Scelta dei sensori industriali giusti per un prodotto

I sensori industriali svolgono un ruolo cruciale in ambito industriale, in quanto convertono i parametri fisici in segnali utilizzabili per un'ampia gamma di applicazioni. Quindi, come può il progettista assicurarsi di scegliere il sensore industriale giusto per un prodotto?

I sensori industriali sono dispositivi utilizzati per monitorare, misurare e rilevare cambiamenti nelle condizioni ambientali o operative all'interno di ambienti industriali. Questi sensori convertono variabili fisiche come temperatura, pressione, vibrazioni, prossimità, luce, umidità o proprietà chimiche in segnali che possono essere misurati, analizzati o monitorati da un sistema o da un controller. I dati raccolti da questi sensori sono essenziali per l'automazione dei processi, il miglioramento della sicurezza e l'aumento dell'efficienza in vari settori, come quello manifatturiero, energetico, automotive, aerospaziale e altri ancora.

Figura 1: Un sensore ottico installato su un nastro trasportatore in una fabbrica. (Immagine per gentile concessione di Adobe Stock)

Il ruolo chiave dei sensori industriali

Il ruolo chiave dei sensori industriali non può essere sottovalutato: questi dispositivi sono fondamentali per consentire l'automazione, la sicurezza, le misure di controllo della qualità e altro ancora all'interno degli ambienti industriali.

I sensori industriali sono parte integrante dell'automazione dei processi, consentendo a macchine e sistemi di funzionare con un intervento umano minimo. Contribuiscono a garantire la precisione e l'uniformità di operazioni come le catene di montaggio, i sistemi robotici e i processi di confezionamento.

Monitorando le condizioni dell'apparecchiatura, come le vibrazioni, la temperatura o la pressione, i sensori possono fornire segnali precoci di potenziali avarie, consentendo una manutenzione predittiva e riducendo i tempi di fermo non programmati.

I sensori possono anche garantire che i processi di produzione soddisfino gli standard richiesti monitorando variabili quali temperatura, pressione e precisione dimensionale. Ad esempio, i sensori ottici possono misurare le dimensioni dei prodotti per garantire una qualità costante.

In ambienti pericolosi, queste funzioni possono essere fondamentali per rilevare condizioni di pericolo, come perdite di gas o calore eccessivo, e attivare allarmi o meccanismi di sicurezza per prevenire gli incidenti.

Al contempo, monitorando fattori come la temperatura, il consumo energetico o i livelli dei fluidi, i sensori possono contribuire a ottimizzare i processi, riducendo gli sprechi e il consumo energetico.

Inoltre, i sensori industriali possono consentire il monitoraggio in tempo reale di un'ampia gamma di processi industriali, fornendo dati ai sistemi di controllo per regolazioni e ottimizzazioni tempestive, contribuendo a garantire operazioni regolari ed efficienti.

Figura 2: Un sensore di vibrazioni che utilizza componenti magnetici per il rilevamento. (Immagine per gentile concessione di Adobe Stock)

La difficoltà di trovare il sensore industriale giusto per un prodotto

Con una gamma così ampia di sensori industriali da cui scegliere, la selezione dei sensori industriali giusti per un prodotto può spesso rivelarsi un compito complesso.

Una delle difficoltà principali è ottenere una documentazione chiara e completa dei sensori industriali. I diversi produttori possono spesso fornire livelli di dettaglio diversi, rendendo difficile il confronto diretto delle specifiche. La documentazione può talvolta essere eccessivamente tecnica o mancare di informazioni pratiche, rendendo difficile capire come il sensore possa integrarsi con i sistemi esistenti o funzionare in condizioni specifiche. Inoltre, in alcuni casi, la documentazione del prodotto potrebbe non essere aggiornata per riflettere i nuovi modelli o gli aggiornamenti del firmware, oppure potrebbe essere difficile da trovare sul sito web del produttore.

La diversità dei protocolli di comunicazione negli ambienti industriali rappresenta spesso un altro punto dolente nella scelta dei sensori. Gli ambienti industriali possono basarsi su una varietà di protocolli come Modbus, PROFINET, EtherNet/IP o altri. Alcuni sensori potrebbero non supportare determinati protocolli, creando un disallineamento con i sistemi di controllo esistenti o richiedendo modifiche lunghe e costose. C'è anche il problema dell'interoperabilità da affrontare: è fondamentale assicurarsi che il sensore selezionato possa comunicare efficacemente con l'hardware e il software esistenti. In alcuni casi, potrebbe essere necessario dell'hardware aggiuntivo (come gateway o convertitori) per rendere il sensore compatibile con il sistema, complicando ulteriormente l'integrazione.

L'integrazione con IO-Link è un altro di questi punti problematici, dato che lo standard di comunicazione è relativamente nuovo per sensori e attuatori. Sebbene offra vantaggi significativi, la sua adozione può comportare alcune sfide. La curva di apprendimento ripida, la disponibilità limitata di risorse di riferimento e la sua integrazione nei sistemi legacy sono solo alcuni esempi.

