Oikeiden teollisuusantureiden valitseminen tuotetta varten

Teollisuusantureilla on erittäin tärkeä rooli teollisuusympäristöissä, sillä ne muuntavat fyysiset parametrit signaaleiksi, joita voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa. Joten miten suunnittelija voi varmistaa, että tuotteeseen valitaan oikea teollisuusanturi?

Teollisuusanturit ovat komponentteja, joita käytetään teollisuusympäristössä monitoroimaan, mittaamaan ja tunnistamaan muutoksia ympäristö- tai toimintaolosuhteissa. Nämä anturit muuttavat fyysiset muuttujat, kuten lämpötilan, paineen, tärinän, läheisyyden, valon, kosteuden tai kemialliset ominaisuudet, signaaleiksi, joita järjestelmä tai ohjain voi mitata, analysoida tai monitoroida. Näiden antureiden keräämät tiedot ovat olennaisen tärkeitä prosessien automatisoinnissa, turvallisuuden parantamisessa ja tehokkuuden lisäämisessä eri teollisuudenaloilla, kuten valmistusteollisuudessa, energia-alalla, autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusalalla sekä muilla aloilla.

Kuva 1: Optinen anturi, joka on asennettu tehtaan linjakuljettimeen. (Kuvan lähde: Adobe Stock)

Teollisuusantureiden keskeinen rooli

Teollisuusantureiden keskeistä roolia ei tule aliarvioida, sillä nämä laitteet ovat erittäin tärkeitä automaation, turvallisuuden, laadunvalvontatoimenpiteiden ja muiden toimintojen mahdollistamiseksi teollisuusympäristöissä.

Teollisuusanturit ovat olennainen osa prosessien automatisointia, ja niiden avulla koneet ja järjestelmät voivat toimia mahdollisimman autonomisesti ilman ihmisten toimenpiteitä. Ne auttavat varmistamaan toiminnan tarkkuuden ja johdonmukaisuuden mm. kokoonpanolinjoilla, robottijärjestelmissä ja pakkausprosesseissa.

Monitoroimalla laitteiden tilaa, kuten tärinää, lämpötilaa tai painetta, anturit voivat antaa varhaisia varoitusmerkkejä mahdollisista laitevioista, mikä mahdollistaa ennakoivan kunnossapidon ja vähentää suunnittelemattomia seisokkeja.

Antureilla voidaan myös monitoroida sellaisia muuttujia kuten lämpötilaa, painetta ja mittatarkkuutta ja tällä tavoin varmistaa, että valmistusprosessit täyttävät vaaditut standardit. Optiset anturit voivat esimerkiksi mitata tuotteen mittoja yhdenmukaisen laadun varmistamiseksi.

Vaarallisissa ympäristöissä nämä ominaisuudet voivat olla avainasemassa vaarallisen tilan (esimerkiksi kaasuvuoto tai liiallinen kuumuus) havaitsemisessa ja hälytysten tai turvamekanismien käynnistämisessä onnettomuuksien estämiseksi.

Samalla anturit voivat auttaa optimoimaan prosesseja sekä vähentämään hukkaa ja energiankulutusta monitoroimalla esimerkiksi lämpötilaa, energiankulutusta tai nestetasoja.

Lisäksi teollisuusanturit mahdollistavat erilaisten teollisuusprosessien reaaliaikaisen seurannan ja syöttävät tietoja ohjausjärjestelmiin oikea-aikaisia säätöjä ja optimointeja varten, mikä on tärkeää sujuvan ja tehokkaan toiminnan mahdollistamiseksi.

Kuva 2: Värähtelyanturista käyttää mittaamiseen magneettikenttää. (Kuvan lähde: Adobe Stock)

Oikean teollisuusanturin löytäminen tuotteeseen on haaste

Koska erilaisia teollisuusantureita on tarjolla niin paljon, oikeiden teollisuusantureiden valitseminen tuotteeseen voi usein osoittautua monimutkaiseksi tehtäväksi.

Yksi suurimmista haasteista on saada selkeä ja kattava dokumentaatio teollisuusantureita varten. Eri valmistajat antavat usein toisistaan poikkeavia tietoja, mikä vaikeuttaa teknisten tietojen suoraa vertailua. Dokumentaatio voi joskus olla liian teknistä tai siitä voi puuttua käytännön tietoa, jolloin on vaikea ymmärtää, miten anturi integroituu olemassa oleviin järjestelmiin tai miten se toimii tietyissä olosuhteissa. Lisäksi joskus tuotteen dokumentaatiota ei päivitetä vastaamaan uudempia malleja tai laiteohjelmistopäivityksiä, tai niitä voi olla vaikea löytää valmistajan verkkosivustolta.

