Progressi nella tecnologia dei sensori migliorano la fabbrica intelligente

Un senso per le fabbriche intelligenti

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. 

Le fabbriche intelligenti utilizzano macchine, dispositivi e apparecchiature di misurazione e collaudo intelligenti per monitorare i parametri critici del processo di produzione. Questi miglioramenti hanno trasformato l'infrastruttura del pavimento della fabbrica, creando un ambiente che favorisce una comunicazione costante e accurata, collegando macchine, archiviazione e punti di accesso dati, consentendo al contempo ai sistemi operativi di mantenere la massima efficienza e produttività.  

Questi progressi tecnologici hanno anche modificato i requisiti delle macchine, aumentando la domanda di sensori affidabili, soprattutto in ambienti ad alta vibrazione. I sensori svolgono un ruolo importante nell'intelligenza delle fabbriche, raccogliendo e applicando dati accurati nei processi di produzione per migliorare la qualità del prodotto. 

I recenti progressi nella tecnologia dei sensori consentono ora il controllo dei processi e l'acquisizione dei dati come mai prima d'ora. I controlli di processo possono utilizzare la comunicazione per regolare la qualità del sistema. Ad esempio, modificare la tolleranza per vari prodotti può essere facilmente programmato tramite software e poi implementato tramite protocolli di circuiti integrati inter-compatibili (I2C) o interfaccia periferica seriale (SPI). Allo stesso modo, i dati provenienti dai sensori possono ottimizzare la qualità dei prodotti e aiutare i produttori a individuare i metodi più efficaci per le serie di produzione.

Dalla semplice misurazione di temperatura e umidità al rilevamento avanzato di posizione e pressione, le fabbriche intelligenti richiedono una varietà di tipi di sensori che aiutano a migliorare le operazioni di fabbrica spostando i prodotti, controllando i processi robotici e di fresatura, e rilevando i fattori ambientali

Soluzioni di Sensori di TE Connectivity per Fabbriche Intelligenti  

TE Connectivity (TE) è una delle più grandi aziende di connettività e sensori al mondo, che fornisce soluzioni innovative per sensori aiutando i clienti a trasformare i concetti in creazioni intelligenti e connesse. L'ampio portfolio di sensori dell'azienda include moduli multi-sensore industriali e altamente integrati, offrendo una soluzione che esegue elaborazioni in tempo reale, migliorando così la fabbrica intelligente. Molti sensori industriali di TE hanno uscite digitali che si adattano più facilmente ai sistemi di comunicazione delle fabbriche rispetto ai sensori meno sofisticati. I sensori di TE garantiscono elevata precisione e risoluzione, fornendo dati affidabili. Inoltre, possono essere integrati in macchine intelligenti, apparecchiature di misurazione e test e controllo statistico dei processi. 

Nei macchinari intelligenti, i sensori di posizione monitorano e misurano la posizione delle parti mobili, spesso con elevata accuratezza e precisione, mentre i sensori di temperatura e pressione monitorano e misurano parametri critici per il corretto funzionamento della macchina. Gli interruttori di flusso monitorano il corretto flusso di liquidi essenziali, inclusi fluidi di raffreddamento e oli da taglio. I sensori di forza monitorano la forza applicata ai prodotti durante i processi di formatura, piegatura e produzione legati allo stress. 

I sensori vengono utilizzati per aumentare l'accuratezza delle apparecchiature di misurazione e collaudo, impiegando sensori di temperatura e pressione per monitorare il corretto funzionamento. I sensori di posizione (LVDT, teste di misura) misurano le dimensioni del prodotto e le celle di carico vengono utilizzate per determinare il peso, verificando che il prodotto si trovi entro i limiti prestabiliti. 

I sensori vengono integrati nel controllo statistico del processo per effettuare misurazioni precise, coerenti e affidabili dei vari parametri di processo. Disponibile in alloggiamenti e custodie rinforzate, il portafoglio di sensori di TE offre stabilità a lungo termine, riducendo i requisiti di manutenzione e garantendo prestazioni affidabili anche in ambienti difficili. Questi sensori sono intercambiabili, consentendo una rapida sostituzione dei sensori guasti, riducendo così i tempi di inattività sul pavimento di produzione.

Dai sensori di pressione e livello del liquido utilizzati per monitorare l'acqua, le linee aeree e i livelli dei fluidi nei serbatoi di stoccaggio dei processi, ai sensori di temperatura e di temperatura senza contatto utilizzati per controllare le temperature ambientali e delle postazioni di lavoro, così come l'occupazione di aree di lavoro, il portfolio di sensori di TE può offrire la soluzione necessaria per garantire un ambiente di lavoro produttivo, sicuro e confortevole.  

