Les capteurs industriels sont un élément essentiel de l’automatisation industrielle et de l’Industrie 4.0. Les capteurs de mouvement, d'environnement et de vibration surveillent l'état de l'équipement, y compris le positionnement linéaire ou angulaire, la détection d'inclinaison, le nivellement et la détection d'impact ou de chute. Les capteurs de mouvement industriels spécialisés basés sur des composants de système micro-électro-mécanique (MEMS) conviennent aux applications de l'industrie 4.0, avec une large bande passante de détection de fréquence mécanique, une fiabilité élevée, une stabilité de mesure et un fonctionnement précis jusqu'à 105 degrés.
Capteurs d'automatisation industrielle
Les capteurs industriels sont un élément essentiel de l’automatisation industrielle et de l’Industrie 4.0. Les systèmes de capteurs industriels sont généralement alimentés en 24 V CC, ce qui diffère considérablement des capteurs des systèmes grand public alimentés par des alimentations 3 V ou 5 V. Par conséquent, les systèmes de capteurs industriels nécessitent une gestion de l’énergie supplémentaire pour piloter efficacement les capteurs. Ils utilisent des sorties numériques, telles que IO-Link, qui se connectent directement aux microcontrôleurs ou même aux émetteurs-récepteurs sans fil. Les sorties de données analogiques sont généralement conditionnées par des amplificateurs opérationnels et liées à des convertisseurs analogiques-vers-numériques (ADC) au sein des microcontrôleurs.
1. Capteurs environnementaux
Dans les environnements d'automatisation d'usine, les capteurs environnementaux mesurant la température, l'humidité relative, la pression et le bruit audible sont généralement alimentés en 24 V CC. Ces capteurs utilisent généralement le protocole de communication IO-Link pour générer des données au format numérique.
2. Capteurs d'images
En tant que cœur des systèmes de vision industrielle, la détection d'images est principalement déployée dans des applications qui calculent des objets physiques, calculent leur poids et leur volume et inspectent leur forme. Les capteurs d'images HDR (High Dynamic Range) offrent une suite de fonctionnalités essentielles, notamment des pilotes de mise au point automatique (AF) et des algorithmes de correction de l'ombrage de l'objectif (LSC), pour prendre en charge la conception de capteurs d'images industriels-hautes performances.
3. Capteurs de mouvement et de vibrations
La détection et la détection de mouvements et de vibrations jouent un rôle essentiel dans les applications d'automatisation industrielle, notamment le positionnement linéaire ou angulaire, l'inclinaison et le nivellement, la surveillance de l'état des moteurs et la détection des impacts et des chutes. Généralement alimentés par un rail 24 V CC, les capteurs inertiels utilisent généralement le protocole de communication IO-Link pour générer des données au format analogique ou numérique.
4. Capteurs de proximité
Les capteurs de proximité détectent la présence ou la distance d'objets à proximité sans contact physique. Ils peuvent être construits à l'aide de divers principes, notamment des changements capacitifs ou inductifs en réponse à des cibles métalliques ou à la lumière infrarouge, ou en mesurant le temps-de-vol (ToF) des photons dans un faisceau lumineux.
ST propose une gamme de capteurs de mouvement et d'environnement MEMS, des microcontrôleurs STM8 8-bits et STM32 32 bits, ainsi que des solutions de connectivité étendues (filaires ou sans fil, y compris IO-Link) pour aider les concepteurs de systèmes de capteurs à relever avec succès ces défis.
Les capteurs d’automatisation industrielle sont disponibles en différents types, notamment :
1. Capteurs de température
Les capteurs de température vont des dispositifs à coefficient de température positif aux dispositifs à coefficient de température négatif et aux RTD (détecteurs de température à résistance).
Les thermistances à coefficient de température positif (PTC) sont des résistances avec un coefficient de température positif, ce qui signifie que leur résistance augmente à mesure que la température augmente. Ceux-ci sont généralement constitués de silicium pour fournir des caractéristiques linéaires. En revanche, les thermistances PTC de type commutateur- présentent une courbe de mesure de température non linéaire. À mesure que la thermistance chauffe, sa résistance diminue jusqu'à atteindre une température critique, après quoi elle augmente.
