חיישנים תעשייתיים הם מרכיב קריטי באוטומציה של מפעלים ובתעשייה 4.0. חיישני תנועה, סביבה ורעידות עוקבים אחר תקינות הציוד, כולל מיקום ליניארי או זוויתי, חישת הטיה, פילוס וזיהוי פגיעה או נפילה. חיישני תנועה תעשייתיים מיוחדים המבוססים על רכיבי מערכת מיקרו-אלקטרו-מכאנית (MEMS) מתאימים ליישומי Industry 4.0, וכוללים רוחב פס חישת תדרים מכאני רחב, אמינות גבוהה, יציבות מדידה ותפעול מדויק עד 105 מעלות.
חיישני אוטומציה תעשייתית
חיישנים תעשייתיים הם מרכיב קריטי באוטומציה של מפעלים ובתעשייה 4.0. מערכות חיישנים תעשייתיות מופעלות בדרך כלל על ידי 24V DC, אשר שונה באופן משמעותי מחיישנים במערכות צרכניות המופעלות על ידי ספקי 3V או 5V. כתוצאה מכך, מערכות חיישנים תעשייתיות דורשות ניהול כוח נוסף כדי להניע ביעילות את החיישנים. הם משתמשים ביציאות דיגיטליות, כגון IO-Link, שמתחבר ישירות למיקרו-בקרים או אפילו למקלטי משדר אלחוטיים. יציאות נתונים אנלוגיים מותנים בדרך כלל על ידי מגברים תפעוליים ומקושרים לממירים אנלוגיים-ל-דיגיטליים (ADC) בתוך מיקרו-בקרים.
1. חיישני סביבה
בסביבות אוטומציה של מפעל, חיישני סביבה המודדים טמפרטורה, לחות יחסית, לחץ ורעש קולי מופעלים בדרך כלל על ידי 24V DC. חיישנים אלה משתמשים בדרך כלל בפרוטוקול התקשורת IO-Link כדי להפיק נתונים בפורמט דיגיטלי.
2. חיישני תמונה
בתור הליבה של מערכות ראיית מכונה, חישת תמונה נפרסת בעיקר ביישומים שמחשבים אובייקטים פיזיים, מחשבים את משקלם ונפחם ובודקים את צורתם. חיישני תמונה בטווח דינמי גבוה (HDR) מספקים חבילה של תכונות קריטיות, כולל מנהלי התקנים למיקוד אוטומטי (AF) ואלגוריתמים לתיקון הצללת עדשות (LSC), כדי לתמוך בעיצוב של חיישני תמונה תעשייתיים בעלי ביצועים גבוהים.
3. חיישני תנועה ורטט
חישה וזיהוי תנועה ורעידות ממלאים תפקיד חיוני ביישומי אוטומציה במפעל, כולל מיקום ליניארי או זוויתי, הטיה ופילוס, ניטור מצב מנוע וזיהוי פגיעה ונפילה. בדרך כלל מופעלים על ידי מסילה 24V DC, חיישני אינרציה משתמשים בדרך כלל בפרוטוקול התקשורת IO-Link כדי להוציא נתונים בפורמטים אנלוגיים או דיגיטליים.
4. חיישני קרבה
חיישני קרבה מזהים נוכחות או מרחק של עצמים סמוכים ללא מגע פיזי. ניתן לבנות אותם באמצעות עקרונות שונים, כולל שינויים קיבוליים או אינדוקטיביים בתגובה למטרות מתכת או אור אינפרא אדום, או על ידי מדידת זמן-ה-טיסה (ToF) של פוטונים בתוך אלומת אור.
ST מציעה מגוון של חיישני תנועה וסביבה MEMS, מיקרו-בקרי 8-bit STM8 ו-32-bit STM32, ופתרונות קישוריות נרחבים (קווית או אלחוטית, כולל IO-Link) כדי לעזור למעצבי מערכות חיישנים להתמודד בהצלחה עם אתגרים אלו.
חיישני אוטומציה תעשייתית מגיעים בסוגים שונים, כולל:
1. חיישני טמפרטורה
חיישני טמפרטורה נעים בין התקני מקדם טמפרטורה חיובי להתקני מקדם טמפרטורה שלילי ו-RTDs (גלאי טמפרטורת התנגדות).
מקדם טמפרטורה חיובי (PTC) הם נגדים עם מקדם טמפרטורה חיובי, כלומר ההתנגדות שלהם עולה ככל שהטמפרטורה עולה. אלה עשויים בדרך כלל מסיליקון כדי לספק מאפיינים ליניאריים. לעומת זאת, תרמיסטורי PTC מסוג -מתג מציגים עקומת מדידת טמפרטורה לא ליניארית. כשהתרמיסטור מתחמם, ההתנגדות שלו יורדת עד שמגיעים לטמפרטורה קריטית, ולאחר מכן היא עולה.