Tietoliikenneprotokollien moninaisuus teollisuusympäristöissä on usein toinen ongelmakohta antureita valittaessa. Teollisuusympäristöissä voidaan käyttää erilaisia protokollia, kuten Modbus, PROFINET, EtherNet/IP tai muita. Jotkin anturit eivät välttämättä tue tiettyjä protokollia, jolloin ne eivät sovi yhteen käytössä olevien ohjausjärjestelmien kanssa ja saattavat vaatia kalliita ja aikaa vieviä muutoksia. Myös yhteentoimivuus on usein ongelma. On tärkeää varmistaa, että valittu anturi voi kommunikoida tehokkaasti käytettävien laitteistojen ja ohjelmistojen kanssa. Joissakin tapauksissa saatetaan tarvita lisälaitteita (kuten yhdyskäytäviä tai muuntimia), jotta anturi saataisiin yhteensopivaksi järjestelmän kanssa, mikä tietenkin tuo lisähaasteita integrointiin.

Integrointi IO-Linkin kanssa on toinen näistä ongelmakohdista, koska kyseinen viestintästandardi on suhteellisen uusi anturien ja toimilaitteiden kannalta. Vaikka se tarjoaa merkittäviä etuja, sen käyttöönottoon voi liittyä omia haasteitaan. Jyrkkä oppimiskäyrä, osaamisresurssien rajallinen saatavuus ja sen integrointi vanhoihin järjestelmiin ovat vain muutamia esimerkkejä.

Lopuksi on aina ongelmana löytää jakelija, jolla on varastossa riittävästi tarvittavia antureita. Tämä haaste on erityisen huomattava teollisuudenaloilla, joissa käytetään lean-varastomallia tai jotka vaativat just-in-time-valmistusta.

Onneksi DigiKey erottuu edukseen teollisuusanturimarkkinoilla tarjoamalla laajan valikoiman korkealaatuisia antureita alan johtavilta toimittajilta. Tätä tarkastellaan tarkemmin myöhemmin artikkelissa.

Kuva 3: Optinen anturi, jota käytetään automaattisessa konenäköä hyödyntävässä tarkastustyökalussa. (Kuvan lähde: Adobe Stock)

Mitkä tekijät on asetettava etusijalle teollisuusanturia valittaessa

Teollisuusanturia valittaessa jäsennellyn päätöksentekohierarkian noudattaminen voi yksinkertaistaa prosessia ja varmistaa, että valittu anturi täyttää sovelluksen vaatimukset. Yleensä voidaan noudattaa päätöksentekohierarkiaa, joka näyttää suunnilleen seuraavalta:

• Anturityyppi - mitä anturin on havaittava?
• Anturien sertifioinnit - pitääkö anturin noudattaa tiettyjä sertifiointeja tai standardeja?
• Tuki kommunikoinnille - pystyykö anturi kommunikoimaan käytössä olevan automaatioinfrastruktuurin kanssa?
• Varasto ja saatavuus - onko anturia helposti saatavana, mitkä ovat toimitusajat, onko tukipalveluja saatavilla?
• Hinta - onko anturin hinta kustannustehokas projektin alkukustannusten, kokonaiskustannusten ja sijoitetun pääoman tuoton kannalta?

Tämän rakenteen noudattaminen teollisuusanturia valittaessa voi auttaa asiakkaita rajaamaan vaihtoehtoja ja löytämään sopivimmat anturit, jotka täyttävät tekniset vaatimukset, täyttävät sertifioinnit, jotka voidaan integroida menestyksellisesti, ovat helposti saatavana ja jotka sopivat projektin budjettiin.

DigiKeyn tarjonta

DigiKey tarjoaa laajan valikoiman teollisuusantureita lähes kaikkiin tarpeisiin. Sen kattava valikoima magneetti-, läheisyys-, paine- ja optisia antureita sisältää sellaisia isoja nimiä kuten SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser ja paljon muita.

