技術の急速な発展とインダストリー4.0の概念の台頭により、工場自動化は急速な発展を遂げているホットな分野となっています。この記事では、関連する市場とアプリケーションをより深く理解していただくために、工場自動化の開発を促進するための現在のテクノロジーとソリューションをいくつか紹介します。
IO-Linkは複雑な産業プロセスを最適化します
IO-Linkは、一連のファクトリーオートメーション機器の主要技術として、ファクトリーオートメーションフィールドバスの通信規格から独立した通信システムであり、スマートセンサーとアクチュエータをオートメーションシステムに接続することに専念しています。IEC 61131-9規格の小型センサーおよびアクチュエータ用のシングルドロップ デジタル通信インターフェイス (SDCI) を使用して、スマート センサーおよびアクチュエータが自動化システムと対話できるように電気接続モードとデジタル通信プロトコルを標準化します。
ファクトリーオートメーションアプリケーションでは、専用のインターフェースまたはブリッジを介してファクトリーオートメーションシステムで一般的に使用される通信プロトコルと簡単に統合できます。これは、既存のネットワークを拡張してリモートセンサーとアクチュエータを接続するためのシンプルなソリューションです。このアーキテクチャにより、開発者はインダストリアル4.0またはインダストリアルIoT (IIoT) の概念を最大限に活用できるようになり、各センサーとそれに関連するデータ ポイントを使用して、最も複雑な産業プロセスをリアルタイムで制御および最適化できるようになります。
STマイクロエレクトロニクスは、IO-Linkネットワークプラットフォームの構築を支援するために、最小のフォームファクタでIO-Linkをサポートするセンサーとアクチュエータの直列接続を実現できるトランシーバー、保護IC、STM8（8ビット）およびSTM32（32ビット）マイクロコントローラを提供しています。L6364は、産業用センサー アプリケーション向けのデュアル チャネル トランシーバーです。IO-Link規格をサポートするように設計されており、センサーまたはアクチュエータ機能を備えたマイクロコントローラと24 V電源および信号ケーブル間のブリッジとして機能します。
通常の動作では、L6364は起動時にSPIインターフェイスを介してマイクロコントローラによって構成されます。通常、L6364は単一の入力/出力IO-Linkデバイスとして動作し、マイクロコントローラによって構成された出力ラインを駆動します。デバイスがIO-Linkマスター デバイスに接続されている場合、マスター デバイスは通信を開始し、マイクロコントローラとデータを交換しますが、L6364は通信の物理層として機能します。
さまざまなIO-Linkデバイスが導入プロセスを簡素化
オムロンは、カラーマーク検出器、光電センサー、IO-Linkマスターデバイス、近接センサーなど、工場自動化向けのIO-Link標準ソリューションも提供しています。センサーとコントローラーをIO-Linkで接続することで、入射光量などセンサーの動作を安定させるために必要な情報がすべて確認できます。センサーレベルでの監視と誤検知により、ダウンタイムを削減でき、予知保全に役立ち、試運転時間を短縮します。
オムロンのE3S-DC-ILは、信号対雑音比の高いカラーマーク検出器で、IO-Linkを介して通信してリアルタイムの出力監視を提供し、リモート構成変更を実現します。E3S-DC-ILは、狭いビームと大きなレンズにより、さまざまな角度に傾いたワークを安定して検出できます。効率的な光学技術により高い出力が得られ、わずかな色の違いも安定して検出できます。高輝度RGB LED光源を搭載し、光量の向上、光沢のあるワークピースの取り扱い、ノイズの徹底低減を実現します。高ダイナミックレンジにより黒色から鏡面まであらゆる対象物をカバーし、モノのインターネットにも対応し、IO-Link対応モデルも提供しています。RGB情報は高速IO-Link通信を介してホストデバイスに送信され、最適なしきい値が設定され、誤検出が低減されます。
