Att välja rätt industrisensorer för en produkt

Industriella sensorer spelar en avgörande roll i industriella miljöer, där de omvandlar fysiska parametrar till signaler som kan användas för en mängd olika tillämpningar. Så hur kan konstruktören se till att rätt industriell sensor väljs för en produkt?

Industriella sensorer är enheter som används för att övervaka, mäta och upptäcka förändringar i miljö- eller driftsförhållanden i industriella miljöer. Sensorerna omvandlar fysiska variabler som temperatur, tryck, vibration, närhet, ljus, fuktighet eller kemiska egenskaper till signaler som kan mätas, analyseras eller övervakas av ett system eller en styrenhet. Den information som samlas in av sensorerna är avgörande för att automatisera processer, förbättra säkerheten och öka effektiviteten inom olika branscher som tillverkning, energi, fordonsindustri, rymd- och flygindustri med mera.

Figur 1: En optisk sensor installerad på ett transportband i en fabrik. (Bildkälla: Adobe Stock)

Industriella sensorer har en nyckelroll

Den nyckelroll som industriella sensorer har kan inte underskattas, då dessa enheter är avgörande för att möjliggöra automatisering, säkerhet, åtgärder för kvalitetskontroll, med mera i industriella miljöer.

Industriella sensorer är en viktig del av automatiseringen av processer och gör att maskiner och system kan användas med minimal mänsklig inblandning. De gör det lättare att säkerställa precision och konsekvens i verksamheter som monteringslinjer, robotsystem och förpackningsprocesser.

Genom att övervaka utrustningens tillstånd, som t.ex. vibrationer, temperatur eller tryck, kan sensorer ge tidiga varningssignaler om potentiella fel på utrustningen, vilket möjliggör förebyggande underhåll och minskar antalet oplanerade driftstopp.

Sensorer kan även säkerställa att tillverkningsprocesserna uppfyller de standarder som krävs genom att övervaka variabler som temperatur, tryck och måttnoggrannhet. Optiska sensorer kan t.ex. mäta produktens mått för att garantera en konsekvent kvalitet.

I farliga miljöer kan dessa funktioner vara avgörande för att upptäcka osäkra förhållanden, t.ex. gasläckage eller överhettning, och utlösa larm eller säkerhetsmekanismer för att förhindra olyckor.

Genom att övervaka faktorer som temperatur, energianvändning och vätskenivåer kan sensorer bidra till att optimera processer och minska avfall och energiförbrukning.

Industriella sensorer kan dessutom möjliggöra realtidsövervakning av en stor mängd industriella processer och mata in information till styrsystem för justeringar och optimeringar vid lämplig tidpunkt, vilket bidrar till att säkerställa en smidig och effektiv drift.

Figur 2: En vibrationssensor som använder magnetteknik för detektering. (Bildkälla: Adobe Stock)

Svårigheten att hitta rätt industrisensor för en produkt

Med ett så stort utbud av industriella sensorer att välja mellan kan det ofta vara en komplicerad uppgift att välja rätt industriella sensorer för en produkt.

En av de största svårigheterna är att få fram tydlig och heltäckande dokumentation för industriella sensorer. Olika tillverkare kan ofta tillhandahålla olika detaljnivåer, vilket gör det svårt att jämföra specifikationerna direkt. Dokumentationen kan ibland vara alltför teknisk eller sakna praktisk information, vilket gör det svårt att förstå hur sensorn integreras med befintliga system eller fungerar vid specifika förhållanden. I vissa fall kan det dessutom hända att produktens dokumentation inte är uppdaterad för att återspegla nyare modeller eller uppdateringar av firmware, eller att den är svår att hitta på tillverkarens webbplats.

De många olika kommunikationsprotokollen i industriella miljöer utgör ofta en annan svårighet när man ska välja sensorer. Industriella miljöer kan använda sig av en mängd olika protokoll, t.ex. Modbus, PROFINET, EtherNet/IP eller andra. Vissa sensorer kanske inte stöder vissa protokoll, vilket skapar en missanpassning med befintliga styrsystem eller kräver kostsamma och tidskrävande modifieringar. Det finns även ett problem med driftskompatibilitet, och det är viktigt att säkerställa att den valda sensorn kan kommunicera effektivt med befintlig hård- och mjukvara. I vissa fall kan det krävas ytterligare hårdvara (t.ex. gateways eller omvandlare) för att sensorn ska bli kompatibel med systemet, vilket ytterligare försvårar integrationen.

Integrering med IO-Link är en annan av dessa problemställningar, eftersom kommunikationsstandarden är relativt ny för sensorer och ställdon. Även om den har betydande fördelar kan införandet av den medföra vissa utmaningar. En brant inlärningskurva, begränsad tillgång till kunskapsresurser och integrering i äldre system är bara några exempel.