Kuva 4: Honeywellin SNG-SPRC-002 (ylhäällä) ja SNG-SPRD-004 (alhaalla). (Kuvan lähde: Honeywell)

Honeywellin SNG-S-sarjan nopeusanturit ovat hyvä esimerkki DigiKeyn magneettianturivalikoimasta. Niissä käytetään erityisesti suunniteltua mikropiiriä ja kestomagneettia sekä lujatekoista mittapäätyyppistä koteloa. Nämä anturit havaitsevat muutokset magneetin vuontiheydessä, kun rautaa sisältävää metallia lähestyy niitä, ja antavat digitaalisen pulssilähdön, jonka taajuus on verrannollinen hammaspyörän nopeuteen. Anturin suorituskyky riippuu muun muassa kohdemateriaalista, geometriasta, nopeudesta, anturin ja kohteen välisestä etäisyydestä ja lämpötilasta. SNG-S-sarja tarjoaa laajan käyttölämpötila-alueen −40 °C ... +140 °C, kulmakiertymä kokoonpanon aikana ei vaikuta siihen ja se tarjoaa suojausluokituksen IP69K. Lisäksi se tarjoaa robustin sähköisen häiriönsietoluokituksen 100 V/m, nollanopeuden tunnistuksen, korkeataajuisen kytkennän 0 Hz ... 15 kHz sekä O-rengastiivisteen luotettavaa asennusta varten. Anturit tukevat syöttöjännitteitä 4,5 V ... 24 V ja niillä on CE-sertifiointi.

Kuva 5: K50RF-8060-LDQ-tutka-anturi Banner Engineeringiltä. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

Banner Engineeringin K50R R-GAGE-tutka-anturisarja on hyvä esimerkki DigiKeyn laajasta läheisyysanturivalikoimasta ja se tarjoaa lujatekoisen ja kustannustehokkaan ratkaisun sekä sisätiloihin että ulkotiloihin. Näitä antureita on saatavana 40° x 30° -malleina, joiden tarkkuus vastaa ultraääniantureita, sekä 80° x 60° -malleina, joiden mittausalue on laajempi. Ne soveltuvat erinomaisesti sellaisiin sovelluksiin kuten AGV-ajoneuvot (Automated Guided Vehicle), säiliötason hallintaan sekä ajoneuvojen havaitsemiseen sähköautojen latausasemilla. K50R-sarjan integrointi on Banner Measurement Sensor -ohjelmiston avulla yksinkertaista. Laite tarjoaa kaksi diskreettiä ja analogista lähtövaihtoehtoa sekä erilaisia asennustarvikkeita, jotka tekevät asennuksesta joustavaa. IP67-luokitus tarkoittaa, että anturit on suojattu sateelta, lumelta, sumulta, höyryltä, tuulelta ja auringonvalolta, mikä takaa erinomaisen toiminnan kaikissa ympäristöissä. Ne ovat immuuneja pölylle, lialle ja höyrylle. Lämpötila vaikuttaa mittaustarkkuuteen hyvin vähän, mikä parantaa mittausten stabiiliutta. Niiden mittausalue on leveä 5 metriä ja kuollut alue vain 50 mm. Koska niissä ei esiinny ylikuulumista, useita antureita voidaan asentaa lähelle toisiaan ilman että ne häiritsisivät toisiaan.

Kuva 6: Endress+Hauserin Cerabar PMC21 -sarjan kompaktit painelähettimet. (Kuvan lähde: Endress+Hauser)

Endress+Hauserin Cerabar PMC21 -sarjan kompaktit painelähettimet tarjoavat keraamiset ja öljyttömät anturit, jotka on suunniteltu lujatekoisiksi ja kestämään voimakkaita painevaihteluita. Niiden keraamiset kennot ovat erinomaisia matalapaine- ja tyhjiösovelluksissa. PMC21-sarja mittaa sekä absoluuttisia että mittaripaineita 100 millibaarista 40 baariin. Tiedonsiirtoon käytetään ensisijaisesti M12- tai venttiililiittimeen kytkettävää 4 mA ... 20 mA:n signaalia. Anturivalikoima ja prosessiliitäntä on räätälöitävä vastaamaan halutun sovelluksen vaatimuksia. Nämä prosessiteollisuuden vaativiin olosuhteisiin suunnitellut lähettimet tarjoavat jopa IP68-suojausluokituksen, erittäin kestävän Ceraphire-kalvon sekä ruostumattomasta 316L-teräksestä valmistetun kotelon. Ne soveltuvat monenlaisiin sovelluksiin ja niillä on useita sertifikaatteja, mukaan lukien hyväksynnät räjähdysvaarallisiin tiloihin ja merenkulkuun. Käyttäjät hyötyvät laitteiden helppokäyttöisyydestä, korkeasta suorituskyvystä, pitkäaikaisesta stabiilisuudesta ja erinomaisesta materiaalilaadusta.