Infine, c'è sempre il problema di trovare un distributore che disponga di scorte sufficienti dei sensori richiesti. Questa sfida è particolarmente pressante nei settori che operano con modelli di inventario snelli o che richiedono una produzione just-in-time.

Fortunatamente, DigiKey si distingue nel mercato dei sensori industriali offrendo una vasta gamma di sensori di alta qualità provenienti da fornitori leader del settore. Questo aspetto verrà approfondito più avanti nell'articolo.

Figura 3: Un sensore ottico utilizzato in uno strumento di ispezione con visione artificiale per l'automazione. (Immagine per gentile concessione di Adobe Stock)

A cosa dare la priorità nella scelta di un sensore industriale?

Quando si sceglie un sensore industriale, seguire una gerarchia decisionale strutturata può semplificare il processo e garantire la scelta di un sensore che soddisfi i requisiti dell'applicazione. In generale, si può seguire una gerarchia decisionale simile alla seguente:

• Tipo di sensore - Cosa deve rilevare il sensore?
• Certificazioni del sensore - Il sensore deve rispettare certificazioni o standard specifici?
• Capacità di comunicazione - Il sensore è in grado di comunicare con l'infrastruttura di automazione esistente?
• Inventario e disponibilità - Il sensore è prontamente disponibile? Quali sono i tempi di consegna? Sono disponibili servizi di assistenza?
• Prezzo - Il prezzo del sensore è conveniente (in termini di costi iniziali, costi totali di proprietà e redditività del capitale investito) per il progetto?

L'utilizzo di questa struttura nella scelta di un sensore industriale può aiutare i clienti a restringere le opzioni e a trovare i sensori più adatti, ovvero quelli che soddisfano i requisiti tecnici, sono conformi alle certificazioni, si integrano con successo, sono facilmente reperibili e non hanno un costo eccessivo.

L'offerta DigiKey

DigiKey offre un'ampia gamma di sensori industriali per soddisfare quasi tutte le esigenze. La sua vasta gamma di sensori magnetici, di prossimità, di pressione e ottici comprende nomi importanti quali SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser e molti altri.

Figura 4: I sensori SNG-SPRC-002 (in alto) e SNG-SPRD-004 (in basso) di Honeywell. (Immagine per gentile concessione di Honeywell)

I sensori di velocità serie SNG-S di Honeywell sono un ottimo esempio della gamma di sensori magnetici di DigiKey, caratterizzati da un circuito integrato appositamente progettato e da un magnete permanente incapsulato in robusti contenitori di tipo sonda. Questi sensori rilevano le variazioni della densità di flusso del magnete quando viene avvicinato a un metallo ferroso, fornendo un'uscita digitale a impulsi con una frequenza proporzionale alla velocità di una ruota dentata. Le prestazioni del sensore dipendono da fattori quali il materiale del bersaglio, la geometria, la velocità, la distanza tra sensore e bersaglio e la temperatura. La serie SNG-S offre un ampio intervallo della temperatura di funzionamento, da -40 a +140 °C, è insensibile alla rotazione angolare durante l'assemblaggio e offre una sigillatura ambientale con grado di protezione IP69K. Inoltre, vanta una robusta immunità al rumore elettrico fino a 100 V/m, rilevamento a velocità zero, capacità di commutazione ad alta frequenza da 0 Hz a 15 kHz e una tenuta O-ring per un montaggio sicuro. I sensori sono compatibili con tensioni di alimentazione da 4,5 V a 24 V e sono certificati CE.

Figura 5: Il sensore radar K50RF-8060-LDQ di Banner Engineering. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

La serie di sensori radar K50R R-GAGE di Banner Engineering è una delle vaste gamme di sensori di prossimità di DigiKey, che offre una soluzione robusta ed economica per ambienti interni ed esterni. Disponibili nei modelli 40° x 30° per una precisione paragonabile a quella dei sensori a ultrasuoni e nei modelli 80° x 60° per una copertura più ampia, questi sensori sono ideali per applicazioni quali i veicoli a guida automatica (AGV), la gestione del livello del serbatoio e il rilevamento dei veicoli nelle stazioni di ricarica EV. La serie K50R offre una semplice integrazione attraverso il software per sensori di misurazione di Banner e dispone di due opzioni di uscita discreta e analogica, con vari accessori di montaggio per un'installazione flessibile. Grazie al grado di protezione IP67, i sensori sono protetti da pioggia, neve, nebbia, vapore, vento e luce solare, assicurando un funzionamento ottimale in qualsiasi ambiente. Sono immuni a polvere, sporcizia e vapore, hanno effetti di temperatura minimi per misurazioni stabili e offrono un ampio intervallo di misurazione di 5 m con una zona morta corta di 50 mm. Inoltre, consentono il montaggio ravvicinato di più sensori senza interferenze, grazie all'assenza di diafonia.

