産業用センシング

特殊なニーズの多様性には驚かされます。鉱業のような本当に過酷な環境以外でも、産業機器は依然として厳しい状況にさらされており、機器の設計、設置、保守が慎重に行われないと故障の原因となる可能性があります。製造ラインの機械は、一定の反復動作、モーターや搬送ベルトからの振動、機器内を絶えず移動する生産品による摩耗に耐えます。化学業界や製薬業界のプロセスベースの製造は、多くの場合、複数の段階で構成されており、各段階で極端な温度や圧力が生じたり、強力な化学物質が使用されたりすることがあります。流通環境では、固体または液体の商品の保管と再配送を可能にするためにさまざまな機械が使用され、商品をタイムリーに配送するために、ポンプ、コンベア、車両がほぼ絶えず使用されます。倉庫では、非常に正確な環境条件を維持するためにHVAC機器が必要になる場合があり、フォークリフトやロボット輸送によって商品が絶えず移動しています。最後に、分散型および遠隔地の産業設備が一般的であり、これらは非常に過酷な温度、湿度、化学環境に耐えられる必要があります。露出した金属筐体に設置されたEquipmentは、設置環境でよく見られる -40 ℃ ～ 70 ℃ の温度やそれに伴う湿度、空気中の汚染物質にも耐えることができます。 

これらの環境では、機械を監視し、故障を事前に通知するためにセンサーが頻繁に導入されています。たとえば、加速度計を使用して、モーターやその他の回転アセンブリのベアリングを監視し、交換が必要になる可能性がある場合に警告を発することができます。 温度センサーもこれらのシナリオに有利です。モーターが想定以上に稼働している場合や、回路が過負荷になり始めている場合にそれを知らせるのに役立つからです。湿度センサーと組み合わせることで、機器が想定された環境範囲外で動作している場合や、材料が環境仕様外で保管されている場合にも警告できます。レベルセンサーと圧力センサーは、液体の保管、輸送、使用システムを監視するために使用されるほか、過負荷状態や車両タイヤの漏れを測定して危険な操作につながる可能性がある場合にも使用されます。周囲光センサーでさえ、照明やその他のシステムを制御してエネルギーを節約し、運用コストを削減するために使用できるため、産業環境で使用されています。 

これらすべてのセンサーからのデータを使用して、効率的で成功する産業オペレーションを推進できます。ランチャートやその他のモデリング方法を活用して、障害が発生する前に問題を検出できます。安全性は、産業用センサーの使用によって改善できる最も重要な要素の1つです。産業用センサーを使用すると、安全上重要なパラメーターを監視でき、機器または産業環境が危険な状態になりそうな場合に事前に警告できます。これらの早期警告の利点に加えて、OSHA準拠の職場の文書化と管理も実現できる利点です。産業用センサーを賢く使用することでコスト削減も実現でき、手作業の労働コストは最大の機会の1つです。機器やシステムの監視に専念する人員ではなく、センサーが機器が正常に動作していることを示しているときに、それらの人員をより価値の高い作業に使用できます。定期メンテナンスに必要な作業時間も実際のニーズに合わせて調整できるため、機器のダウンタイムに関連する人件費と機会費用を削減できます。故障の早期警告は、製薬、化学、その他のプロセスベースの工業製造において特に重要です。 これらの環境では、多額の資金が仕掛品（WIP）に投じられる可能性があり、機器の故障はスクラップや収益の損失による大きな損失につながる可能性があります。 WIPのいずれかが危険物とみなされる場合、環境に優しい廃棄のコストと労力により、これらの損失がさらに拡大する可能性があります。 これらのコストの合計は大きな負担となる可能性があり、機器の故障の制御と予測に役立つセンサーの必要性が極めて高いことが浮き彫りになります。 たとえば、半導体製造では、製造プロセスを停止させる故障の総コストは100万ドルを超える可能性があります。 プロセス検査は、センサーが重要な役割を果たすもう1つの領域です。 プロセス製造の一部が仕様外の場合、ロット全体が最終検査基準を満たさない可能性があり、そのため廃棄が必要になる場合があります。 センサーは、プロセスが意図したとおりに進行し、最終製品の品質が仕様を満たすようにするのに役立ちます。 最後に、占有センサー、周囲光センサー、温度センサー、湿度センサーを使用することで、エネルギーを節約できます。これらは照明、HVAC、その他のシステムを制御し、不必要な使用を最小限に抑え、自然光と環境条件を最大限に活用できます。 

