Teollisuusanturit ovat tehdasautomaation ja Teollisuus 4.0:n kriittinen osa. Liike-, ympäristö- ja tärinäanturit valvovat laitteiden kuntoa, mukaan lukien lineaarista tai kulma-asemointia, kallistuksen tunnistusta, vaakasuoraa ja törmäyksen tai putoamisen tunnistusta. Erikoistuneet teolliset liikeanturit, jotka perustuvat mikro-elektro-mekaanisen järjestelmän (MEMS) komponentteihin, sopivat Teollisuus 4.0 -sovelluksiin, ja niissä on laaja mekaaninen taajuustunnistuskaistanleveys, korkea luotettavuus, mittausvakaus ja tarkka toiminta jopa 105 asteeseen.
Teollisuuden automaatioanturit
Teollisuusanturit ovat tehdasautomaation ja Teollisuus 4.0:n kriittinen osa. Teollisuuden anturijärjestelmät saavat virran tyypillisesti 24 V DC:stä, mikä eroaa merkittävästi 3 V tai 5 V syöttöjännitteellä toimivista kuluttajajärjestelmistä. Tästä johtuen teolliset anturijärjestelmät vaativat lisävirranhallintaa antureiden tehokkaaseen ohjaamiseen. Ne käyttävät digitaalisia lähtöjä, kuten IO-Linkkiä, joka liitetään suoraan mikro-ohjaimiin tai jopa langattomiin lähetin-vastaanottimiin. Analogiset datalähdöt on yleensä säädelty operaatiovahvistimilla, ja ne on liitetty analogia{8}}--digitaalimuuntimiin (ADC) mikro-ohjainten sisällä.
1. Ympäristöanturit
Tehdasautomaatioympäristöissä lämpötilaa, suhteellista kosteutta, painetta ja ääntä mittaavat ympäristöanturit saavat tyypillisesti virran 24 V DC:stä. Nämä anturit käyttävät yleisesti IO-Link-tiedonsiirtoprotokollaa tietojen lähettämiseen digitaalisessa muodossa.
2. Kuvaanturit
Konenäköjärjestelmien ytimenä kuvantunnistusta käytetään ensisijaisesti sovelluksissa, jotka laskevat fyysisiä kohteita, laskevat niiden painon ja tilavuuden sekä tarkastavat niiden muotoa. High Dynamic Range (HDR) -kuvaanturit tarjoavat joukon kriittisiä ominaisuuksia, mukaan lukien automaattisen tarkennuksen (AF) ohjaimet ja objektiivin varjostuksen korjausalgoritmit (LSC), jotka tukevat tehokkaiden teollisten kuvaanturien suunnittelua.
3. Liike- ja tärinäanturit
Liike- ja tärinäntunnistimella ja -tunnistimella on tärkeä rooli tehdasautomaatiosovelluksissa, mukaan lukien lineaarinen tai kulma-asemointi, kallistus ja vaaitus, moottorin kunnon valvonta sekä törmäys- ja putoamistunnistus. Tyypillisesti 24 V:n tasavirtakiskosta saatavat inertia-anturit käyttävät yleensä IO-Link-tiedonsiirtoprotokollaa datan tulostamiseen analogisessa tai digitaalisessa muodossa.
4. Läheisyysanturit
Läheisyysanturit havaitsevat lähellä olevien kohteiden läsnäolon tai etäisyyden ilman fyysistä kosketusta. Ne voidaan rakentaa käyttämällä erilaisia periaatteita, mukaan lukien kapasitiiviset tai induktiiviset muutokset vasteena metallikohteisiin tai infrapunavaloon, tai mittaamalla valonsäteen sisällä olevien fotonien --lentoaika (ToF).
ST tarjoaa valikoiman MEMS-liike- ja ympäristöantureita, 8--bittisiä STM8- ja 32-bittisiä STM32-mikrokontrollereita sekä laajoja liitäntäratkaisuja (langallinen tai langaton, mukaan lukien IO-Link), jotka auttavat anturijärjestelmien suunnittelijoita vastaamaan näihin haasteisiin.
Teollisuusautomaatioantureita on erilaisia, mukaan lukien:
1. Lämpötila-anturit
Lämpötila-anturit vaihtelevat positiivisista lämpötilakerroinlaitteista negatiivisiin lämpötilakerroinlaitteisiin ja RTD:iin (Resistance Temperature Detectors).
Positiivisen lämpötilakertoimen (PTC) termistorit ovat vastuksia, joilla on positiivinen lämpötilakerroin, mikä tarkoittaa, että niiden vastus kasvaa lämpötilan noustessa. Nämä on tyypillisesti valmistettu piistä lineaaristen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Sitä vastoin kytkin-tyyppisillä PTC-termistoreilla on epälineaarinen lämpötilamittauskäyrä. Kun termistori lämpenee, sen vastus pienenee kriittiseen lämpötilaan asti, jonka jälkeen se kasvaa.
