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以先进智慧传动 实现工业4.0愿景
智慧感测是一切基础

【作者: 王岫晨】2021年10月28日 星期四

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第四次工业革命已持续了数年,其发展趋势丝毫不减。


感测技术让生产流程更为透明,而智慧感测是所有应用的基础。


透过先进智慧传动,是实现今天智慧工厂产线的重要关键。



智慧传动元件通常包含了智慧感测器、传动元件等不同元素,在这当中,最重要的当然是把守第一关讯号撷取的智慧感测器。要谈到智慧传动元件时,或许可以先从智慧感测器谈起。智慧感测器是一种从物理环境中撷取输入讯号,并使用内建的运算资源,在检测到特定输入时,执行预先定义功能的设备,并且在传递数据之前先行处理数据。


智慧感测器

智慧感测元件可以更准确、更自动化地收集环境数据,并在准确记录的资讯中减少错误的杂讯产生。这些设备使用於各种环境中的监测和控制机制,包括工业4.0、智慧电网、环境侦察、探索和许多科学应用等。


智慧感测元件也是物联网(IoT)中至关重要且不可或缺的元素,在这种日益普遍的环境中,几??可以想像到的任何事物都可以配备特殊标示,并能够透过物联网或类似的网路来传输数据。智慧感测元件的一种实现方式,是作为无线感测器和执行器网路(WSAN)的组件,其节点数量可达到数千个,每个节点都与一个或多个其他感测器和感测器集线器,以及单独的执行器连接。


在这其中的运算资源通常由低功耗行动微处理器所提供。一般来说,智慧感测器都是由感测器、微处理器和通信技术所组成。运算资源必须是整体设计的一个组成部分,如果仅只用来发送其数据以进行远端处理的感测器,并不被视为智慧感测器。这也说明了一件很重要的事:智慧感测器必须具备一定程度的边缘运算能力。


智慧感测器将基础感测器与运算资源整合起来,进而能够处理感测器的输入讯号。基础感测器是提供感测能力的元件。它可能用於感应热量、光线或压力。通常基础感测器会产生类比讯号,在使用之前必须对其进行处理。这就是智慧感测器的整合运算技术发挥作用的地方。透过微处理器滤除讯号杂讯并将感测器讯号转换为可用的数位格式。智慧感测器还包含整合的通讯功能,使它们能够连接到专用网路或物联网上。这使得其与外部设备的通讯成为可能。



图1 : 感测技术让生产流程更为透明,而智慧感测是所有应用的基础。
图1 : 感测技术让生产流程更为透明,而智慧感测是所有应用的基础。

智慧感测器有无数的使用方式,对於工业环境尤其重要,这正是工业4.0背後的驱动力。智慧感测器只要整合传动装置,就能进行智慧传动的工业应用。在工厂中,通常使用智慧温度感测器来确保机器不会过热,并使用振动感测器来确保机器不会有振动过大的风险。智慧感测器还支援流程控制,用於监控生产流程,例如制造物品,并进行可能需要的任何调整,以满足高品质的生产目标。在过去,这些都是必须透过手动的方式来进行,但现在只要透过智慧传动装置,就可以进行自动化的生产流程管控。


智慧感测器在现代化的安全系统中也发挥着关键作用。例如热成像感测器可用於检测入侵者的体温。同样的,智慧锁、运动感测器以及门窗感测器等设备通常连接到公共网路。这使得安全感测器能够协同运作,以全面监控当前的安全状态。


工业感测应用

工业环境中常见使用的智慧感测器主要有五种类型。尽管现今使用的专用感测器类型很多,但它们通常都是下列五种感测器的其中一种。


●液位感测器:液位感测器用於测量容器中占据的空间体积。车辆的燃油表可能连接到监控油箱中,监控燃油液位的液位感测器。


●温度感测器:温度感测器是一种可以监控工厂环境温度的感测器,以便在必要时采取防护措施。例如,在工业环境中,温度感测器可用於确保机器不会过热。


●压力感测器:压力感测器通常用於监测管道中气体或流体的压力。压力突然下降可能表示存在泄漏或流量控制问题。


●红外感测器:红外感测器,可以用於热成像相机或非接触式红外温度计,或者用於温度监测。另一些红外感测器还包括光学感测器,其频率使其能够看到红外光谱中的光。这些类型的感测器可用於医疗设备,例如脉搏血氧仪设备,以及设计用於遥控操作的电子设备等。


●接近感测器:接近感测器用於检测人或物体相对於感测器的位置。在工业环境中,接近感测器可以跟?整个产线中的人员活动。


实现智慧工厂


图2 : 今日智慧工厂将操作性生产层面与IT层面相结合,因此带来了新的数位化挑战。
图2 : 今日智慧工厂将操作性生产层面与IT层面相结合,因此带来了新的数位化挑战。

近年来,开始有人提出了完全联网工厂的概念。在今天,第四次工业革命已持续了数年,其发展趋势丝毫不减。几??随时都会增加新的内容,例如人工智慧、深度学习、数位双生等,这些在智慧型感测器中都有相应的应用,而工业环境也凭藉这些技术推动新的变革,并不断突破原有的极限。


工业中的变革无所不在。在不久之前,我们还以为工业变革的内容主要是透过生产的智慧联网,而今天则远不止於此。今日的智慧工厂将操作性生产层面与IT层面相结合,因此带来了新的数位化挑战。


第四次工业革命很早就已透过机器的数位化与工业物联,改变了一切生产流程与方式。新技术让生产与物流中的真实与虚拟世界融合,这种发展被称为工业4.0。机器可自主相互通讯,并进一步优化流程。工业4.0明确地说,就是代表着工业领域中的网路化。


结语

感测技术让工业4.0中的生产流程更为透明,而其中,智慧感测器是所有下游应用的基础。简而言之:没有智慧感测技术,就没有工业4.0。与传统的未网路化感测器相比,工业4.0感测器提供的不仅仅是量测资料,还包括整合的分散式运算能力和灵活的可程式设计。智慧感测与控制共通应用技术包含感测器、软体、驱动控制组件系统等不同层面。并且透过传动器的整合,进一步成为了更先进的智慧传动系统,这也成为了实现今天智慧工厂产线的重要元素。


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