Avances en la tecnología de sensores mejoran la fábrica inteligente

Un sentido para fábricas inteligentes

From ordering raw materials to final production, smart factories have revolutionized the manufacturing industry, increasing the rate of production through optimization, reducing human error and increasing efficiencies. 

Las fábricas inteligentes utilizan máquinas, dispositivos y equipos de medición y prueba inteligentes para monitorear parámetros críticos del proceso de fabricación. Estas mejoras han transformado la infraestructura de la planta de producción, proporcionando un entorno que promueve la comunicación consistente y precisa, conectando máquinas, almacenamiento de datos y puntos de acceso, al tiempo que permite a los sistemas operativos mantener la máxima eficiencia y productividad.  

Estos avances tecnológicos también han alterado los requisitos de maquinaria, aumentando la demanda de sensores fiables, especialmente en entornos de alta vibración. Los sensores desempeñan un papel importante en la inteligencia de las fábricas, ya que recopilan e implementan datos precisos en los procesos de fabricación para mejorar la calidad del producto. 

Los recientes avances en la tecnología de sensores ahora permiten el control de procesos y la adquisición de datos como nunca antes. Los controles de procesos pueden utilizar la comunicación para ajustar la calidad del sistema. Por ejemplo, cambiar la tolerancia para varios productos se puede programar fácilmente a través de software y luego se implementa mediante circuitos inter-integrados (I2C) o protocolos de interfaz periférica serie (SPI). De la misma manera, los datos de los sensores pueden optimizar la calidad del producto y ayudar a los fabricantes a encontrar los métodos más eficaces para las series de producción.

Desde el monitoreo básico de temperatura y humedad hasta la sofisticada detección de posición y presión, las fábricas inteligentes requieren una variedad de tipos de sensores que ayudan a avanzar las operaciones de la fábrica al mover productos, controlar procesos robóticos y de fresado, y detectar factores ambientales

Soluciones de sensores de TE Connectivity para fábricas inteligentes  

TE Connectivity (TE) es una de las empresas de conectividad y sensores más grandes del mundo, proporcionando soluciones de sensores innovadoras que ayudan a los clientes a transformar conceptos en creaciones inteligentes y conectadas. El amplio portafolio de sensores de la empresa incluye módulos de sensores industriales y altamente integrados, proporcionando una solución que realiza procesamiento en tiempo real, mejorando así la fábrica inteligente. Muchos de los sensores industriales de TE tienen salidas digitales que se adaptan más fácilmente a los sistemas de comunicación de fábrica que los sensores menos sofisticados. Los sensores de TE ofrecen alta precisión y resolución, resultando en datos confiables. También pueden integrarse en máquinas inteligentes, equipos de medición y prueba, y control estadístico de procesos. 

En las máquinas inteligentes, los sensores de posición supervisan y miden la ubicación de las partes móviles, a menudo con alta precisión y exactitud, mientras que los sensores de temperatura y presión supervisan y miden parámetros críticos para el funcionamiento adecuado de la máquina. Los interruptores de flujo supervisan el flujo correcto de líquidos críticos, incluidos los fluidos de refrigeración y los aceites de corte. Los sensores de fuerza supervisan la fuerza aplicada a los productos durante los procesos de fabricación relacionados con el conformado, doblado y estrés. 

Los sensores se utilizan para aumentar la precisión de los equipos de medición y prueba mediante el uso de sensores de temperatura y presión para monitorear el funcionamiento adecuado. Los sensores de posición (LVDT, cabezales de calibre) miden las dimensiones del producto y las celdas de carga se utilizan para determinar el peso, verificando que el producto esté dentro de los límites predeterminados. 

Los sensores se implementan en el control estadístico de procesos para realizar mediciones precisas, consistentes y confiables de los diversos parámetros del proceso. Disponibles en carcasas y envolventes robustas, la cartera de sensores de TE ofrece una estabilidad a largo plazo, reduciendo los requisitos de mantenimiento mientras funcionan de manera confiable en entornos adversos. Estos sensores son intercambiables, lo que permite una rápida sustitución de sensores fallidos, resultando en una reducción del tiempo de inactividad en la planta de fabricación.

Desde sensores de presión y de nivel de líquidos utilizados para monitorear agua, líneas de aire y niveles de fluidos en tanques de almacenamiento de procesos hasta sensores de temperatura y de temperatura sin contacto utilizados para monitorear temperaturas ambientales y de estaciones de trabajo y ocupación del área de trabajo, el portafolio de sensores de TE puede proporcionar la solución necesaria para mantener un entorno de trabajo productivo, seguro y cómodo.  

Avances en sensores para fábricas inteligentes 

Las capacidades de producción evolucionan continuamente a medida que los fabricantes implementan mejoras en equipo y/o sistemas. A medida que se realizan estas mejoras, la tecnología de sensores avanza y se introducen nuevos productos.  Por ejemplo, factores determinantes como el apagado por temperatura requieren señales analógicas elementales. Una vez que se cruza un umbral de temperatura, el proceso de producción se detiene.  El más básico de estos componentes son los termistores, [15] módulos que cambian valores de resistencia, así como el sensor de humedad relativa HS1101LF de Measurement Specialties (MEAS) de TE [2], que emiten una capacitancia basada en la humedad. Estos componentes simples proporcionan inteligencia que resulta en un cambio de valor para un dispositivo normalmente pasivo.  Aunque los componentes pasivos requieren circuitería adicional para implementar el proceso final, la señal de toma de decisiones se incorpora en componentes más inteligentes y multifuncionales utilizados para proporcionar señales analógicas de diversas maneras. Los sensores más avanzados incluirán histéresis para reducir activaciones falsas o permitir implementar un rango de temperaturas.  