הם משמשים עם ממסרי ניטור בפיתולי מנוע בתוך ציוד תעשייתי כדי לספק הגנה מפני התחממות יתר מפני נזקי בידוד. עקומת התגובה הלא ליניארית גורמת לעלייה חדה של ההתנגדות בטמפרטורת הפיתול המרבית המותרת, מה שמפעיל את הממסר כדי למנוע התחממות יתר. לאחר מכן ניתן לקשר אותו לרשת חיישנים אלחוטית.
תרמיסטורים של מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) מציגים התנגדות יורדת עם עליית הטמפרטורה. הם שומרים על דיוק על פני טווח טמפרטורות רחב של 0 מעלות עד 70 מעלות עם סובלנות של ±0.1 מעלות או ±0.2 מעלות, וכוללים יציבות מעולה לטווח ארוך-.
מכלולי בדיקה תרמיסטורים אלה נפרסים בדרך כלל ברחבי IIoT ובמפעלים חכמים לאבחון תקלות. רכיבי חיישן תרמיסטור יכולים לנטר מערכות מגוונות ולקשר רשתות חיישנים אלחוטיות בחזרה לענן.
ICs של חיישני טמפרטורה אנלוגיים ודיגיטליים
2. חיישני קרבה
חיישני קירבה אינדוקטיביים מזהים מתכות סמוכות, ומשפרים את הבטיחות של-ממשק המכונה האנושי (HMI). זמין בגרסת 2-חוטים ו-3 חוטים DC, כמו גם חיישנים עם מגברים נפרדים לפעולה במהירות גבוהה.
חיישני טווחי לייזר (לידר) מאפשרים זיהוי אובייקטים בטופולוגיות חד-ממדיות-, כגון חיישני תנועה אינפרא אדום בקווי מסוע. 2חיישני D LiDAR מתפקדים כחיישני מיקום לזיהוי מיקומי רכיבים בקווי ייצור.
חיישני קרבה וזמן--טיסה (ToF).
3. חיישני רטט
חיישני רטט משתמשים באלמנטים של מד תאוצה MEMS או גבישים פיזואלקטריים כדי למדוד את תדר הרטט ולהתכוונן להרמוניות של מערכות מנוטרות. הם מספקים נתונים קריטיים לאבחון תקלות, בעוד שמדי תאוצה משמשים כחיישני תנועה למדידת הטיה, ירידה והשפעה. מדי תאוצה, ג'ירוסקופים, יחידות מדידה אינרציאלית (IMU), מצפנים אלקטרוניים
4. חיישנים אחרים: לחץ, pH, זרימה, לחות, אולטרסאונד, PIR, חיישנים פוטואלקטריים
חיישנים נוספים המשמשים באוטומציה כוללים חיישני לחץ, חיישני pH למדידת חומציות נוזלית וחיישני זרימה, חיישני לחות וחיישנים קוליים לניטור מפעילים. חיישני PIR, חיישנים פוטו-אלקטריים ומקודדים סיבוביים יכולים לשמש כמתגי גבול למדידות סף במערכות אוטומציה תעשייתיות.
כל חיישני ה-IoT הללו מתחברים לשערים באמצעות רשתות חיישנים תעשייתיות (קווית או אלחוטית), אשר לאחר מכן מקשרות ל-IoT לניתוח-בזמן אמת ולניטור מצב. חיישנים תעשייתיים קנייניים של ST.
חיישנים ורשתות אלחוטיות תעשייתיות
רשתות חיישנים אלחוטיות תעשייתיות משתמשות במגוון רחב של פרוטוקולים, החל מ--Bluetooth ו-Zigbee לטווח קצר ועד ל-Wi-Fi.
עבור-רשתות חיישנים אלחוטיות תעשייתיות ארוכות טווח (IWSN), ניתן להשתמש בתקשורת אלחוטית נמוכה-תת-GHz LoRa.
מודמים סלולריים מייצגים אפשרות-בעלות גבוהה יותר עבור רשתות חיישנים אלחוטיות, אך מציעים את האמינות של רשתות טלקומוניקציה. זה משמעותי עבור קצבי הנתונים הגבוהים יותר המסופקים על ידי מערכות ראיית מכונה. כחלק מה-IoT, ניתן לשלוח וידאו חזרה לענן לצורך ניתוח.
צריכת חשמל היא שיקול קריטי עבור רשתות חיישנים תעשייתיות, שכן אלפי צמתי חיישנים ומקלטי המשדר האלחוטיים שלהם צורכים כוח משמעותי. חלק מפרוטוקולי הניתוב האלחוטי צורכים פחות אנרגיה, בעיקר באמצעות מחזורי עבודה נמוכים יותר. לפעמים נדרש כוח גבוה יותר ביישומי עומס-כבד כדי להתגבר על הפרעות, להבטיח איסוף נתונים אמין ואמינות רשת.