これらの理由などから、センサーは産業オペレーションに不可欠な要素となっています。ただし、センサーの実装方法は、組織がその利点を活用できるかどうかに大きな影響を与える可能性があります。システムに完全に統合されたセンサーは、故障した場合に信頼性と稼働時間の問題を引き起こす可能性があります。たとえば、モーターアセンブリに統合された加速度計が故障した場合、センサーを交換する間、モーターをオフラインにして生産を停止する必要がある場合があります。最終的な影響は、モーター自体の信頼性が大幅に低下したのと同じように、システムの信頼性と稼働時間が低下することです。統合センサーは異なる通信媒体を活用することもできるため、監視システムの複雑さとコストが増加します。外部センサーを使用すると、これらのリスクを軽減し、システムの監視および将来の障害予測能力を強化できます。センサーは監視対象のシステムによって制約されなくなるため、統合されたセンサーシステムを使用でき、高度なテレメトリおよび管理ソリューションが利用できるようになります。これにより、新しいワイヤレステクノロジを使用できるようになり、センサーシステムのメンテナンスが削減され、より効率的な運用が可能になります。クラウドベースの監視も導入でき、組織は単一の中央施設からメンテナンス業務を管理することで、業務の効率を高めることができます。警告条件に対してプッシュ通知を設定することもできるので、従業員が機器の適切な動作を常に監視する必要なく、障害をすぐに認識できます。最後の利点は、2番目のセンサーを一時的にインストールして読み取り値を確認し、不要なダウンタイムを防ぐことができるため、健全性チェックも簡単に実行できることです。 

幸いなことに、TIのSimpleLink Multi-Standard SensorTag を使用すると、外部センサーの追加が簡単、迅速、かつ簡単なプロセスになり、一貫したワイヤレス インターフェイスによってデータ収集が単一の統合システムに簡素化されます。SensorTagの主な機能を表1に示します。

アプリケーションに応じて、統合されたTI CC2650 ワイヤレスMCUでBluetooth Smart、ZigBee、または6LoWPANワイヤレス テクノロジを使用できます。それぞれの低消費電力特性により、各SensorTagは1つのコイン型電池で数年間動作し、オフライン データ ストレージ用に4MBのシリアル フラッシュが搭載されています。各タグには10個のMEMSセンサーが統合されており、追加のセンサー、アクチュエータ、またはその他の拡張機能を収容できるDevPacksによって拡張性が提供されます。SensorTagアレイの起動プロセスを簡素化するために、TIは重要なドキュメントを提供し、展開を大幅に簡素化するAndroidおよびiOSアプリも提供しています。  

SensorTagは低コストで柔軟性が高いにもかかわらず、それを構成するコンポーネントは非常に高品質です。TIは、タグが信頼性が高く正確な測定を提供できるように自社製品を多数活用しており、残りのセンサーもトップクラスの信頼できるサプライヤーから調達しています。赤外線温度検知は、物体に直接接触することなく温度を測定できるTIの TMP007 MEMSサーモパイル センサーによって提供されます。 基準温度センサー、校正係数のストレージ、および内部数学エンジンを備えており、非常に正確な表面温度測定を提供します。 TIのHDC1000デジタル湿度センサーは超小型ですが、内部温度補正と、感知要素をパッケージの底部に配置する設計を活用して、環境汚染物質の影響を受けずに高精度を実現します。 TIのOPT3001は、統合されたTIセンサーを補完し、組み込みのフルスケール設定を使用して、0.01ルクスから最大83kルクスまでの人間の視覚と密接に相関する光検知を提供します。 これにより、23ビットの有効ダイナミック レンジと非常に正確な温度測定が可能になります。 他の統合センサーも非常に高品質です。 高度計と圧力センサーは、Bosch BMP280です。これは、高いEMC耐性と高度差に対する +/- 1 mの精度を備えた密閉型絶対気圧センサーです。  InvenSense MPU-9250は高精度の多軸モーション、回転、および方向検知に使用され、MederのMK24超小型リード センサーは磁気近接検知を提供します。 最後に、Knowles SPH0641LUデジタルMEMSマイクは、携帯電話やアナログの干渉に対する耐性を維持しながらオーディオ サポートを提供します。 SensorTagアセンブリのコスト最適化を必要とする大規模な展開の場合、TIは回路図やPCBアートワーク ファイルを含む完全な技術ドキュメントを提供しているため、必要なセンサーのみを活用するカスタム アセンブリを作成できます。 SensorTagにプリインストールされている機能よりも多くの機能を必要とするアプリケーションでは、TIのDevPacksによって有効化される拡張性を活用できます。 これらはSensorTag用にカスタム設計された拡張機能であり、追加のセンサー、ディスプレイ、またはアクチュエータを追加するために使用できます。 事前設定されたDevPackがいくつか用意されているほか、カスタマイズされたソリューションを効率的に開発できる設計ファイルも用意されています。 

TIのSimpleLink SensorTagsは、既存のセンサー設備を増強または置き換えるために使用できる産業用センサー アレイを迅速かつ効率的に展開するための革新的な製品を提供します。 SensorTagパッケージには長寿命で幅広いセンサーが組み込まれているため、幅広いセンシング ニーズとの互換性が確保され、DevPackの拡張性サポートによってさらに強化されます。 統合ワイヤレス インターフェイスとセットアップを簡素化する電話ベースのアプリを組み合わせることで、クラウド ベースの産業用センサー ソリューションをあらゆる組織で利用できるようになります。