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        傳感器在工業 4.0 時代的重要作用

        2022-08-17 15:02 性質:原創 作者:南山 來源:中國叉車網
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        眾所周知,在工業自動化領域的各種應用中,傳感器是一個極其重要的組成部分。他們在很大程度上對特定過程的正確性和最終產品的質量負責。隨著自動化系統、基于物...

        眾所周知,在工業自動化領域的各種應用中,傳感器是一個極其重要的組成部分。他們在很大程度上對特定過程的正確性和最終產品的質量負責。隨著自動化系統、基于物聯網的解決方案和第四次工業革命的發展,他們的作用將更加增長。傳感器制造商已經面臨著市場對其設計和功能越來越多的要求。

        工業自動化中的傳感器負責各種測量任務。這些最常見的是與特定物體的檢測、它們的位置或運動有關,以及與它們的個別特征或操作參數有關。在這個應用領域中,最常用的傳感器是接近和光學傳感器。它們通常是機器或整個生產線的一個組成部分,也是負責控制單個過程或安全系統的系統。

        在這種情況下,傳感器,也被稱為檢測器或儀表,被定義為測量系統的一個組成部分,用于測量實際值并傳輸測量結果,以便進一步處理和分析。傳感器本身位于一個特定的數據收集點上。因此,它構成了數據處理和外部世界之間的接口。

        接近傳感器及其類型

        盡管工業傳感器是一個非常有容量的設備組,可以在各種工業應用中找到,但當涉及到工業自動化時,接近傳感器無疑是最重要的。毫無疑問,可以說它們是各種工業應用中最常見的,同時,它們如今甚至是自動化和生產控制系統中不可缺少的組成部分。

        這組傳感器的主要任務包括檢測和示意物體的存在,并在不接觸的情況下記錄其基本特征。接近傳感器也是一個相當廣泛的類別。在這組設備中,主要有電感式、電容式、磁力式、光電式、超聲波式、雷達式、熱式和反射式傳感器。

        最廣泛的一組接近傳感器是電感式傳感器,自20世紀60年代以來已被成功使用。它們是涉及檢測金屬工件(任何種類)的理想任務。它們對進入傳感器區域的金屬有反應。它們主要用于控制與受控設備相關的機制的位置、位移和運動。它們的主要優點包括操作的高精度和可靠性,以及相對較長的使用壽命和對惡劣條件的抵抗力。

        感應式傳感器的工作原理是基于監測傳感器所產生的磁場。這些變化是一個由金屬制成的物體出現在傳感器的檢測領域的結果,即事實上靠近傳感器面。傳感器的范圍(所謂的工作區)取決于其中使用的傳感元件,即線圈的大小。通常情況下,它的大小與傳感器的尺寸成正比,或者更具體地說,與它的長度成正比。

        另一種不太常見的接近傳感器類型是電容式傳感器。這種類型的傳感器還可以檢測到隱藏的物體,例如在罐子、容器或掩體后面。這是因為它是通過測量被調查物體和傳感器之間的電容變化來工作的。因此,它們也可以用來控制儲罐的填充水平和介質供應。

        這組傳感器的優點還包括能夠對不同材料制成的物體進行檢測,而不僅僅是金屬部件。電容式傳感器還能檢測到木質、玻璃或塑料部件以及液體。他們能夠記錄生產過程和最終檢查中的狀態。另一個重要的優勢是它們對環境中的污染物(如灰塵或氣溶膠)和電磁影響的高抗干擾性。由于這些特性,電容式傳感器被各行各業的公司所使用,包括食品和飲料、化學品和倉儲等等。

        接近性光電傳感器

        特別是光學傳感器,或者更準確地說是光電傳感器,因為它們也被稱為,最近已經變得越來越流行。由于這些設備使用的技術不斷發展,它們實現了非常好的技術性能。這使得它甚至可以測量非常小的工件和它們的最小位移。這些傳感器的優點還包括測量速度和非常長的工作范圍。這些特點意味著近距離光電傳感器正日益取代電容式或電感式傳感器的市場地位。此外,在某些應用中,它們甚至是不可替代的。

        光電傳感器使用電子光檢測器和光束發射器來檢測規定區域內物體的存在。這種類型的傳感器的工作原理不是像電感式傳感器那樣基于場的變化,而是基于能量傳輸。

        由于光電傳感器的工作機制可以有相當大的不同,所以這種類型的傳感器有幾個類別:反射式、反光式、屏障式(面積傳感器)、光纖式、發光式、狹縫式和模擬式。它們主要用于測量生產線上的物體和移動部件,如機械手、機器人、碼垛機和各種移動機器部件。光電傳感器還可用于計算和確定物體的位置、尺寸和其他物理特征,以及確定散裝材料和液體的水平。

        傳感器的新設計和新任務

        被各行業的公司普遍使用,接近傳感器只代表了工業解決方案中使用的傳感器的一小部分。第四次工業革命正在催生出越來越多的新的傳感器類型和設計。通常,他們必須滿足公司因物聯網和工業4.0帶來的解決方案而對他們提出的全新要求。

        可以說,傳感器系統今天是智能工廠解決方案的核心要素之一。緊湊型傳感器設計安裝在機器上,但也安裝在制成品上。通過這種方式,它們可以更好地組織和監控生產過程。

        所有傳統的工業傳感器的工作原理基本相似:它們記錄物理參數并將其傳輸給機器控制系統。然而,工業4.0給傳感器帶來了額外的任務。傳感器不僅要收集信息,而且要相互交換信息。然而,只有當傳感器配備了適當的通信接口時,這才有可能。

        因此,傳感器制造商正在整合處理測量數量的芯片,并使大型無線傳感器網絡得以建立。智能傳感器必須配備一個微處理器或微控制器和一個能夠進行雙向無線信息交流的通信接口(這里使用各種可用的技術:GSM、ISM、無線電或紅外網絡)。

        傳感器尺寸較小,但能力更強

        現代傳感器的設計也越來越受到這些設備的小型化和提高能源效率的廣泛驅動的影響。越來越多的人認為,一個傳感器應盡可能少地占用空間,同時執行越來越復雜的功能。雖然這聽起來有點自相矛盾,但這樣的解決方案有更多優勢。這是因為傳感器尺寸的減小轉化為其重量的減少。因此,這就意味著減少了安裝的整體重量,同時允許在相同的空間內安裝更多的傳感器。

        近年來,MEMS系統也得到了快速發展,這些設備將機械和電子元件結合在一起,以迷你甚至納米的規模制造。將電子和機械部件集成在一個微型外殼中,意味著減少了材料消耗,減輕了重量,并降低了為其供電所需的能耗。

        智能傳感器的供電方式最近也在發生重大變化。第一步是使用無線電源,這同時也有助于消除昂貴和耗費空間的布線。

        如今,能源采集技術,即從可自由利用的資源(如陽光、風能或水能、熱能或生化能,或電磁波或振動能)中提取電能,正被越來越多地使用。這些類型的電源有很多優點,不僅與環境保護和獲得它們的成本較低有關。最重要的是,它們還能提供免維護和安全運行。

        第四次工業革命肯定會以智能傳感器為基礎,除了現有的測量功能外,還將把機器和設備連接到在物聯網和云計算框架內運作的網絡物理網絡中。因此,為了滿足新的任務,傳感器的設計將必須越來越復雜,但又要緊湊和節能。因此,在傳感器領域可望出現幾乎革命性的變化,因為它們被應用于各種工業自動化解決方案。

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