DigiKey tarjoaa asiakkailleen myös upean valikoiman optisia antureita, kuten Pepperl+Fuchs VOC-teollisuustapahtumakamera tai SICK CLV69x-sarja.

Kuva 7: VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 Pepperl+Fuchsilta. (Kuvan lähde: Pepperl+Fuchs)

Pepperl+Fuchsin VOC-teollisuustapahtumakamera on suunniteltu tapahtumapohjaiseen videotallennukseen jopa 60 sekuntia ennen ja jälkeen laukaisusignaalin, mikä helpottaa kohdennettua etädiagnostiikkaa ja automaattista dokumentointia. Kamera tallentaa videokuvaa, kun toimintahäiriö, ennalta määritetty tila tai prosessi tapahtuu, ja siinä on automaattinen aikaleimaus ja User Datagram Protocol -rajapinta dynaamisia tekstipeitteitä varten, mikä tekee tiedostojen hakemisesta nopeaa ja helppoa. Se on ihanteellinen automatisoitujen korkeiden varastotilojen ja turvallisuussovellusten valvontaan, ja se tarjoaa web-käyttöliittymän videotiedostojen ja reaaliaikaisen suoratoiston käyttämistä varten, videorengaspuskurin automaattista tallennusta varten sekä UDP- ja REST API -laukaisimet ja digitaalisen laitteistotulon integrointia varten. Kamera tukee asennusetäisyyksiä 0,05 metristä äärettömään, tarjoaa jopa 1280 x 720 (HD) resoluution ja voi tallentaa jopa 10 000 tapahtumaa 8 GB:n microSD-kortille. Se toimii jännitteellä 18 VDC ... 28 VDC ja käyttää protokollia TCP/IP, HTTP, FTP ja RTSP. Laitteen suojausluokka on IP65.

Kuva 8: CLV690-1000 (vasemmalla) & CLV691-0000 (oikealla) yritykseltä SICK. (Kuvan lähde: SICK.)

SICK CLV69x -sarjan viivakoodiskannerit käyttävät SMART+-rekonstruktiotekniikkaa, jonka ansiosta laite pystyy lukemaan myös likaantuneet ja vaurioituneet viivakoodit. Nämä kiinteästi asennettavat 1D-viivakoodiskannerit tarjoavat erinomaisen lukutehokkuuden, datan nopean käsittelyn ja korkean tarkkuuden. Niissä on myös automaattitarkennus, joka käyttää sisäänrakennettua etäisyydenmittausta korkeudesta riippumattomaan koodin lukemiseen skannauskentän sisällä. Lisäksi käyttäjäystävällinen SOPAS ET -käyttöjärjestelmä takaa yksinkertaisen parametrisoinnin. Integroidun seurannan ansiosta skannerilla voidaan hallita vakiosovelluksia ilman ylimääräistä järjestelmäohjainta. Sen innovatiivinen liitettävyys, mukaan lukien sisäänrakennettu parametrien tallennus, mahdollistaa skannerin nopean vaihdon ja helpon integroinnin eri sovelluksiin. Tärkeimpiä ominaisuuksia ovat reaaliaikainen automaattitarkennus korkeaa syväterävyyttä varten, joustava kloonausliitäntätekniikka, CAN, Ethernet ja sarjaliikenne sekä kehittyneet lajittelu-, suodatus- ja loogiset toiminnot. Integroitu ledipalkkikaavio ja painikkeet parantavat käytettävyyttä.

Yhteenveto

DigiKeyn laaja teollisuusantureiden valikoima takaa, että asiakkaat löytävät oikean anturin omia erityistarpeitansa varten. Tämä tarjoaa vertaansa vailla olevaa lisäarvoa automaatioalalla. SICK ja Banner ovat tunnettuja edistyksellisistä antureistaan ja innovatiivisesta panoksestaan IoT-integraatiossa. Pepperl+Fuchs on huippuluokkaa anturiviestinnässä, kun taas Endress+Hauser on johtava mittauslaitteissa, erityisesti paineen ja nesteen mittauksessa. Vaikka Honeywell onkin pienempi toimija, se tarjoaa erikoistuneita antureita, jotka täydentävät DigiKeyn monipuolista tuotevalikoimaa, joka on laajempi kuin millään sen kilpailijoista.