Slutligen finns det alltid ett problem med att hitta en distributör som har ett tillräckligt stort lager av de sensorer som krävs. Utmaningen är särskilt stor i branscher som arbetar med lite varor på lager eller kräver tillverkning efter behov.

Tack och lov sticker DigiKey ut på marknaden för industriella sensorer genom att erbjuda ett omfattande sortiment av högkvalitativa sensorer från branschledande leverantörer. Detta kommer att undersökas närmare längre fram i artikeln.

Figur 2: En optisk sensor som används i ett inspektionsverktyg för maskinseende inom automation (Bildkälla: Adobe Stock)

Vad ska man prioritera när man väljer en industriell sensor

När man väljer en industriell sensor kan man genom att följa en strukturerad beslutshierarki förenkla processen och säkerställa att den valda sensorn uppfyller tillämpningens krav. I allmänhet kan man följa en beslutshierarki som ser ut ungefär så här:

• Typ av sensor - Vad ska sensorn känna av?
• Sensorcertifieringar - Måste sensorn uppfylla några specifika certifieringar eller standarder?
• Förmåga att kommunicera - Har sensorn förmåga att kommunicera med befintlig automationsinfrastruktur?
• Lagerhållning och tillgänglighet - Är sensorn lättillgänglig, vilka är ledtiderna, finns det supporttjänster tillgängliga?
• Pris - Är priset på sensorn kostnadseffektivt för projektet med avseende på initialkostnader, totala ägandekostnader och avkastning på investeringen?

Genom att följa den här strukturen när man väljer en industrisensor kan man hjälpa kunder att begränsa alternativen och hitta de mest lämpliga sensorerna som uppfyller tekniska krav, överensstämmer med certifieringar, integreras på ett bra sätt, är lättillgängliga och inte kostar skjortan.

Erbjudandet från DigiKey

DigiKey erbjuder ett stort sortiment av industriella sensorer för nästan alla behov. Det omfattande sortimentet av magnetiska sensorer, närhetssensorer, trycksensorer och optiska sensorer omfattar stora namn som SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser och många fler.

Figur 4: SNG-SPRC-002 (överst) och SNG-SPRD-004 (nederst) från Honeywell. (Bildkälla: Honeywell)

Hastighetssensorer i serien SNG-S från Honeywell är ett bra exempel på DigiKeys utbud av magnetiska sensorer, med en specialkonstruerad integrerad krets och en permanentmagnet i robusta kapslingar av prob-typ. Sensorerna känner av förändringar i magnetens flödestäthet när den närmar sig järnhaltig metall och levererar en digital pulsutgång med en frekvens som är proportionerlig mot ett kugghjuls hastighet. Sensorns prestanda beror på faktorer som målmaterial, geometri, hastighet, avstånd mellan sensor/mål samt temperatur. Serien SNG-S har ett brett drifttemperaturområde på -40 °C till +140 °C, är okänslig för vinkelrotation vid montering och har en miljöklassificering enligt IP69K. Den har dessutom en robust immunitet mot elektriska störningar upp till 100 V/m, nollhastighetsdetektering, högfrekvent omkoppling från 0 till 15 kHz och en O-ringstätning för säker montering. Sensorerna är kompatibla med matningsspänningar från 4,5 till 24 V och är CE-certifierade.

Figur 5: Radarsensorn K50RF-8060-LDQ från Banner Engineering. (Bildkälla: Banner Engineering)

Radarsensorserien K50R R-GAGE Från Banner Engineering är ett av DigiKeys omfattande sortiment av närhetssensorer och är en robust och kostnadseffektiv lösning för både inom- och utomhusmiljöer. Sensorerna, som finns i modeller med 40° x 30° för precision jämförbar med ultraljudssensorer och modeller med 80° x 60° för bredare täckning, är perfekta för tillämpningar som AGV (automatiskt styrda fordon), hantering av tanknivå och avkänning av fordon vid laddstationer för elfordon. Serien K50R har enkel integration via programmet Banner Measurement Sensor och har alternativ med dubbla diskreta och analoga utgångar, samt olika monteringstillbehör för flexibel installation. Med en IP67-klassificering är sensorerna skyddade mot regn, snö, dimma, ånga, vind och solljus, vilket garanterar en överlägsen drift i alla miljöer. De är immuna mot damm, smuts och ånga, har minimala temperatureffekter för stabila mätningar och ett stort mätområde på 5 m med en kort dödzon på 50 mm. De möjliggör dessutom nära montering av flera sensorer utan störningar, tack vare avsaknaden av överhörning.

