تعد أجهزة الاستشعار الصناعية عنصرًا حاسمًا في أتمتة المصانع والصناعة 4.0. تقوم أجهزة استشعار الحركة والبيئة والاهتزاز بمراقبة صحة المعدات، بما في ذلك تحديد المواقع الخطي أو الزاوي، واستشعار الميل، والتسوية، واكتشاف التأثير أو السقوط. تعد مستشعرات الحركة الصناعية المتخصصة المستندة إلى مكونات النظام الميكانيكي -الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) مناسبة لتطبيقات الصناعة 4.0، وتتميز بعرض نطاق ترددي واسع لاستشعار التردد الميكانيكي، وموثوقية عالية، وثبات القياس، وتشغيل دقيق يصل إلى 105 درجة.
مجسات الأتمتة الصناعية
تعد أجهزة الاستشعار الصناعية عنصرًا حاسمًا في أتمتة المصانع والصناعة 4.0. يتم تشغيل أنظمة الاستشعار الصناعية عادةً بجهد 24 فولت تيار مستمر، والذي يختلف بشكل كبير عن أجهزة الاستشعار الموجودة في الأنظمة الاستهلاكية التي تعمل بإمدادات 3 فولت أو 5 فولت. وبالتالي، تتطلب أنظمة الاستشعار الصناعية إدارة إضافية للطاقة لتشغيل أجهزة الاستشعار بشكل فعال. وهي تستخدم المخرجات الرقمية، مثل رابط IO-، الذي يتصل مباشرة بوحدات التحكم الدقيقة أو حتى أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية. عادةً ما يتم تكييف مخرجات البيانات التناظرية بواسطة مكبرات الصوت التشغيلية وترتبط بالمحولات التناظرية - إلى - الرقمية (ADCs) داخل وحدات التحكم الدقيقة.
1. أجهزة الاستشعار البيئية
في بيئات أتمتة المصانع، عادةً ما يتم تشغيل أجهزة الاستشعار البيئية التي تقيس درجة الحرارة والرطوبة النسبية والضغط والضوضاء المسموعة بواسطة 24 فولت تيار مستمر. تستخدم هذه المستشعرات عادةً بروتوكول الاتصال IO-Link لإخراج البيانات بتنسيق رقمي.
2. أجهزة استشعار الصور
باعتباره جوهر أنظمة الرؤية الآلية، يتم نشر استشعار الصور بشكل أساسي في التطبيقات التي تحسب الأجسام المادية، وتحسب وزنها وحجمها، وتفحص شكلها. توفر مستشعرات الصور ذات النطاق الديناميكي العالي (HDR) مجموعة من الميزات الهامة، بما في ذلك محركات التركيز التلقائي (AF) وخوارزميات تصحيح تظليل العدسة (LSC)، لدعم تصميم -أجهزة استشعار الصور الصناعية عالية الأداء.
3. أجهزة استشعار الحركة والاهتزاز
يلعب استشعار الحركة والاهتزاز والكشف عنها دورًا حيويًا في تطبيقات أتمتة المصانع، بما في ذلك تحديد المواقع الخطية أو الزاوية، والإمالة والتسوية، ومراقبة حالة المحرك، واكتشاف الصدمات والسقوط. عادةً ما يتم تشغيل المستشعرات بالقصور الذاتي بواسطة سكة تيار مستمر بجهد 24 فولت، وتستخدم عادةً بروتوكول الاتصال IO-Link لإخراج البيانات بتنسيقات تناظرية أو رقمية.
4. أجهزة استشعار القرب
تكتشف مستشعرات القرب وجود أو مسافة الأشياء القريبة دون الاتصال الجسدي. يمكن إنشاؤها باستخدام مبادئ مختلفة، بما في ذلك التغييرات السعوية أو الاستقرائية استجابة للأهداف المعدنية أو ضوء الأشعة تحت الحمراء، أو عن طريق قياس زمن الطيران -(ToF) للفوتونات داخل شعاع الضوء.
تقدم ST مجموعة من أجهزة استشعار الحركة والبيئة MEMS، ووحدات التحكم الدقيقة STM8 8- بت وSTM32 32 بت، وحلول الاتصال الشاملة (السلكية أو اللاسلكية، بما في ذلك IO-Link) لمساعدة مصممي أنظمة الاستشعار على مواجهة هذه التحديات بنجاح.
أجهزة استشعار الأتمتة الصناعية تأتي في أنواع مختلفة، بما في ذلك:
1. أجهزة استشعار درجة الحرارة
تتراوح أجهزة استشعار درجة الحرارة من أجهزة معامل درجة الحرارة الإيجابية إلى أجهزة معامل درجة الحرارة السلبية وRTDs (كاشفات درجة حرارة المقاومة).
الثرمستورات بمعامل درجة الحرارة الإيجابية (PTC) هي مقاومات ذات معامل درجة حرارة موجبة، مما يعني أن مقاومتها تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة. هذه عادة ما تكون مصنوعة من السيليكون لتوفير الخصائص الخطية. في المقابل، تعرض الثرمستورات PTC من النوع - منحنى غير خطي لقياس درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة حرارة الثرمستور، تقل مقاومته حتى يصل إلى درجة حرارة حرجة، وبعد ذلك تزداد.
