Промышленные датчики являются важнейшим компонентом автоматизации производства и Индустрии 4.0. Датчики движения, окружающей среды и вибрации контролируют состояние оборудования, включая линейное или угловое позиционирование, определение наклона, выравнивание, а также обнаружение ударов или падений. Специализированные промышленные датчики движения на основе компонентов микро-электро-механической системы (МЭМС) подходят для приложений Индустрии 4.0 и отличаются широкой полосой измерения механической частоты, высокой надежностью, стабильностью измерений и точностью работы до 105 градусов.
Датчики промышленной автоматизации
Промышленные датчики являются важнейшим компонентом автоматизации производства и Индустрии 4.0. Промышленные сенсорные системы обычно питаются от источника постоянного тока 24 В, что существенно отличается от датчиков в потребительских системах, питающихся от источника питания 3 В или 5 В. Следовательно, промышленные сенсорные системы требуют дополнительного управления питанием для эффективного управления датчиками. Они используют цифровые выходы, такие как IO-Link, которые подключаются напрямую к микроконтроллерам или даже беспроводным трансиверам. Выходы аналоговых данных обычно обрабатываются операционными усилителями и связаны с аналого--в-цифровыми преобразователями (АЦП) в микроконтроллерах.
1. Датчики окружающей среды
В средах автоматизации производства датчики окружающей среды, измеряющие температуру, относительную влажность, давление и звуковой шум, обычно питаются от напряжения 24 В постоянного тока. Эти датчики обычно используют протокол связи IO-Link для вывода данных в цифровом формате.
2. Датчики изображения
Являясь ядром систем машинного зрения, распознавание изображений в основном используется в приложениях, которые вычисляют физические объекты, вычисляют их вес и объем и проверяют их форму. Датчики изображения с расширенным динамическим диапазоном (HDR) предоставляют набор важных функций, включая драйверы автофокусировки (AF) и алгоритмы коррекции затенения объектива (LSC), для поддержки разработки высокопроизводительных-промышленных датчиков изображения.
3. Датчики движения и вибрации.
Обнаружение и обнаружение движения и вибрации играют жизненно важную роль в приложениях автоматизации производства, включая линейное или угловое позиционирование, наклон и выравнивание, мониторинг состояния двигателя, а также обнаружение ударов и падений. Инерционные датчики, как правило, питающиеся от шины постоянного тока 24 В, обычно используют протокол связи IO-Link для вывода данных в аналоговом или цифровом формате.
4. Датчики приближения
Датчики приближения обнаруживают присутствие или расстояние близлежащих объектов без физического контакта. Их можно сконструировать с использованием различных принципов, включая емкостные или индуктивные изменения в ответ на металлические цели или инфракрасное излучение, или путем измерения времени--пролета (ToF) фотонов внутри светового луча.
ST предлагает ряд МЭМС-датчиков движения и окружающей среды, 8--битные микроконтроллеры STM8 и 32-битные STM32, а также обширные решения для подключения (проводные или беспроводные, включая IO-Link), которые помогают разработчикам сенсорных систем успешно решать эти проблемы.
Датчики промышленной автоматизации бывают различных типов, в том числе:
1. Датчики температуры
Датчики температуры варьируются от устройств с положительным температурным коэффициентом до устройств с отрицательным температурным коэффициентом и RTD (термометрических детекторов сопротивления).
Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) представляют собой резисторы с положительным температурным коэффициентом, что означает, что их сопротивление увеличивается с повышением температуры. Обычно они изготавливаются из кремния для обеспечения линейных характеристик. Напротив, термисторы PTC переключающего-типа имеют нелинейную кривую измерения температуры. По мере нагревания терморезистора его сопротивление уменьшается до достижения критической температуры, после чего оно увеличивается.
Они используются с реле контроля в обмотках двигателей промышленного оборудования для обеспечения защиты от перегрева и повреждения изоляции. Нелинейная кривая отклика приводит к резкому увеличению сопротивления при максимально допустимой температуре обмотки, что приводит к срабатыванию реле для предотвращения перегрева. Затем его можно подключить к беспроводной сенсорной сети.
Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) демонстрируют уменьшение сопротивления с повышением температуры. Они сохраняют точность в широком диапазоне температур от 0 до 70 градусов с допуском ±0,1 градуса или ±0,2 градуса, обеспечивая превосходную долгосрочную-стабильность.
Эти сборки термисторных датчиков обычно используются на промышленных предприятиях IIoT и на интеллектуальных заводах для диагностики неисправностей. Термисторные сенсорные элементы могут контролировать различные системы и связывать сети беспроводных датчиков с облаком.
ИС аналоговых и цифровых датчиков температуры
2. Датчики приближения
Индуктивные датчики приближения обнаруживают находящиеся рядом металлы, повышая безопасность человеко-машинного интерфейса (ЧМИ). Доступны 2-- и 3-проводные версии постоянного тока, а также датчики с отдельными усилителями для высокоскоростной работы.
Датчики лазерной локации (лидары) позволяют обнаруживать объекты в одномерных топологиях-, например, инфракрасные датчики движения на конвейерных линиях.. 2D Датчики LiDAR действуют как датчики положения для определения местоположения компонентов на производственных линиях.
Датчики приближения и времени--пролета (ToF)
3. Датчики вибрации
В датчиках вибрации используются элементы акселерометра MEMS или пьезоэлектрические кристаллы для измерения частоты вибрации и настройки на гармоники контролируемых систем. Они предоставляют важные данные для диагностики неисправностей, а акселерометры служат датчиками движения для измерения наклона, падения и удара. Акселерометры, гироскопы, инерциальные измерительные устройства (IMU), электронные компасы
4. Другие датчики: датчики давления, pH, расхода, влажности, ультразвуковые, PIR, фотоэлектрические датчики.
Другие датчики, используемые в автоматизации, включают датчики давления, датчики pH для измерения кислотности жидкости, а также датчики потока, датчики влажности и ультразвуковые датчики для контроля исполнительных механизмов. PIR-датчики, фотоэлектрические датчики и поворотные энкодеры могут служить концевыми выключателями для пороговых измерений в системах промышленной автоматизации.
Все эти датчики Интернета вещей подключаются к шлюзам через промышленные сенсорные сети (проводные или беспроводные), которые затем подключаются к Интернету вещей для-аналитики в реальном времени и мониторинга состояния. Собственные промышленные датчики ST.
Промышленные беспроводные датчики и сети
Промышленные беспроводные сенсорные сети используют широкий спектр протоколов: от-Bluetooth ближнего радиуса действия и Zigbee до Wi-Fi.
Для-промышленных беспроводных сенсорных сетей большого радиуса действия (IWSN) можно использовать беспроводную связь LoRa с низкой-мощностью суб-ГГц.
Сотовые модемы представляют собой более дорогой-вариант для беспроводных сенсорных сетей, но обеспечивают надежность телекоммуникационных сетей. Это важно для более высоких скоростей передачи данных, обеспечиваемых системами машинного зрения. В рамках Интернета вещей видео можно отправлять обратно в облако для анализа.
Потребление энергии является критическим фактором для промышленных сенсорных сетей, поскольку тысячи сенсорных узлов и их беспроводные приемопередатчики потребляют значительную мощность. Некоторые протоколы беспроводной маршрутизации по своей природе потребляют меньше энергии, в первую очередь за счет более низких рабочих циклов. В приложениях с большой-нагрузкой иногда требуется более высокая мощность для преодоления помех, обеспечения надежного сбора данных и надежности сети.