Výběr správných průmyslových senzorů pro daný produkt

Průmyslové senzory, které převádějí fyzické parametry na signály, hrají klíčovou úlohu ve výrobním prostředí. Jak tedy může konstruktér zajistit výběr správného senzoru pro daný produkt?

Průmyslové senzory jsou zařízení používaná k monitorování, měření a zjišťování změn okolních nebo provozních podmínek v průmyslovém prostředí. Tyto senzory převádějí různé fyzikální proměnné, například teplotu, tlak, vibrace, přiblížení, světlo, vlhkost nebo chemické vlastnosti, na signály, které lze měřit, analyzovat nebo monitorovat systémem či řídicí jednotkou. Data shromažďovaná těmito senzory jsou nezbytná pro automatizaci procesů, zlepšení bezpečnosti a zvýšení efektivity v různých průmyslových odvětvích, jako jsou výroba, energetika, automobilový průmysl, letecký průmysl a další.

Obrázek 1: optický senzor instalovaný na linkovém dopravníku v továrně. (Zdroj obrázku: Adobe Stock)

Klíčová role průmyslových senzorů

Klíčovou roli, kterou hrají průmyslové senzory, nelze podceňovat, neboť tato zařízení mají zásadní význam pro umožnění automatizace, bezpečnosti, opatření na kontrolu kvality a dalších aplikací průmyslového prostředí.

Průmyslové senzory jsou nedílnou součástí automatizačních procesů a umožňují provoz strojů a systémů s minimálním zásahem člověka. Pomáhají zajistit přesnost a konzistenci v operacích, jako jsou montážní linky, robotické systémy a balicí procesy.

Monitorováním stavu zařízení, jako jsou vibrace, teplota nebo tlak, mohou senzory poskytovat včasné varovné signály potenciálního selhání zařízení, což umožňuje prediktivní údržbu a snižuje neplánované prostoje.

Senzory mohou také zajistit, aby výrobní procesy splňovaly požadované standardy, a to sledováním proměnných, jako je teplota, tlak a rozměrová přesnost. Například optické senzory mohou měřit rozměry produktu, aby byla zajištěna trvalá kvalita.

V nebezpečných prostředích mohou mít tyto funkce zásadní význam při detekci nebezpečných stavů, jako jsou úniky plynu nebo nadměrné teplo, a spouštět alarmy nebo bezpečnostní mechanismy, aby se předcházelo nehodám.

Monitorováním faktorů, jako je teplota, spotřeba energie nebo hladiny kapalin, mohou senzory pomoci optimalizovat procesy, snížit plýtvání a spotřebu energie.

Průmyslové senzory mohou dále podporovat monitorování široké škály průmyslových procesů v reálném čase, odesílat data do řídicích systémů pro včasné úpravy a optimalizace, což pomáhá zajistit hladký a efektivní provoz.

Obrázek 2: senzor vibrací využívající k detekci magnetismus. (Zdroj obrázku: Adobe Stock)

Nesnáze při hledání správného průmyslového senzoru pro daný produkt

S tak širokou škálou průmyslových senzorů na výběr může být volba těch správných modelů pro daný produkt často složitým úkolem.

Jedním z hlavních problémů je získání přehledné a ucelené dokumentace pro průmyslové senzory. Různí výrobci mohou často poskytovat různé úrovně podrobností, čímž se přímé srovnávání technických údajů stává obtížným. Dokumentace může být někdy příliš technická nebo postrádat praktické informace, čímž je obtížné porozumět způsobu integrace senzoru se stávajícími systémy nebo jeho funkci ve specifických podmínkách. V některých případech také nemusí být dokumentace k produktu aktualizována, aby odrážela novější modely nebo aktualizace firmwaru, nebo její dohledání na webových stránkách výrobce může být obtížné.

Další problém při výběru senzorů také často představuje rozmanitost komunikačních protokolů v průmyslových prostředích. Průmyslová prostředí mohou využívat různé protokoly, například Modbus, PROFINET, EtherNet/IP a další. Některé senzory nemusejí určité protokoly podporovat, čímž vzniká neshoda se stávajícími řídicími systémy, nebo je nutné provést nákladné a časově náročné úpravy. Dále zde vzniká problém interoperability, s nímž je kritické zajistit, aby vybraný senzor mohl efektivně komunikovat se stávajícím hardwarem a softwarem. V některých případech může být vyžadován další hardware (jako jsou brány nebo převodníky) zajišťující kompatibilitu senzoru se systémem, což dále komplikuje integraci.

Vzhledem k tomu, že komunikační standard je pro senzory a aktuátory relativně nový, dalším z těchto problémových bodů je integrace s rozhraním IO-Link. Ačkoli nabízí významné výhody, jeho přijetí může přinášet určité problémy. Jako několik z mnoha příkladů těchto problémů lze uvést strmou křivku učení, omezenou dostupnost zdrojů znalostí a integraci rozhraní do starších systémů.

Nakonec vždy vzniká problém nalezení distributora, který má dostatečné zásoby požadovaných senzorů. Tato výzva je obzvláště naléhavá v odvětvích, která pracují s modely úsporných zásob nebo vyžadují včasnou výrobu.

