应用
工业过程自动化中的传感器
精密制造高度依赖工业过程自动化,以实现连续运行并帮助降低受伤风险。
随着制造过程复杂度的提升,需要更多的制衡机制来保持其平稳运行。 工厂、发电厂、制造厂和炼油厂仅是其中部分依赖传感器实现工作流程自动化的设施。以往需要人工定期进行的安全与质量检查,如今传感器能持续提供关于液体温度、管道内压力与流量或储罐液位的数据流。在大型设施中,曾经需要长途跋涉至每个检查点的操作,现在仅需瞥一眼屏幕即可实时查看数据。过程自动化不仅改善了数据质量并节省了人力,还能通过减少人员接触原材料以及最小化密封件和阀门的磨损来降低风险。
几乎任何可测量的条件都能通过传感器进行追踪,构建起一个有助于预测故障、提升效率并维持秩序的数据网络。通过即时且持续地检测和处理工况,传感器能够实现仅靠人工劳动无法达到的精度与一致性水平。
航空航天与国防、医疗器械与制药以及半导体制造均在严格受控的环境中开展,以防止缺陷产生。遍布生产流程的传感设备用于即时标记任何偏差,这些偏差若未被识别和纠正,可能毁掉整批产品。
自装配线发明以来,重复性任务在制造业中一直很常见,但传感器通过提供即时反馈的能力使这项工作更加精细化。自动化任务以远超人类能力的速度运行,不会疲劳或分心,而压力与位置传感器则对生产规格保持严密控制。批量自动化等定制流程可追踪成本偏差,序列化批次可追溯以满足监管要求。
存在检测
过程自动化高度依赖存在检测来实现高效运行。 当目标物体进入检测区域时,传感器通过发送信号来触发动作。这可能使系统记录数据、改变设备行为或标记需要人工干预。在生产线上,压力或位置传感器可用于实现高精度、高速的自动计数。对于更复杂的应用,磁性和其他接近传感器可组合使用以检测多种材料。这样就能在最终检验和包装之前,通过验证构成成品的所有组件是否齐全且定位准确,实现质量控制。如果“合格”率下降,检测人员可快速检查流程以确定缺陷的根本原因,从而减少浪费并提高效率。
这些系统的可定制特性意味着新信息能够快速反馈,从而对既定需求作出及时响应。例如,针对零件松动的投诉,生产团队可对硬件进行额外检查,验证螺丝是否完全拧紧。调整灵敏度也有助于质量控制:既可提高灵敏度以识别人眼无法察觉的缺陷和污染物,也可降低灵敏度以忽略导致误报的灰尘和细微颗粒。多个传感器的输入可用于创建复杂互锁机制,只有在同时满足多个位置参数时设备才会动作。
光学传感器与压力传感器可组合用于库存追踪,实现对特定存储区域物料和零件的自动监控。通过在库存不足时向系统发出警报,企业可维持稳定供货,避免过度采购或缺货。长期来看,历史记录能显示宏观趋势以制定更精准的需求预测。这对依赖具有有限保质期或精密存储要求的原材料行业(如制药或微电子)尤为有用。
安全与安防
自动化在安全与安防领域发挥着重要作用,保护人员与资产安全。 传感器用于预防事故伤害、控制及检测区域准入,并保护贵重设备与知识产权。将工业物联网与摄像头及人工智能集成可进一步增强这些功能,使安防系统具备预测能力和即时响应能力。例如,运动传感器与视频流能区分正常人体运动与摔倒行为,触发紧急停止以避免伤害。
虽然定期检查是工业安全计划的重要组成部分,但意外部件故障仍可能发生。振动和温度传感器能检测到人眼无法感知的微小变化,这些变化预示着故障的初始阶段。结合历史数据,这些传感器警报可使系统管理员在便利时段安排计划停机,仅维修或更换必要部件,从而优化成本与库存管理。此外,振动传感器还能检测表明篡改或破坏行为(如钻孔或撬动设备)的移动或声音。
压力传感器用于安全垫和安全边,保护员工免受自动化设备产生的挤压、剪切和夹点伤害。当这些传感器表面受到足够压力时,两个导电板接触形成完整电路。产生的电信号触发安全动作。安全垫是铺设在机器周围特定区域的地面覆盖物,若有人进入危险区域即停止运行。安全边是直接安装在机器运动部件上的柔性条带,设计用于在受到撞击时停止或反向运动。这些最适用于特定的线性危险源,例如电动门或机械臂。
与紧急停止 (e-stop) 按钮配合使用时,接近传感器和光学传感器可监测未经授权的旁路或篡改。这既能确保员工遵守正确的上锁/挂牌程序,也允许工人在紧急情况下主动触发立即停机。安全互锁开关采用类似自动化传感器,在设备运行时防止进入防护区域,若安全机制被抬起或打开则立即停止运行。对于精密安防需求,篡改检测传感器用于检测指定资产物理边界的破坏情况。定制多层复合材料包裹或折叠于资产周围,在遭受物理或化学破坏时发出警报。任何试图拆除、绕过或更改传感器的行为都会被记录下来。这些传感器对于处理敏感数据的行业以及维护公共设施和其他关键服务的控制系统至关重要。
光幕是通过一个发射器和一个接收器构建光幕屏障的安全装置。可根据手指、手部或全身进行校准,当光束被阻断时,会触发警报或停止相连设备。由于它们感知但不物理阻挡移动,因此不会妨碍通行、影响人机工程学或阻挡视觉检查。光幕适用于需要频繁或必要人工干预但必须谨慎操作的场景。任何涉及高速运行、高压、切割危险或夹点的自动化流程均可受益于光幕。常见应用包括冲压机、物料搬运与物流、机器人工作单元及汽车装配线。光幕还可监控员工或客流量以遵守消防规范的人员密度限制,或调整特殊环境条件。出于安防目的,光幕能监控出入口记录访问情况,或警告未经授权的进出。
运动传感器,特别是位置和交通传感器,用于跟踪限制区域的活动。对行人、叉车和自动导引车的运行进行记录分析以生成流量图。这些数据用于创建交通管理系统,优化路线并防止碰撞,从而保障员工安全与设备完整性。简化的工作流不仅能预防伤害和改进物流,还可通过确定最小必要行程来减少专用设备的磨损。此外,运动传感器可向现场管理人员警示特定区域的未授权访问,保护物理资产和数据资产免受恶意侵害。
环境合规
员工与设备保护常被列为最高优先级,而环境保护则是工业自动化大显身手的另一领域。 流体与压力传感器提供实时数据,检测异常化学状况、保护系统完整性并确认符合环保法规。流体传感器可监测储罐和管道内的成分与流量,维持危险或腐蚀性液体有效处理及维护所需参数。压力传感器通过预警可能预示泄漏或即将爆裂的异常低压或高压来维持容器结构。由于潜在泄漏可能污染土壤和地下水,早期检测对于控制影响范围和促进恢复至关重要。此外,使用传感器可减少手动测试需求,从而降低人员接触危险流体的频率。