Niitä käytetään teollisuuslaitteiden moottorikäämien valvontareleiden kanssa suojaamaan ylikuumenemiselta eristysvaurioilta. Epälineaarinen vastekäyrä saa resistanssin kasvamaan jyrkästi suurimmassa sallitussa käämin lämpötilassa ja laukaisee releen ylikuumenemisen estämiseksi. Sen jälkeen se voidaan yhdistää langattomaan anturiverkkoon.
Negatiivisten lämpötilakertoimien (NTC) termistoreiden vastus pienenee lämpötilan noustessa. Ne säilyttävät tarkkuuden laajalla lämpötila-alueella 0–70 astetta ±0,1 asteen tai ±0,2 asteen toleranssilla, ja niillä on erinomainen pitkän ajan -vakaus.
Näitä termistorianturikokoonpanoja käytetään yleisesti kaikissa IIoT- ja älykkäissä tehtaissa vikadiagnoosissa. Termistorianturielementeillä voidaan valvoa erilaisia järjestelmiä ja linkittää langattomat anturiverkot takaisin pilveen.
Analogiset ja digitaaliset lämpötila-anturipiirit
2. Läheisyysanturit
Induktiiviset läheisyysanturit havaitsevat lähellä olevat metallit ja parantavat{0}}koneliittymän (HMI) turvallisuutta. Saatavana 2-- ja 3-johtimisina tasavirtaversioina sekä antureina erillisillä vahvistimilla nopeaa käyttöä varten.
Lasermittausanturit (lidar) mahdollistavat kohteen havaitsemisen yksiulotteisissa topologioissa, kuten infrapunaliiketunnistimet kuljetinlinjoilla. 2D LiDAR-anturit toimivat paikkaantureina tunnistamaan komponenttien sijainnit tuotantolinjoilla.
Lentotunnistimien{0}}läheisyys ja aika-(ToF).
3. Tärinäanturit
Tärinäanturit käyttävät MEMS-kiihtyvyysanturielementtejä tai pietsosähköisiä kiteitä värähtelytaajuuden mittaamiseen ja valvottujen järjestelmien harmonisiin virittämiseen. Ne tarjoavat kriittistä tietoa vian diagnosoinnissa, kun taas kiihtyvyysmittarit toimivat liikeantureina kallistuksen, pudotuksen ja törmäyksen mittaamiseen. Kiihtyvyysmittarit, gyroskoopit, inertiaaliset mittayksiköt (IMU:t), elektroniset kompassit
4. Muut anturit: paine-, pH-, virtaus-, kosteus-, ultraääni-, PIR-, valosähköiset anturit
Muita automaatiossa käytettyjä antureita ovat paineanturit, pH-anturit nesteen happamuuden mittaamiseen sekä virtausanturit, kosteusanturit ja ultraäänianturit toimilaitteiden valvontaan. PIR-anturit, valosähköiset anturit ja pyörivät anturit voivat toimia rajakytkiminä kynnysmittauksiin teollisuusautomaatiojärjestelmissä.
Kaikki nämä IoT-anturit muodostavat yhteyden yhdyskäytäviin teollisuuden anturiverkkojen (langallisten tai langattomien) kautta, jotka sitten linkittyvät IoT:hen reaaliaikaista-analytiikkaa ja kunnonvalvontaa varten. ST:n patentoidut teollisuusanturit.
Teollisuuden langattomat anturit ja verkot
Teollisuuden langattomat anturiverkot käyttävät laajaa valikoimaa protokollia lyhyen{0}}kantaman Bluetoothista ja Zigbeestä Wi-Fi:hin.
Pitkän-teollisuuden langattomissa anturiverkoissa (IWSN) voidaan käyttää alhaisen-tehon ali-GHz LoRa-langatonta viestintää.
Matkapuhelinmodeemit ovat kalliimpia{0}}vaihtoehtoja langattomille anturiverkoille, mutta ne tarjoavat tietoliikenneverkkojen luotettavuuden. Tämä on merkittävää konenäköjärjestelmien tarjoamien suurempien tiedonsiirtonopeuksien kannalta. Osana IoT:tä video voidaan lähettää takaisin pilveen analysoitavaksi.
Virrankulutus on kriittinen tekijä teollisuuden anturiverkoissa, sillä tuhannet anturisolmut ja niiden langattomat lähetin-vastaanottimet kuluttavat paljon virtaa. Jotkut langattomat reititysprotokollat kuluttavat luonnostaan vähemmän energiaa, pääasiassa alhaisempien käyttöjaksojen vuoksi. Raskaassa{2}}kuormituksessa sovelluksissa tarvitaan joskus suurempaa tehoa häiriöiden poistamiseksi, mikä varmistaa luotettavan tiedonkeruun ja verkon luotettavuuden.