Figura 6: Trasmettitori di pressione compatti serie Cerabar PMC21 di Endress+Hauser. (Immagine per gentile concessione di Endress+Hauser)

I trasmettitori di pressione compatti serie Cerabar PMC21 di Endress+Hauser presentano sensori ceramici, privi di olio, progettati per garantire la durata e la resistenza agli shock di pressione. Le celle in ceramica di questi dispositivi eccellono nelle applicazioni a bassa pressione e a vuoto. La serie PMC21 misura pressioni assolute e relative da 100 mbar a 40 bar. La comunicazione avviene principalmente attraverso un segnale da 4 mA a 20 mA, collegato tramite una spina M12 o di tipo a valvola. La gamma di sensori e la connessione di processo devono essere personalizzati per soddisfare le esigenze specifiche dell'applicazione. Costruiti per gli ambienti difficili dell'industria di processo, questi trasmettitori vantano gradi di protezione fino a IP68, una membrana Ceraphire altamente resistente e un alloggiamento in acciaio inox 316L. Grazie alle molteplici certificazioni, incluse le approvazioni per l'uso marittimo o in aree pericolose, sono adatti a un'ampia gamma di applicazioni. Gli utenti beneficiano della facilità d'uso, delle alte prestazioni, della stabilità a lungo termine e della qualità superiore dei materiali dei dispositivi.

DigiKey offre ai suoi clienti anche una fantastica gamma di sensori ottici, come la telecamera industriale basata su eventi VOC di Pepperl+Fuchs o la serie CLV69x di SICK.

Figura 7: VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 di Pepperl+Fuchs. (Immagine per gentile concessione di Pepperl+Fuchs)

La telecamera industriale per eventi VOC di Pepperl+Fuchs è progettata per la registrazione video basata su eventi fino a 60 secondi prima e dopo un segnale di attivazione, facilitando la diagnostica remota mirata e la documentazione automatica. La telecamera acquisisce il video quando si verifica un malfunzionamento oppure un processo o uno stato predefinito, con l'indicazione automatica di data e ora e un'interfaccia User Datagram Protocol per la sovrapposizione di testo dinamico, che rende il recupero dei file semplice e veloce. Ideale per il monitoraggio di magazzini automatizzati a soffitti alti e applicazioni di sicurezza, è dotata di un'interfaccia web per l'accesso ai file video e ai flussi live, di un buffer circolare video per la registrazione automatica e si attiva tramite UDP, API REST o ingresso hardware digitale per l'integrazione. La telecamera supporta distanze di montaggio da 0,05 m all'infinito, offre risoluzioni fino a 1280 x 720 (HD) e può memorizzare fino a 10.000 eventi su una scheda microSD da 8 GB. Funziona con una tensione da 18 V c.c. a 28 V c.c. e utilizza protocolli come TCP/IP, HTTP, FTP e RTSP, con un grado di protezione IP65.

Figura 8: Gli scanner di codici a barre CLV690-1000 (sinistra) e CLV691-0000 (destra) di SICK. (Immagine per gentile concessione di SICK)

Gli scanner di codici a barre serie CLV69x di SICK hanno la tecnologia SMART+ incorporata per la ricostruzione dei codici, che consente al dispositivo di leggere anche i codici a barre contaminati e danneggiati. Questi scanner di codici a barre 1D a montaggio fisso offrono eccellenti prestazioni di lettura, alta velocità di elaborazione e alta precisione, con una funzione di messa a fuoco automatica che utilizza la misurazione della distanza integrata per la lettura dei codici indipendente dall'altezza all'interno del campo di scansione. Inoltre, il sistema operativo SOPAS ET, di facile utilizzo, assicura la semplice parametrizzazione. Grazie al tracciamento integrato, lo scanner può gestire applicazioni standard senza richiedere un controller di sistema aggiuntivo. La sua connettività innovativa, che comprende la memorizzazione dei parametri incorporata, consente la rapida sostituzione dello scanner e l'agevole integrazione in diverse applicazioni. Le caratteristiche principali includono l'autofocus in tempo reale per un'ampia profondità di campo, la tecnologia con connettore cloning flessibile, le comunicazioni CAN, Ethernet e seriali, nonché funzioni avanzate di ordinamento, filtraggio e logica. Un grafico a barre a LED integrato con pulsanti migliora l'usabilità.

Conclusione

Grazie all'ampia selezione di sensori industriali di DigiKey, i clienti trovano il sensore giusto per le loro esigenze specifiche, fornendo un valore senza pari nel settore dell'automazione. SICK e Banner sono rinomate per i loro sensori avanzati e per i contributi innovativi all'integrazione IoT. Pepperl+Fuchs eccelle nella comunicazione dei sensori, mentre Endress+Hauser è leader nella strumentazione di misurazione, in particolare per il rilevamento della pressione e dei fluidi. Sebbene sia un'azienda più piccola, Honeywell offre sensori specializzati che arricchiscono il variegato portafoglio di DigiKey, più ampio di quello dei suoi concorrenti.