Progressi nei Sensori per Fabbriche Intelligenti 

Le capacità produttive si evolvono continuamente man mano che i produttori implementano aggiornamenti di apparecchiature e/o sistemi. Con la realizzazione di questi aggiornamenti, la tecnologia dei sensori avanza e vengono introdotti nuovi prodotti.  Ad esempio, fattori determinanti come il blocco per temperatura richiedono segnali analogici elementari. Una volta superata una soglia di temperatura, il processo produttivo si interrompe.  I componenti più basici di questo tipo sono i termistori, [15] moduli che variano i valori di resistenza, così come il sensore di umidità relativa HS1101LF di Measurement Specialties (MEAS) di TE [2], che fornisce una capacità basata sull'umidità. Questi semplici componenti offrono intelligenza che si traduce in un valore variabile per un dispositivo normalmente passivo.  Sebbene i componenti passivi richiedano circuiti aggiuntivi per implementare il processo finale, il segnale decisionale viene incorporato in componenti più intelligenti e multifunzionali utilizzati per fornire segnali analogici in vari modi. I sensori più avanzati includeranno isteresi per ridurre i falsi trigger o per consentire l'applicazione di un intervallo di temperature.  

Oltre ai trigger analogici di base, una maggiore capacità di rilevamento deriva dai dati dei sensori che producono una gamma di valori di tensione.  Man mano che i processi dei semiconduttori continuano a utilizzare livelli di tensione più bassi, sono necessarie metodologie più sofisticate per fornire granularità. In queste applicazioni, i segnali digitali sostituiscono la gamma limitata di tensioni analogiche; tuttavia, alcuni mercati non richiedono il costo e la complessità dei protocolli di comunicazione con microprocessori per la presa di decisione aggiuntiva.  Per queste applicazioni, modulazione a larghezza di impulso (PWM) e modulazione sigma-delta vengono utilizzate come segnali digitali e i risultati vengono mediati in un output analogico.  Il sensore di temperatura digitale TSYS02S di TE [1] è un esempio di un prodotto con questi due tipi di output, insieme a un’opzione aggiuntiva I2C. Il vantaggio consiste in un segnale analogico creato per una logica a tre volt con una gamma di risoluzione più ampia rispetto a un normale amplificatore operazionale a tre volt.  Il numero di opzioni disponibili consente ai clienti di scegliere una soluzione di rilevamento della temperatura che si adatti al loro budget e al livello di sofisticazione del circuito decisionale.

Riferimento [1] Il sensore digitale di temperatura TSYS02S di TE presenta tre tipi di uscite analogiche: PWM, SDM e I2. L'implementazione di questa generazione di segnali analogici richiede un'operazione di mediazione, che consente di ottenere una granularità ancora maggiore, raggiunta grazie all'uso di protocolli di comunicazione.  In questi prodotti sensoriali, il rilevamento, la comunicazione A/D e le uscite dati sono integrate in un unico pacchetto. La granularità aumenta con la dimensione in bit del flusso di dati.  L'indirizzamento è una parte fondamentale del flusso di bit che consente a molti carichi slave del sensore di essere controllati dai master, aumentando l'acquisizione dei dati per un controllo migliore.  Gli ulteriori effetti collaterali, come il clocking e la sincronizzazione dei dati, sono minimi rispetto al miglioramento dell'accuratezza e dell'integrità del segnale offerto dalle soluzioni di stile analogico.

Riferimento [14]  La struttura a quattro linee di dati di un'interfaccia SPI consente una raccolta dati più rapida rispetto a I2C.

Riferimento  [14] La struttura della linea dati seriale di un'interfaccia I2C è meno complessa rispetto a SPI. 

Prodotti sensori con capacità di comunicazione seriale sono disponibili per rilevare la temperatura [1] e l'umidità [3], così come una combinazione di temperatura e umidità [3].  Sono disponibili una varietà di sensori di pressione [9-11] per controllare processi sensibili alla pressione barometrica e ai livelli di pressione dell'aria compressa. 

I sensori di posizione rilevano l'intensità del campo magnetico per determinare l'allineamento [8], la posizione lineare [5] o la posizione angolare [5, 6, 7].  Questi prodotti magnoresistivi (MR) [14] utilizzano i ponti di Wheatstone integrati.  Il valore di uscita è sotto forma di due forme d'onda sinusoidali fuori fase, basate sull'angolo determinato dal ponte di Wheatstone.

Diagramma a Blocchi

Curve di Prestazioni Tipiche

Riferimento [5] Il sensore KMT32B di TE è un sensore angolare magnetico che può determinare la posizione di un braccio robotico.  I segnali di uscita sono sinusoidali con una differenza di fase che rappresenta l'angolo. 

Oltre alle informazioni sulle caratteristiche e i valori dei prodotti, le opzioni di packaging offrono una varietà di metodi di montaggio, dall’attacco superficiale alla elevazione sopra la scheda utilizzando il montaggio a foro passante.  Per i componenti sensibili alla temperatura, come il sensore HTU20D(F) di TE, le preziose istruzioni di montaggio forniscono indicazioni su come utilizzare le fessure nella scheda per ridurre il trasferimento di calore da altri componenti.  Questo, a sua volta, garantisce una lettura dell’umidità più precisa basata sulla temperatura ambientale piuttosto che sulla temperatura aggiuntiva generata dal circuito di supporto.

IC Sensore RH/T HTU20D(F)

Il foglio dati del sensore di umidità HTU20D(F) di TE, riferimento [3], spiega come il montaggio sia fondamentale per le prestazioni del prodotto in base alla temperatura ambiente effettiva. 

Riepilogo

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] Le caratteristiche opzionali per l'HTU2XY(F) di TE includono un filtro/membrana in PTFE che protegge contro polvere e immersione in acqua+