Más allá de los disparadores analógicos básicos, la capacidad de detección aumentada resulta de datos de sensores que producen un rango de valores de voltaje.  A medida que los procesos de semiconductores continúan utilizando niveles de voltaje más bajos, se necesitan métodos más sofisticados para proporcionar granularidad. En estas aplicaciones, las señales digitales reemplazan el limitado rango analógico de voltajes; sin embargo, algunos mercados no requieren el costo y la complejidad de los protocolos de comunicación con los microprocesadores adicionales para la toma de decisiones.  Para estas aplicaciones, se emplean modulación por ancho de pulso (PWM) y modulación sigma delta como señales digitales, y los resultados se promedian en una salida analógica.  El sensor de temperatura digital TSYS02S de TE [1] es un ejemplo de un producto con estos dos tipos de salidas junto con una opción adicional de I2C. La ventaja es una señal analógica creada para lógica de tres voltios con un rango de resolución más grande que un amplificador operacional típico de tres voltios.  El número de opciones disponibles permite a los clientes elegir una solución de detección de temperatura que se ajuste a su presupuesto y nivel de sofisticación para el circuito de toma de decisiones.

Referencia [1] El sensor de temperatura digital TSYS02S de TE tiene tres tipos de salidas analógicas: PWM, SDM y I2. Implementar esta generación de señales analógicas requiere promediado, lo que resulta en una mayor granularidad, lograda mediante el uso de protocolos de comunicación.  En estos productos de sensores, la detección, la comunicación A/D y las salidas de datos están integrados en un solo paquete. La granularidad aumenta con el tamaño de bit del flujo de datos.  La direccionamiento es una parte vital del flujo de bits que permite que muchas cargas de sensores esclavos sean controladas por maestros, aumentando la adquisición de datos para un mejor control.  Los relojes adicionales y la sincronización de datos son efectos secundarios mínimos en comparación con la mayor precisión e integridad de la señal de las soluciones de estilo analógico.

Referencia [14}  La estructura de cuatro líneas de datos de una interfaz SPI ayuda a habilitar una adquisición de datos más rápida en comparación con I2C.

Referencia  [14] La estructura de la línea de datos serie de una interfaz I2C es menos compleja que SPI. 

Los productos de sensores con capacidad de comunicación serial están disponibles para medir temperatura [1] y humedad [3], así como una combinación de temperatura y humedad [3].  Una variedad de sensores de presión [9-11] controla procesos que son sensibles a la presión barométrica, así como a los niveles de presión de aire comprimido. 

Los sensores de posición detectan la intensidad del campo magnético para determinar la alineación [8], la posición lineal [5] o la posición angular [5, 6, 7].  Estos productos magnoresistivos (MR) [14] emplean puentes de Wheatstone integrados.  El valor de salida está en forma de dos formas de onda sinusoidales que están fuera de fase, basadas en el ángulo determinado por el puente de Wheatstone.

Diagrama de Bloques

Curvas de Rendimiento Típicas

Referencia [5] El sensor KMT32B de TE es un sensor de ángulo magnético que puede determinar la posición del brazo robótico.  Las señales de salida son sinusoidales con una diferencia de fase que representa el ángulo. 

Además de la información sobre las características y valores del producto, las opciones de embalaje ofrecen una variedad de métodos de montaje, desde el montaje en superficie hasta la elevación por encima del tablero usando montaje pasante.  Para los componentes que se ven afectados por la temperatura, como el sensor HTU20D(F) de TE, la valiosa información de montaje instruye al usuario sobre cómo utilizar ranuras en el tablero para reducir la transferencia de calor de otros componentes.  Esto a su vez proporciona una lectura de humedad más precisa basada en la temperatura ambiente en lugar de la temperatura adicional generada por el circuito de soporte.

IC Sensor HTU20D(F) RH/T

La hoja de datos del sensor de humedad HTU20D(F) de TE, referencia [3], instruye sobre la importancia del montaje para el rendimiento del producto basado en la temperatura ambiente real. 

Resumen

From ordering raw materials through final production, smart factories have revolutionized the manufacturing industry, increasing the rate of production, reducing human error and increasing efficiencies. These advances to the factory floor have altered machinery requirements, increasing the demand for reliable sensors, especially in high vibration environments. Based on the level of sophistication and signaling methods required, there is a sensor product available that will provide a reliable solution.  As smart factories’ functions increase, TE is committed to advancing its sensor technologies to meet growing system requirements. 

Nomenclatura

[3] Las características opcionales para el HTU2XY(F) de TE incluyen un filtro/membrana de PTFE que protege contra el polvo y la inmersión en agua+