IO-LinkをサポートするE3Zセンサーを使用すると、ユーザーは簡単に設定やトラブルシューティングを行うことができ、E3Z-ILセンサーを使用すると、光や出力の不安定性の検出を設定できます。IO-Linkはセンサーレベルの情報を可視化し、ダウンタイムを短縮し、センサー内の故障部品や状態変化をリアルタイムで通知し、突然の故障の頻度を減らします。入射光レベルモニターは、誤検出を回避して切り替え効率を向上させ、個々のセンサーIDを一括でチェックして試運転時間を大幅に短縮し、3種類の誘導方法と3種類の接続方法を提供します。
NX I/Oシステムは、さまざまなI/Oデバイスを提供します。超高速内部バス システムはEtherCATネットワークの分散クロックと同期され、システム内で確定的なI/O操作を実現し、機械メーカーは機械の生産性と出力品質を向上させることができます。EtherNet/IPバス カプラは、CJシリーズPLCなどで非同期で使用できます。
GXシリーズIO-Linkマスターユニットは、センサーレベルの通信を可視化し、機械のダウンタイムを削減し、異常検出時の復旧時間を最小限に抑えることができます。予知保全のために状態監視を実施できます。固有の個体識別番号により、メンテナンス時間を短縮できます。また、ネジなし端子を備えたマスターユニットで、水やほこりの多い環境に適したIP67保護クラスを備えています。IO-Linkマスター ユニットは、最大8個の光電センサーと近接センサーを接続できます。
E2E DC 3線式標準IO-Link近接センサー
オムロンは、IO-Linkの追加機能を備えた標準E2E DC 3線式近接センサーを導入しました。リアルタイムの状態監視とリモート センサー構成をサポートし、物体が遠すぎるか近すぎるかを通知し、切り替え効率を向上させ、鉄金属の検出に使用できます。さらに、E2EQ-IL誘導型近接センサにはスラグ耐性コーティングが施されており、溶接スラグの蓄積を防ぎ、出力の変化を回避できるほか、IO-Linkと組み合わせてセンサレベルデータを取得できます。E2EQ-ILは、溶接スパッタ環境でも使用できる近接センサーです。E2E DCと同様の機能特性を持ちますが、フッ素樹脂コーティングを施しており、耐スパッタ性に優れています。
振動センサーは予知保全を促進
自動化の度合いが高まるにつれ、大量生産・小型システム（機械スピンドル、コンベアベルト、選別テーブル、工作機械など）の需要が高まっています。これらのシステムでは、より優れた予測メンテナンスが必要であり、機械のダウンタイムの短縮が重要な考慮事項となります。これまで、加速度計（振動センサー）は主に、高負荷の高性能機械（風車、産業用ポンプ、コンプレッサー、HVACシステムなど）の状態監視に使用されていました。しかし、デジタル産業の変革に伴い、大容量かつ小型の機械の需要が増加しており、さまざまな加速度計技術を使用して産業状況を監視できるようになりました。
TEが導入した圧電振動センサーには圧力トランジスタが含まれており、機械が外部からの励起 (機械的振動など) を受けて応力が発生すると、自動的に信号を生成します。ほとんどの圧電センサーはチタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) セラミックをベースとしており、分極されて双極子が整列し、圧電結晶が生成されます。PZTクリスタルは、温度範囲が広く、ダイナミック レンジが広く、帯域幅が広い (> 20kHzで使用可能) ため、状態監視アプリケーションに最適です。
TEは、2つの平行なコンデンサ プレート間を移動する振動質量の静電容量変化から加速度測定値を取得できる可変容量振動センサーも導入しました。静電容量の変化は加えられた加速度に比例します。可変容量加速度計は、非常に小さな静電容量の変化を電圧出力に変換するために、ICをセンシング要素に密接に結合する必要があります。この変換プロセスにより、通常、信号対雑音比が低下し、ダイナミック レンジが制限されます。可変容量センサーは通常、シリコン ウェハーで作られ、小型電気機械システム (MEMS) チップに加工されます。
結論
IO-Link規格をサポートするデバイスは、複雑な産業プロセスを最適化し、工場自動化システムの導入の難しさを簡素化できます。さらに、振動センサーは、機械のダウンタイムを削減するための予知保全に使用され、工場自動化の開発にとって極めて重要です。工場の自動化が直面する問題をテクノロジーで解決できる限り、インダストリー4.0の推進はより大きな利益をもたらすでしょう。