MEMS) són adequats per a aplicacions de la indústria 4.0, amb ample de banda de detecció de freqüència mecànica àmplia, alta fiabilitat, estabilitat de mesura i un funcionament precís de fins a 105 graus.
Sensors d'automatització industrial
Els sensors industrials són un component crític de l'automatització de fàbriques i de la indústria 4.0. Els sistemes de sensors industrials solen funcionar amb 24 V DC, que difereix significativament dels sensors dels sistemes de consum alimentats amb subministraments de 3 V o 5 V. En conseqüència, els sistemes de sensors industrials requereixen una gestió d'energia addicional per impulsar els sensors de manera eficaç. Utilitzen sortides digitals, com ara IO-Link, que es connecta directament a microcontroladors o fins i tot transceptors sense fil. Les sortides de dades analògiques solen estar condicionades per amplificadors operacionals i enllaçades amb convertidors analògics-a-digitals (ADC) dins dels microcontroladors.
1. Sensors ambientals
En entorns d'automatització de fàbriques, els sensors ambientals que mesuren la temperatura, la humitat relativa, la pressió i el soroll audible solen funcionar amb 24 V CC. Aquests sensors utilitzen habitualment el protocol de comunicació IO-Link per generar dades en format digital.
2. Sensors d'imatge
Com a nucli dels sistemes de visió artificial, la detecció d'imatges es desplega principalment en aplicacions que calculen objectes físics, calculen el seu pes i volum i inspeccionen la seva forma. Els sensors d'imatge d'alt rang dinàmic (HDR) ofereixen un conjunt de funcions crítiques, com ara controladors d'enfocament automàtic (AF) i algorismes de correcció de l'ombrejat de lents (LSC), per donar suport al disseny de sensors d'imatge industrials d'alt rendiment-.
3. Sensors de moviment i vibració
La detecció i detecció de moviment i vibració tenen un paper vital en les aplicacions d'automatització de fàbriques, com ara el posicionament lineal o angular, la inclinació i l'anivellament, el control de l'estat del motor i la detecció d'impactes i caigudes. Normalment alimentats per un carril de 24 V CC, els sensors inercials solen utilitzar el protocol de comunicació IO-Link per donar sortida a les dades en formats analògics o digitals.
4. Sensors de proximitat
Els sensors de proximitat detecten la presència o la distància d'objectes propers sense contacte físic. Es poden construir utilitzant diversos principis, com ara canvis capacitius o inductius en resposta a objectius metàl·lics o llum infraroja, o mesurant el temps-de-vol (ToF) dels fotons dins d'un feix de llum.
ST ofereix una gamma de sensors ambientals i de moviment MEMS, microcontroladors STM8 de 8-bits i STM32 de 32 bits i solucions de connectivitat àmplies (per cable o sense fil, inclòs IO-Link) per ajudar els dissenyadors de sistemes de sensors a afrontar amb èxit aquests reptes.
Els sensors d'automatització industrial vénen de diversos tipus, com ara:
1. Sensors de temperatura
Els sensors de temperatura van des de dispositius de coeficient de temperatura positiu fins a dispositius de coeficient de temperatura negatiu i RTD (detectors de temperatura de resistència).
Els termistors de coeficient de temperatura positiu (PTC) són resistències amb un coeficient de temperatura positiu, és a dir, la seva resistència augmenta a mesura que augmenta la temperatura. Normalment estan fets de silici per proporcionar característiques lineals. En canvi, els termistors PTC de tipus interruptor-exhibeixen una corba de mesura de temperatura no lineal. A mesura que el termistor s'escalfa, la seva resistència disminueix fins a assolir una temperatura crítica, després de la qual augmenta.
S'utilitzen amb relés de monitorització en bobinats del motor dins d'equips industrials per proporcionar protecció contra el sobreescalfament contra danys a l'aïllament. La corba de resposta no lineal fa que la resistència augmenti bruscament a la temperatura màxima de bobinat permesa, activant el relé per evitar el sobreescalfament. Aleshores es pot enllaçar a una xarxa de sensors sense fil.
