Los sensores industriales son un componente crítico de la automatización industrial y la Industria 4.0. Los sensores de movimiento, ambientales y de vibración monitorean el estado del equipo, incluido el posicionamiento lineal o angular, la detección de inclinación, la nivelación y la detección de impactos o caídas. Los sensores de movimiento industriales especializados basados en componentes de sistemas micro-electro-(MEMS) son adecuados para aplicaciones de la Industria 4.0, y presentan un amplio ancho de banda de detección de frecuencia mecánica, alta confiabilidad, estabilidad de medición y operación precisa de hasta 105 grados.
Sensores de automatización industrial
Los sensores industriales son un componente crítico de la automatización industrial y la Industria 4.0. Los sistemas de sensores industriales normalmente funcionan con 24 V CC, lo que difiere significativamente de los sensores en sistemas de consumo alimentados con suministros de 3 V o 5 V. En consecuencia, los sistemas de sensores industriales requieren una gestión de energía adicional para controlar eficazmente los sensores. Utilizan salidas digitales, como IO-Link, que se conecta directamente a microcontroladores o incluso transceptores inalámbricos. Las salidas de datos analógicos suelen estar condicionadas por amplificadores operacionales y conectadas a convertidores analógicos-a-digitales (ADC) dentro de microcontroladores.
1. Sensores ambientales
En entornos de automatización de fábricas, los sensores ambientales que miden la temperatura, la humedad relativa, la presión y el ruido audible suelen funcionar con 24 V CC. Estos sensores suelen emplear el protocolo de comunicación IO-Link para generar datos en formato digital.
2. Sensores de imagen
Como núcleo de los sistemas de visión artificial, la detección de imágenes se implementa principalmente en aplicaciones que computan objetos físicos, calculan su peso y volumen e inspeccionan su forma. Los sensores de imagen de alto rango dinámico (HDR) proporcionan un conjunto de características críticas, incluidos controladores de enfoque automático (AF) y algoritmos de corrección de sombreado de lente (LSC), para respaldar el diseño de sensores de imagen industriales de alto-rendimiento.
3. Sensores de movimiento y vibración
La detección y detección de movimiento y vibración desempeñan un papel vital en las aplicaciones de automatización de fábricas, incluido el posicionamiento lineal o angular, la inclinación y nivelación, el monitoreo del estado del motor y la detección de impactos y caídas. Normalmente, alimentados por un riel de 24 V CC, los sensores inerciales suelen utilizar el protocolo de comunicación IO-Link para generar datos en formatos analógicos o digitales.
4. Sensores de proximidad
Los sensores de proximidad detectan la presencia o distancia de objetos cercanos sin contacto físico. Se pueden construir utilizando varios principios, incluidos cambios capacitivos o inductivos en respuesta a objetivos metálicos o luz infrarroja, o midiendo el tiempo-de-vuelo (ToF) de los fotones dentro de un haz de luz.
ST ofrece una gama de sensores ambientales y de movimiento MEMS, microcontroladores STM8 de 8-bits y STM32 de 32 bits, y amplias soluciones de conectividad (cableadas o inalámbricas, incluido IO-Link) para ayudar a los diseñadores de sistemas de sensores a abordar con éxito estos desafíos.
Los sensores de automatización industrial vienen en varios tipos, que incluyen:
1. Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura van desde dispositivos con coeficiente de temperatura positivo hasta dispositivos con coeficiente de temperatura negativo y RTD (detectores de temperatura de resistencia).
Los termistores de coeficiente de temperatura positivo (PTC) son resistencias con un coeficiente de temperatura positivo, lo que significa que su resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Por lo general, están hechos de silicio para proporcionar características lineales. Por el contrario, los termistores PTC de tipo interruptor- exhiben una curva de medición de temperatura no lineal. A medida que el termistor se calienta, su resistencia disminuye hasta alcanzar una temperatura crítica, después de la cual aumenta.