Ils sont utilisés avec des relais de surveillance dans les enroulements de moteur des équipements industriels pour fournir une protection contre la surchauffe contre les dommages à l'isolation. La courbe de réponse non linéaire provoque une forte augmentation de la résistance à la température maximale autorisée de l'enroulement, déclenchant le relais pour éviter une surchauffe. Il peut ensuite être relié à un réseau de capteurs sans fil.
Les thermistances à coefficient de température négatif (NTC) présentent une résistance décroissante avec l'augmentation de la température. Ils maintiennent la précision sur une large plage de températures de 0 degré à 70 degrés avec une tolérance de ±0,1 degré ou ±0,2 degré, offrant une excellente stabilité à long-terme.
Ces ensembles de sondes à thermistance sont couramment déployés dans l'IIoT et les usines intelligentes pour le diagnostic des pannes. Les éléments de capteur à thermistance peuvent surveiller divers systèmes et relier les réseaux de capteurs sans fil au cloud.
CI de capteurs de température analogiques et numériques
2. Capteurs de proximité
Les capteurs de proximité inductifs détectent les métaux à proximité, améliorant ainsi la sécurité de l'interface homme-machine (IHM). Disponible en versions CC à 2-fils et 3 fils, ainsi qu'en capteurs avec amplificateurs séparés pour un fonctionnement à grande vitesse.
Les capteurs de télémétrie laser (lidar) permettent la détection d'objets dans-topologies unidimensionnelles, telles que les capteurs de mouvement infrarouges sur les lignes de convoyeur.. 2Les capteurs D LiDAR fonctionnent comme des capteurs de position pour identifier l'emplacement des composants sur les lignes de production.
Capteurs de proximité et de temps-de-vol (ToF)
3. Capteurs de vibrations
Les capteurs de vibrations utilisent des éléments accéléromètres MEMS ou des cristaux piézoélectriques pour mesurer la fréquence de vibration et s'adapter aux harmoniques des systèmes surveillés. Ils fournissent des données critiques pour le diagnostic des pannes, tandis que les accéléromètres servent de capteurs de mouvement pour mesurer l'inclinaison, la chute et l'impact. Accéléromètres, gyroscopes, unités de mesure inertielle (IMU), boussoles électroniques
4. Autres capteurs : capteurs de pression, de pH, de débit, d'humidité, à ultrasons, PIR et photoélectriques
Les autres capteurs utilisés dans l'automatisation comprennent les capteurs de pression, les capteurs de pH pour mesurer l'acidité des liquides, ainsi que les capteurs de débit, les capteurs d'humidité et les capteurs à ultrasons pour surveiller les actionneurs. Les capteurs PIR, les capteurs photoélectriques et les codeurs rotatifs peuvent servir de fins de course pour les mesures de seuil dans les systèmes d'automatisation industrielle.
Tous ces capteurs IoT se connectent aux passerelles via des réseaux de capteurs industriels (filaires ou sans fil), qui sont ensuite reliés à l'IoT pour-des analyses et une surveillance de l'état en temps réel. Capteurs industriels propriétaires de ST.
Capteurs et réseaux sans fil industriels
Les réseaux de capteurs sans fil industriels utilisent une large gamme de protocoles, du Bluetooth à courte portée-au Zigbee en passant par le Wi-Fi.
Pour les réseaux de capteurs sans fil industriels à longue portée-(IWSN), une communication sans fil LoRa à faible-puissance inférieure-GHz peut être utilisée.
Les modems cellulaires représentent une option-plus coûteuse pour les réseaux de capteurs sans fil, mais offrent la fiabilité des réseaux de télécommunications. Ceci est important pour les débits de données plus élevés fournis par les systèmes de vision industrielle. Dans le cadre de l'IoT, la vidéo peut être renvoyée vers le cloud pour analyse.
La consommation d'énergie est un facteur critique pour les réseaux de capteurs industriels, car des milliers de nœuds de capteurs et leurs émetteurs-récepteurs sans fil consomment une énergie considérable. Certains protocoles de routage sans fil consomment intrinsèquement moins d’énergie, principalement grâce à des cycles d’utilisation plus faibles. Une puissance plus élevée est parfois nécessaire dans les applications-à forte charge pour surmonter les interférences, garantissant ainsi une collecte de données fiable et la fiabilité du réseau.