Bild 6: Kompakta trycksändare i serien Cerabar PMC21 från Endress+Hauser. (Bildkälla: Endress+Hauser)

Kompakta trycksändare i serien Cerabar PMC21 från Endress+Hauser är keramiska, oljefria sensorer som är utformade för hållbarhet och motståndskraft mot tryckstötar. Deras keramiska celler utmärker sig i tillämpningar med lågt tryck och vakuum. Serien PMC21 mäter både absolut- och övertryck i intervallet 100 mbar till 40 bar. Kommunikationen sker främst via en signal på 4 till 20 mA, som ansluts via en M12- eller ventilkontakt. Sensorns område och processanslutningen bör specialanpassas för att uppfylla specifika tillämpningsbehov. Sändarna är konstruerade för processindustrins krävande miljöer och har en kapslingsklassificering upp till IP68, ett mycket tåligt Ceraphire-membran och ett hölje av rostfritt stål 316L. Med flera certifieringar, inklusive godkännande för explosionsfarliga områden och marina godkännanden, är de lämpliga för en stor mängd tillämpningar. Användare kan nytta av enheternas användarvänlighet, höga prestanda, långsiktiga stabilitet och överlägsna materialkvalitet.

DigiKey har även ett fantastiskt utbud av optiska sensorer för sina kunder, t.ex. Pepperl+Fuchs VOC industriell händelsekamera eller serien CLV69x från SICK.

Bild 7: VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 från Pepperl+Fuchs. (Bildkälla: Pepperl+Fuchs)

Den industriella händelsekameran VOC från Pepperl+Fuchs är utformad för händelsestyrd videoinspelning i upp till 60 sekunder före och efter en aktiveringssignal, vilket underlättar riktad fjärrdiagnostik och automatisk dokumentation. Kameran spelar in en video när ett fel, en fördefinierad status eller en process inträffar, med automatisk tidsstämpling och ett User Datagram Protocol-gränssnitt för dynamiska textöverlägg, vilket gör filhämtning snabb och enkel. Den är perfekt för övervakning av automatiserade höglager och säkerhetstillämpningar och har ett webbgränssnitt för åtkomst till videofiler och liveströmmar, en videoringbuffert för automatisk inspelning och triggers vi6a UDP, REST API eller digital hårdvaruingång för integration. Kameran har stöd för monteringsavstånd från 0,05 m till oändligt, har upplösningar på upp till 1280 x 720 (HD) och kan lagra upp till 10 000 händelser på ett 8 GB microSD-kort. Den drivs med 18 till 28 VDC och använder protokoll som TCP/IP, HTTP, FTP och RTSP, med en IP65-skyddsklassificering.

Figur 8: CLV690-1000 (överst) och CLV691-0000 (nederst) från SICK. (Bildkälla: SICK)

Serien CLV69x med streckkodsläsare från Sick har inbyggd SMART+ teknik för kodrekonstruering, vilket gör att enheten kan läsa även smutsiga och skadade streckkoder. Dessa läsare för 1D-streckkoder med fast montering har utmärkt läsprestanda, höghastighetsbearbetning och hög noggrannhet, med en autofokusfunktion som använder inbyggd avståndsmätning för höjdoberoende kodläsning inom skanningsfältet. Dessutom garanterar det användarvänliga operativsystemet SOPAS ET en enkel parameterinställning. Med integrerad spårning kan scannern hantera standardtillämpningar utan att det krävs någon extra styrenhet i systemet. Dess innovativa anslutningsmöjligheter, inklusive inbyggd lagring av parametrar, gör det möjligt att snabbt byta skanner och enkelt integrera den i olika tillämpningar. Viktiga funktioner inkluderar autofokus i realtid för stort skärpedjup, flexibel teknik för cloning-plug, CAN-, Ethernet- och seriell kommunikation samt avancerade funktioner för sortering, filtrering och logik. En inbyggd lysdiodsstapel med tryckknappar förbättrar användbarheten.

Sammanfattning

DigiKeys stora sortiment av industriella sensorer säkerställer att kunder hittar rätt sensor för sina specifika behov, vilket ger ett oöverträffat värde inom automationsindustrin. SICK och Banner är välkända för sina avancerade sensorer och innovativa bidrag inom IoT-integration. Pepperl+Fuchs utmärker sig inom sensorkommunikation, medan Endress+Hauser är ledande inom mätinstrument, särskilt för tryck- och vätskemätning. Även om Honeywell är en mindre aktör har företaget specialiserade sensorer som kompletterar DigiKeys mångsidiga sortiment, som är mer omfattande än någon av konkurrenternas.