Se utilizan con relés de monitoreo en devanados de motores dentro de equipos industriales para brindar protección contra sobrecalentamiento contra daños al aislamiento. La curva de respuesta no lineal hace que la resistencia aumente bruscamente a la temperatura máxima permitida del devanado, lo que activa el relé para evitar el sobrecalentamiento. Luego se puede vincular a una red de sensores inalámbricos.
Los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) exhiben una resistencia decreciente al aumentar la temperatura. Mantienen la precisión en un amplio rango de temperatura de 0 grados a 70 grados con una tolerancia de ±0,1 grados o ±0,2 grados, y presentan una excelente estabilidad a largo plazo-.
Estos conjuntos de sondas de termistores se implementan comúnmente en IIoT y fábricas inteligentes para el diagnóstico de fallas. Los elementos sensores termistores pueden monitorear diversos sistemas y vincular redes de sensores inalámbricos a la nube.
Circuitos integrados de sensores de temperatura analógicos y digitales
2. Sensores de proximidad
Los sensores de proximidad inductivos detectan metales cercanos, lo que mejora la seguridad de la interfaz hombre{0}}máquina (HMI). Disponible en versiones CC de 2-cables y 3 cables, así como sensores con amplificadores independientes para funcionamiento a alta velocidad.
Los sensores de alcance láser (lidar) permiten la detección de objetos en topologías uni-dimensionales, como sensores de movimiento infrarrojos en líneas transportadoras.. 2Los sensores D LiDAR funcionan como sensores de posición para identificar ubicaciones de componentes en líneas de producción.
Sensores de proximidad y tiempo-de-vuelo (ToF)
3. Sensores de vibración
Los sensores de vibración utilizan elementos acelerómetros MEMS o cristales piezoeléctricos para medir la frecuencia de vibración y sintonizar los armónicos de los sistemas monitoreados. Proporcionan datos críticos para el diagnóstico de fallas, mientras que los acelerómetros sirven como sensores de movimiento para medir inclinación, caída e impacto. Acelerómetros, giroscopios, unidades de medida inercial (IMU), brújulas electrónicas
4. Otros sensores: presión, pH, flujo, humedad, ultrasonidos, PIR, sensores fotoeléctricos
Otros sensores utilizados en la automatización incluyen sensores de presión, sensores de pH para medir la acidez del líquido y sensores de flujo, sensores de humedad y sensores ultrasónicos para monitorear actuadores. Los sensores PIR, sensores fotoeléctricos y codificadores rotatorios pueden servir como interruptores de límite para mediciones de umbral en sistemas de automatización industrial.
Todos estos sensores de IoT se conectan a puertas de enlace a través de redes de sensores industriales (cableadas o inalámbricas), que luego se vinculan a IoT para realizar análisis y monitoreo de condiciones en tiempo real-. Sensores industriales patentados por ST.
Sensores y redes inalámbricos industriales
Las redes de sensores inalámbricos industriales utilizan una amplia gama de protocolos, desde Bluetooth-de corto alcance y Zigbee hasta Wi-Fi.
Para redes de sensores inalámbricos industriales (IWSN) de largo-alcance, se puede emplear comunicación inalámbrica LoRa de baja-potencia sub-GHz.
Los módems móviles representan una opción de mayor-costo para las redes de sensores inalámbricos, pero ofrecen la confiabilidad de las redes de telecomunicaciones. Esto es importante para las velocidades de datos más altas que proporcionan los sistemas de visión artificial. Como parte del IoT, el vídeo se puede enviar a la nube para su análisis.
El consumo de energía es una consideración crítica para las redes de sensores industriales, ya que miles de nodos de sensores y sus transceptores inalámbricos consumen una cantidad sustancial de energía. Algunos protocolos de enrutamiento inalámbrico consumen inherentemente menos energía, principalmente a través de ciclos de trabajo más bajos. A veces se requiere mayor potencia en aplicaciones de carga pesada-para superar la interferencia, garantizando una recopilación de datos confiable y confiabilidad de la red.