Endüstriyel sensörler fabrika otomasyonunun ve Endüstri 4.0'ın kritik bir bileşenidir. Hareket, çevre ve titreşim sensörleri, doğrusal veya açısal konumlandırma, eğim algılama, seviyelendirme ve darbe veya düşme algılama dahil olmak üzere ekipman sağlığını izler. Mikro-elektro-elektro-mekanik sistem (MEMS) bileşenlerini temel alan özel endüstriyel hareket sensörleri, geniş mekanik frekans algılama bant genişliği, yüksek güvenilirlik, ölçüm kararlılığı ve 105 dereceye kadar doğru çalışma özellikleriyle Endüstri 4.0 uygulamaları için uygundur.
Endüstriyel Otomasyon Sensörleri
Endüstriyel sensörler fabrika otomasyonunun ve Endüstri 4.0'ın kritik bir bileşenidir. Endüstriyel sensör sistemleri tipik olarak 24V DC ile çalıştırılır; bu, 3V veya 5V kaynaklarla çalıştırılan tüketici sistemlerindeki sensörlerden önemli ölçüde farklıdır. Sonuç olarak, endüstriyel sensör sistemleri, sensörleri etkili bir şekilde çalıştırmak için ek güç yönetimi gerektirir. Doğrudan mikro denetleyicilere ve hatta kablosuz alıcı-vericilere bağlanan IO-Link gibi dijital çıkışları kullanırlar. Analog veri çıkışları genellikle işlemsel yükselteçler tarafından koşullandırılır ve mikro denetleyiciler içindeki analog-dijital-dönüştürücülere (ADC'ler) bağlanır.
1. Çevresel Sensörler
Fabrika otomasyon ortamlarında sıcaklığı, bağıl nemi, basıncı ve duyulabilir gürültüyü ölçen çevresel sensörler genellikle 24V DC ile çalıştırılır. Bu sensörler, verileri dijital biçimde çıkarmak için genellikle IO-Link iletişim protokolünü kullanır.
2. Görüntü Sensörleri
Yapay görme sistemlerinin temeli olan görüntü algılama, öncelikle fiziksel nesneleri hesaplayan, ağırlıklarını ve hacimlerini hesaplayan ve şekillerini inceleyen uygulamalarda kullanılır. Yüksek Dinamik Aralık (HDR) görüntü sensörleri, yüksek-performanslı endüstriyel görüntü sensörlerinin tasarımını desteklemek için otomatik odaklama (AF) sürücüleri ve lens gölgeleme düzeltme (LSC) algoritmaları dahil olmak üzere bir dizi kritik özellik sağlar.
3. Hareket ve Titreşim Sensörleri
Hareket ve titreşim algılama ve algılama, doğrusal veya açısal konumlandırma, eğim ve seviyelendirme, motor durumu izleme ve darbe ve düşme algılama dahil olmak üzere fabrika otomasyon uygulamalarında hayati bir rol oynar. Tipik olarak 24V DC ray ile çalıştırılan eylemsizlik sensörleri, verileri analog veya dijital formatlarda çıkarmak için genellikle IO-Link iletişim protokolünü kullanır.
4. Yakınlık Sensörleri
Yakınlık sensörleri, yakındaki nesnelerin varlığını veya mesafesini fiziksel temas olmadan algılar. Bunlar, metal hedeflere veya kızılötesi ışığa tepki olarak kapasitif veya endüktif değişiklikler de dahil olmak üzere çeşitli ilkeler kullanılarak veya bir ışık huzmesi içindeki fotonların-uçuş{-zamanının (ToF) ölçülmesi dahil olmak üzere çeşitli ilkeler kullanılarak oluşturulabilir.
ST, sensör sistemi tasarımcılarının bu zorlukları başarılı bir şekilde ele almasına yardımcı olmak için çeşitli MEMS hareket ve çevre sensörleri, 8-bit STM8 ve 32 bit STM32 mikro denetleyicileri ve kapsamlı bağlantı çözümleri (IO-Link dahil kablolu veya kablosuz) sunar.
Endüstriyel otomasyon sensörleri aşağıdakiler dahil çeşitli tiplerde mevcuttur:
1. Sıcaklık Sensörleri
Sıcaklık sensörleri, pozitif sıcaklık katsayılı cihazlardan negatif sıcaklık katsayılı cihazlara ve RTD'lere (Direnç Sıcaklık Dedektörleri) kadar çeşitlilik gösterir.
Pozitif Sıcaklık Katsayısı (PTC) termistörleri, pozitif sıcaklık katsayısına sahip dirençlerdir; bu, sıcaklık arttıkça dirençlerinin arttığı anlamına gelir. Bunlar tipik olarak doğrusal özellikler sağlamak için silikondan yapılır. Buna karşılık, anahtar-tipi PTC termistörleri doğrusal olmayan bir sıcaklık ölçüm eğrisi sergiler. Termistör ısındıkça direnci kritik bir sıcaklığa ulaşana kadar azalır, ardından artar.