Naštěstí společnost DigiKey vyniká na trhu průmyslových senzorů nabídkou široké škály vysoce kvalitních produktů od předních průmyslových dodavatelů. Totou oblastí se bude dále zabývat tento článek.

Obrázek 3: optický senzor používaný v nástroji pro kontrolu strojového vidění v automatizaci. (Zdroj obrázku: Adobe Stock)

Priority při výběru průmyslového senzoru

Při výběru průmyslového senzoru může dodržování strukturované rozhodovací hierarchie zjednodušit proces a zajistit, aby zvolený senzor splňoval požadavky aplikace. Obecně lze postupovat podle rozhodovací hierarchie, která má asi následující podobu:

• Typ senzoru - Co musí senzor detekovat?
• Certifikace senzoru - Musí senzor splňovat nějaké konkrétní certifikace nebo normy?
• Schopnost komunikovat - Je senzor schopen komunikovat se stávající infrastrukturou automatizace?
• Zásoby a dostupnost - Je senzor snadno dostupný, jaké jsou jeho dodací lhůty a jsou dostupné služby podpory?
• Cena - Je cena senzoru pro daný projekt nákladově efektivní, pokud jde o počáteční náklady, celkové náklady na vlastnictví a návratnost investic?

Sledování této struktury při výběru průmyslového senzoru může zákazníkům pomoci zúžit možnosti a nalézt nejvhodnější senzory, které splňující technické požadavky a certifikace, úspěšně se integrují, jsou snadno dostupné a nejsou velkou zátěží pro rozpočet.

Nabídka společnosti DigiKey

Společnost DigiKey nabízí širokou škálu průmyslových senzorů, které vyhovují téměř všem potřebám. Její široký sortiment magnetických senzorů, senzorů přiblížení, tlaku a optický senzorů zahrnuje velká jména, například společnosti SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl + Fuchs, Endress+Hauser a mnoho dalších.

Obrázek 4: senzor SNG-SPRC-002 (nahoře) a SNG-SPRD-004 (dole) od společnosti Honeywell. (Zdroj obrázku: Honeywell)

Snímače rychlosti řady řady SNG-S od společnosti Honeywell, které jsou ideálním příkladem sortimentu magnetických senzorů v nabídce společnosti DigiKey, jsou vybaveny speciálně navrženým integrovaným obvodem a permanentním magnetem umístěným v robustních pouzdrech typu sondy. Tyto senzory detekují změny hustoty magnetického toku během přiblížení k železnému kovu, a poskytují digitální impulzní výstup s frekvencí úměrnou rychlosti ozubeného kola. Výkon senzoru závisí na faktorech, jako je cílový materiál, geometrie, rychlost, mezera mezi snímačem/cílem a teplota. Senzory řady SNG-S nabízejí široký rozsah provozních teplot -40 °C až +140 °C, jsou necitlivé na úhlovou rotaci během montáže a poskytují utěsnění vůči vlivům okolního prostředí s klasifikací IP69K. Dále se mohou pochlubit robustní odolností proti elektrickému šumu dimenzovanou na 100 V/m, detekcí nulové rychlosti, podporou vysokofrekvenčního spínání 0 Hz až 15 kHz a těsnicím o-kroužkem pro bezpečnou montáž. Senzory jsou kompatibilní s napájecím napětím 4,5 V až 24 V a mají CE certifikaci.

Obrázek 5 radarový senzor K50RF-8060-LDQ od společnosti Banner Engineering. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Radarové snímače řady K50R R-GAGE od společnosti Banner Engineering jsou ukázkou jednoho z rozsáhlých sortimentů senzorů přiblížení společnosti DigiKey, která nabízí robustní a cenově výhodná řešení pro vnitřní i venkovní prostředí. Tyto senzory, které jsou k dispozici v modelech 40° x 30° poskytujících přesnost srovnatelnou s ultrazvukovými senzory a v modelech 80° x 60° zajišťujících širší pokrytí, jsou ideální pro aplikace, jako jsou automaticky naváděná vozidla (AGV), regulace hladiny nádrží a detekce vozidel na nabíjecích stanicích pro elektromobily. Řada K50R, která nabízí jednoduchou integraci prostřednictvím softwaru Banner Measurement Sensor, poskytuje možnosti duálního diskrétního a analogového výstupu s různým montážním příslušenstvím pro flexibilní instalaci. Díky krytí IP67 jsou senzory chráněny proti dešti, sněhu, mlze, páře, větru a slunečnímu záření, což zajišťuje vynikající provoz v jakémkoli prostředí. Senzory jsou imunní vůči prachu, nečistotám a páře, zajišťují stabilní měření díky minimálním teplotním vlivům a nabízejí měření v širokém rozsahu 5 m s krátkým pásmem necitlivosti 50 mm. Díky absenci přeslechů umožňují také blízkou montáž více senzorů bez vzájemného rušení.