Els termistors de coeficient de temperatura negatiu (NTC) presenten una resistència decreixent amb l'augment de la temperatura. Mantenen la precisió en un ampli rang de temperatures de 0 graus a 70 graus amb una tolerància de ±0,1 graus o ±0,2 graus, amb una excel·lent estabilitat-a llarg termini.
Aquests conjunts de sondes de termistor es despleguen habitualment a l'IIoT i a les fàbriques intel·ligents per al diagnòstic de fallades. Els elements del sensor del termistor poden supervisar diversos sistemes i enllaçar xarxes de sensors sense fil al núvol.
Circuits integrats de sensors de temperatura analògics i digitals
2. Sensors de proximitat
Els sensors de proximitat inductius detecten metalls propers, millorant la seguretat de la-interfície home-màquina (HMI). Disponible en versions de CC de 2-i 3 fils, així com sensors amb amplificadors separats per a un funcionament d'alta velocitat.
Els sensors de distància làser (lidar) permeten la detecció d'objectes en topologies uni{0}}dimensionals, com ara sensors de moviment infrarojos a les línies de transport. 2D Els sensors LiDAR funcionen com a sensors de posició per identificar les ubicacions dels components a les línies de producció.
Sensors de proximitat i hora-de-vol (ToF).
3. Sensors de vibració
Els sensors de vibració utilitzen elements d'acceleròmetre MEMS o cristalls piezoelèctrics per mesurar la freqüència de vibració i sintonitzar els harmònics dels sistemes monitoritzats. Proporcionen dades crítiques per al diagnòstic de fallades, mentre que els acceleròmetres serveixen com a sensors de moviment per a la mesura d'inclinació, caiguda i impacte. Acceleròmetres, giroscopis, unitats de mesura inercial (IMU), brúixoles electròniques
4. Altres sensors: Pressió, pH, Flux, Humitat, Ultrasons, PIR, Sensors fotoelèctrics
Altres sensors utilitzats en l'automatització inclouen sensors de pressió, sensors de pH per mesurar l'acidesa del líquid i sensors de flux, sensors d'humitat i sensors d'ultrasons per monitoritzar actuadors. Els sensors PIR, els sensors fotoelèctrics i els codificadors rotatius poden servir com a interruptors de límit per a mesures de llindar en sistemes d'automatització industrial.
Tots aquests sensors d'IoT es connecten a passarel·les a través de xarxes de sensors industrials (per cable o sense fil), que després s'enllaçen a l'IoT per a analítiques-en temps real i monitorització de les condicions. Sensors industrials propietaris de ST.
Xarxes i sensors sense fil industrials
Les xarxes de sensors sense fil industrials utilitzen una àmplia gamma de protocols, des de Bluetooth de -abast curt i Zigbee fins a Wi-.
Per a xarxes de sensors sense fil industrials de llarg-abast (IWSN), es pot utilitzar la comunicació sense fils LoRa de baixa potència-sub-GHz.
Els mòdems cel·lulars representen una opció-de costos més elevat per a les xarxes de sensors sense fil, però ofereixen la fiabilitat de les xarxes de telecomunicacions. Això és significatiu per a les taxes de dades més altes que proporcionen els sistemes de visió artificial. Com a part de l'IoT, el vídeo es pot enviar de nou al núvol per analitzar-lo.
El consum d'energia és una consideració crítica per a les xarxes de sensors industrials, ja que milers de nodes de sensors i els seus transceptors sense fil consumeixen energia substancial. Alguns protocols d'encaminament sense fil consumeixen inherentment menys energia, principalment a través de cicles de treball més baixos. De vegades es requereix una potència més gran en aplicacions de càrrega pesada-per superar les interferències, garantint la recollida de dades fiable i la fiabilitat de la xarxa.