يتم استخدامها مع مرحلات المراقبة في ملفات المحركات داخل المعدات الصناعية لتوفير الحماية من الحرارة الزائدة ضد تلف العزل. يؤدي منحنى الاستجابة غير الخطية إلى زيادة المقاومة بشكل حاد عند الحد الأقصى لدرجة حرارة الملف المسموح بها، مما يؤدي إلى تشغيل المرحل لمنع ارتفاع درجة الحرارة. ويمكن بعد ذلك ربطه بشبكة استشعار لاسلكية.
تُظهر الثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة السالبة (NTC) مقاومة متناقصة مع ارتفاع درجة الحرارة. إنها تحافظ على الدقة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة يتراوح من 0 درجة إلى 70 درجة مع تفاوت ±0.1 درجة أو ±0.2 درجة، وتتميز بثبات ممتاز على المدى الطويل-.
يتم نشر مجموعات مسبار الثرمستور بشكل شائع في جميع أنحاء إنترنت الأشياء الصناعي والمصانع الذكية لتشخيص الأخطاء. يمكن لعناصر مستشعر الثرمستور مراقبة الأنظمة المتنوعة وربط شبكات الاستشعار اللاسلكية بالسحابة.
أجهزة استشعار درجة الحرارة التناظرية والرقمية
2. مجسات القرب
تكتشف أجهزة استشعار التقارب الحثي المعادن القريبة، مما يعزز سلامة واجهة الإنسان والآلة (HMI). متوفر بإصدارين من الأسلاك- وإصدارات من التيار المباشر بثلاثة أسلاك، بالإضافة إلى أجهزة استشعار بمكبرات صوت منفصلة للتشغيل عالي السرعة.
تعمل مستشعرات نطاق الليزر (ليدار) على تمكين اكتشاف الكائنات في هيكليات أحادية البعد-، مثل مستشعرات الحركة بالأشعة تحت الحمراء على خطوط النقل. 2تعمل مستشعرات LiDAR كأجهزة استشعار للموضع لتحديد مواقع المكونات على خطوط الإنتاج.
القرب والوقت-لأجهزة استشعار الطيران (ToF).
3. أجهزة استشعار الاهتزاز
تستخدم مستشعرات الاهتزاز عناصر مقياس تسارع MEMS أو بلورات كهرضغطية لقياس تردد الاهتزاز وضبط توافقيات الأنظمة المراقبة. إنها توفر بيانات مهمة لتشخيص الأخطاء، بينما تعمل مقاييس التسارع كأجهزة استشعار للحركة لقياس الميل والإسقاط والتأثير. أجهزة قياس التسارع، الجيروسكوبات، وحدات قياس القصور الذاتي (IMUs)، البوصلات الإلكترونية
4. أجهزة الاستشعار الأخرى: الضغط، الرقم الهيدروجيني، التدفق، الرطوبة، الموجات فوق الصوتية، PIR، أجهزة الاستشعار الكهروضوئية
تشمل المستشعرات الأخرى المستخدمة في الأتمتة أجهزة استشعار الضغط، وأجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني لقياس حموضة السائل، وأجهزة استشعار التدفق، وأجهزة استشعار الرطوبة، وأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لمراقبة المحركات. يمكن لأجهزة استشعار PIR، وأجهزة الاستشعار الكهروضوئية، وأجهزة التشفير الدوارة أن تكون بمثابة مفاتيح حدية لقياسات العتبة في أنظمة الأتمتة الصناعية.
تتصل جميع مستشعرات إنترنت الأشياء هذه بالبوابات عبر شبكات الاستشعار الصناعية (سلكية أو لاسلكية)، والتي ترتبط بعد ذلك بإنترنت الأشياء لإجراء-تحليلات في الوقت الفعلي ومراقبة الحالة. أجهزة الاستشعار الصناعية الخاصة بشركة ST.
أجهزة الاستشعار والشبكات اللاسلكية الصناعية
تستخدم شبكات الاستشعار اللاسلكية الصناعية نطاقًا واسعًا من البروتوكولات، بدءًا من -Bluetooth وZigbee قصيرة المدى وحتى-WiFi.
بالنسبة إلى -شبكات الاستشعار اللاسلكية الصناعية طويلة المدى (IWSN)، يمكن استخدام اتصال LoRa اللاسلكي منخفض الطاقة- جيجاهرتز.
تمثل أجهزة المودم الخلوية خيارًا أعلى تكلفة-لشبكات الاستشعار اللاسلكية ولكنها توفر موثوقية شبكات الاتصالات. وهذا أمر مهم بالنسبة لمعدلات البيانات المرتفعة التي توفرها أنظمة الرؤية الآلية. كجزء من إنترنت الأشياء، يمكن إرسال الفيديو مرة أخرى إلى السحابة لتحليله.
يعد استهلاك الطاقة أحد الاعتبارات الحاسمة لشبكات الاستشعار الصناعية، حيث تستهلك الآلاف من عقد الاستشعار وأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية الخاصة بها طاقة كبيرة. تستهلك بعض بروتوكولات التوجيه اللاسلكي طاقة أقل بطبيعتها، وذلك بشكل أساسي من خلال دورات عمل أقل. أحيانًا ما تكون هناك حاجة إلى طاقة أعلى في تطبيقات التحميل الثقيل- للتغلب على التداخل، وضمان جمع البيانات بشكل موثوق وموثوقية الشبكة.