Obrázek 6: kompaktní snímače tlaku řady Cerabar PMC21 od společnosti Endress+Hauser. (Zdroj obrázků: Endress+Hauser)

Kompaktní snímače tlaku řady Cerabar PMC21 od společnosti Endress+Hauser jsou vybaveny keramickými bezolejovými senzory navrženými pro dlouhou životnost a odolnost vůči tlakovým rázům. Jejich keramické články jsou ideální pro nízkotlaké a vakuové aplikace. Řada PMC21 měří absolutní tlaky i přetlaky v rozsahu 100 mbar až 40 bar. Komunikace je usnadněna především prostřednictvím signálu 4 mA až 20 mA připojeného přes konektor M12 nebo ventil. Rozsahy senzorů a jejich připojení k procesům by měly být upraveny na míru podle specifických potřeb aplikace. Tyto senzory, které byly vyrobeny pro náročná prostředí zpracovatelského průmyslu, se mohou pochlubit stupněm ochrany proti vniknutí až IP68, vysoce odolnou membránou Ceraphire a pouzdrem z nerezové oceli 316L. Díky mnoha certifikacím, včetně schválení pro nebezpečná prostředí a lodní průmysl, jsou vhodné pro širokou škálu aplikací. Uživatelé získávají přínos v podobě snadného použití, vysokého výkonu, dlouhodobé stability a vynikající kvality materiálu senzoru.

Společnost DigiKey nabízí svým zákazníkům také fantastickou řadu optických senzorů, jako jsou průmyslová kamera VOC pro snímání událostí od společnosti Pepperl+Fuchs nebo čtečky čárových kódů řady CLV69x od společnosti SICK.

Obrázek 7: kamera VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 od společnosti Pepperl+Fuchs. (Zdroj obrázku: Pepperl+Fuchs)

Průmyslová kamera VOC pro snímání událostí od společnosti Pepperl+Fuchs je navržena pro událostí řízený záznam videa až 60 sekund před a po spouštěcím signálu, což usnadňuje cílenou vzdálenou diagnostiku a automatickou dokumentaci. Kamera zachycuje video při výskytu poruchy, předdefinovaného stavu nebo procesu s automatickým časovým razítkem a rozhraním User Datagram Protocol pro dynamické textové překryvy, čímž je vyhledávání souborů rychlé a snadné. Tato kamera ,která je ideální pro monitorování automatizovaných vysokoregálových skladů a bezpečnostních aplikací, je vybavena webovým rozhraním pro přístup k videosouborům a živým přenosům, kruhovou vyrovnávací pamětí pro automatické nahrávání, a spouští se přes rozhraní UDP, REST API nebo digitální hardwarový vstup pro integraci. Kamera podporuje montážní vzdálenosti od 0,05 m do nekonečna, poskytuje rozlišení až 1280 x 720 (HD) a dokáže uložit až 10 000 událostí na 8GB microSD kartu. Pracuje na napětí 18 V DC až 28 V DC a podporuje protokoly jako jsou TCP/IP, HTTP, FTP a RTSP s krytím IP65.

Obrázek 8: čtečky čárových kódů CLV690-1000 (vlevo) a CLV691-0000 (vpravo) od společnosti SICK. (Zdroj obrázku: SICK)

Čtečky čárových kódů řady CLV69x společnosti SICK se dodávají s vestavěnou technologií rekonstrukce kódu SMART+, která umožňuje zařízení číst i kontaminované a poškozené čárové kódy. Tyto čtečky 1D čárových kódů s pevnou montáží poskytují vynikající čtecí výkon vysokorychlostní zpracování a vysokou přesnost s funkcí automatického ostření, která využívá vestavěné měření vzdálenosti pro čtení kódu nezávislé na výšce v rámci snímacího pole. Uživatelsky přívětivý operační systém SOPAS ET dále zajišťuje jednoduchou parametrizaci. Díky integrovanému sledování je čtečka schopná spravovat standardní aplikace, aniž by vyžadovala další systémový ovladač. Její inovativní konektivita, včetně vestavěného úložiště parametrů, umožňuje rychlou výměnu skeneru a snadnou integraci napříč různými aplikacemi. Klíčové funkce zahrnují velkou hloubku ostrosti díky automatickému ostření v reálném čase, technologii flexibilního klonování, CAN, Ethernet a sériovou komunikaci, jakož i pokročilé funkce třídění, filtrace a logické funkce. Integrovaný sloupcový LED graf s tlačítky zlepšuje použitelnost.

Závěr

Široký výběr průmyslových senzorů od společnosti DigiKey zaručuje, že zákazníci naleznou ten správný senzor pro své konkrétní potřeby, což v automatizačním odvětví přináší bezkonkurenční hodnotu. Společnosti SICK a Banner jsou známé svými pokročilými senzory a inovativními příspěvky k IoT integraci. Společnost Pepperl+Fuchs vyniká v oblasti senzorové komunikace, zatímco společnost Endress+Hauser zaujímá přední místo v oblasti měřicí přístrojové techniky, zejména na snímání tlaku a měření tekutin. Ačkoli je společnost Honeywell menším hráčem, nabízí specializované senzory vylepšující rozmanité portfolio společnosti DigiKey, které je rozsáhlejší než portfolio kteréhokoli z jejího konkurentů.