Yalıtım hasarına karşı aşırı ısınma koruması sağlamak için endüstriyel ekipman içindeki motor sargılarındaki izleme röleleriyle birlikte kullanılırlar. Doğrusal olmayan tepki eğrisi, izin verilen maksimum sargı sıcaklığında direncin keskin bir şekilde artmasına neden olur ve röleyi aşırı ısınmayı önlemek için tetikler. Daha sonra kablosuz bir sensör ağına bağlanabilir.
Negatif Sıcaklık Katsayılı (NTC) termistörler sıcaklık arttıkça azalan direnç gösterirler. ±0,1 derece veya ±0,2 derece toleransla 0 derece ila 70 derecelik geniş bir sıcaklık aralığında doğruluğu korurlar ve mükemmel uzun-vadeli kararlılığa sahiptirler.
Bu termistör prob düzenekleri, hata teşhisi için IIoT ve akıllı fabrikalarda yaygın olarak kullanılır. Termistör sensör elemanları çeşitli sistemleri izleyebilir ve kablosuz sensör ağlarını tekrar buluta bağlayabilir.
Analog ve Dijital Sıcaklık Sensörü IC'leri
2. Yakınlık Sensörleri
Endüktif yakınlık sensörleri yakındaki metalleri algılayarak insan{0}}makine arayüzü (HMI) güvenliğini artırır. 2-kablolu ve 3 kablolu DC versiyonlarının yanı sıra yüksek hızlı çalışma için ayrı amplifikatörlere sahip sensörler de mevcuttur.
Lazer menzil (lidar) sensörleri, konveyör hatlarındaki kızılötesi hareket sensörleri gibi tek-boyutlu topolojilerde nesne algılamaya olanak tanır. 2D LiDAR sensörleri, üretim hatlarındaki bileşen konumlarını tanımlamak için konum sensörleri olarak işlev görür.
Uçuş-Sensörlerinin-Yakınlığı ve Süresi (ToF)
3. Titreşim Sensörleri
Titreşim sensörleri, titreşim frekansını ölçmek ve izlenen sistemlerin harmoniklerini ayarlamak için MEMS ivmeölçer elemanlarını veya piezoelektrik kristalleri kullanır. İvmeölçerler eğim, düşme ve darbe ölçümü için hareket sensörleri görevi görürken arıza teşhisi için kritik veriler sağlarlar. İvmeölçerler, Jiroskoplar, Atalet Ölçüm Birimleri (IMU'lar), Elektronik Pusulalar
4. Diğer Sensörler: Basınç, pH, Akış, Nem, Ultrasonik, PIR, Fotoelektrik Sensörler
Otomasyonda kullanılan diğer sensörler arasında basınç sensörleri, sıvı asitliğini ölçmek için pH sensörleri ve aktüatörleri izlemek için akış sensörleri, nem sensörleri ve ultrasonik sensörler bulunur. PIR sensörleri, fotoelektrik sensörler ve döner kodlayıcılar, endüstriyel otomasyon sistemlerinde eşik ölçümleri için limit anahtarları olarak görev yapabilir.
Tüm bu IoT sensörleri, endüstriyel sensör ağları (kablolu veya kablosuz) aracılığıyla ağ geçitlerine bağlanır ve bunlar daha sonra gerçek zamanlı analiz ve durum izleme için IoT'ye bağlanır-. ST'nin tescilli endüstriyel sensörleri.
Endüstriyel Kablosuz Sensörler ve Ağlar
Endüstriyel kablosuz sensör ağları, kısa menzilli Bluetooth ve Zigbee'den Wi-Fi'ye kadar çok çeşitli protokolleri kullanır.
Uzun-menzilli endüstriyel kablosuz sensör ağları (IWSN) için, düşük-güçlü alt-GHz LoRa kablosuz iletişim kullanılabilir.
Hücresel modemler, kablosuz sensör ağları için-daha yüksek maliyetli bir seçeneği temsil eder ancak telekomünikasyon ağlarının güvenilirliğini sunar. Bu, yapay görme sistemleri tarafından sağlanan daha yüksek veri hızları açısından önemlidir. IoT'nin bir parçası olarak video, analiz için buluta geri gönderilebilir.
Binlerce sensör düğümü ve bunların kablosuz alıcı-vericileri önemli miktarda güç tükettiğinden, endüstriyel sensör ağları için güç tüketimi kritik bir husustur. Bazı kablosuz yönlendirme protokolleri, özellikle daha düşük görev döngüleri yoluyla, doğası gereği daha az enerji tüketir. Ağır yük-uygulamalarında bazen parazitin üstesinden gelmek, güvenilir veri toplama ve ağ güvenilirliği sağlamak için daha yüksek güce ihtiyaç duyulur.