应用于工业4.0革命中的传感器技术介绍

从大约1760年到1840年，由蒸汽和水力推动的工业活动激增，使人们离开农场并进入工厂。第一次工业革命最终让位于第二次浪潮，其特点是装配线和大规模生产，其中货物制造比以往任何时候都更快，更便宜，并且电力的现成供应推动了努力。第三次“革命”，基于电子和IT系统的进步，在上个世纪进一步实现了自动化生产。今天，我们处于网络系统，物理系统和网络通信的交汇点，将智能机器结合到真正智能的分布式系统中。将这些元素组合在一起形成第四阶段 - 通常称为工业物联网（IIoT）或工业4.0--通过将机器和设备连接在一起来创建更智能，更具竞争力的工厂，以提高我们制造设施的生产率，效率和运营。

工业物联网的前端和中心是通过企业云收集，传递和分析传感器数据。云技术，网络基础设施和连接的进步使传感器数据能够从工业广域网（WAN）传输到云。持续监控和快速处理大量数据，使业界能够执行预测性和预防性维护，以及提供流更新，警报，配置设置更改和命令指令。正在开发许多传感器以帮助应对IIoT的挑战，包括与电机，工业流程和云通信相关的挑战。本文将介绍一些示例传感器，并讨论传感器的进步如何推动名为工业4.0的革命。

网络灵活性

挑战围绕从设备传播到云端并再次传播的大量数据。数据过载是一项重大挑战，因为必须在WAN中处理的数据包数量将成为网络瓶颈的明显来源。因此，虽然传感器已经到位以收集数据，但是将这些数据传输到云中的旧方法将无法工作。为了将数据带回企业，网络必须具有灵活性，以挑选和选择相关的数据，并且需要减少网络处理的数据包的数量。

安全也将成为首要任务;一旦产品本身参与通信，恶意攻击的可能性就会更大。

但是，机会很多。根据研究公司市场和市场，今天的工业无线传感器网络（IWSN）由温度，压力，流量，水平，化学和气体，运动和位置，以及图像传感器等传感器组成，所有这些传感器都可以被监控，控制，和远程麻烦。应用可以在各种行业中找到，包括采矿，食品和饮料，医疗和保健，以及电力和公用事业。 2013年市场和市场估值为4.0123亿美元的IWSN系统市场预计到2020年将达到9.4442亿美元，复合年增长率达到12.96％。

支持云的传感器网络允许多个IWSN互操作同时适用于许多应用。该云虚拟化传感器，并以比使用临时方法更低的价格向客户提供传感即服务。

与20世纪80年代后期的CIM（计算机集成制造）时代不同，工业4.0的目标不是将人们完全从工厂中驱逐出去。相反，工厂工作将变得更加灵活，以匹配流程的灵活性。灵活性对生产线也至关重要，因为所有人员和所有机器都将联网。对于从单个工作单元到最终装配的生产过程中的每个步骤，工人们也将更加了解情况。

认识到人类在监督整个生产系统和充当创造性问题解决者方面发挥着重要作用，工业4.0旨在将人和先进的机器融合在一起。 Omron HVC-P人脸识别模块（图1）采用10个OKAO Vision图像传感算法，其中一个新模块体现了即时传感器反馈的大部分优势和云的实时性。人体视觉组件（HVC）模块将相机，处理器和外部接口集成到一块PCB上。该设备使用UART接口向其看到的人员或人员提供数据。在人员和机器交互的情况下，此数据捕获很重要。

图1：Omron B5T001001G HVC-P人脸识别模块提供识别和监控人机交互的算法。

包括十个不同的功能是面部检测和识别，性别，年龄，表情和面部姿势，注视和眨眼估计，以及手和人体检测。目标应用包括工业设备，机器人和楼宇自动化。

用于MAG3110的SparkFun Electronics SEN-12670评估板（图2）可以访问飞思卡尔MAG3110节能三轴数字磁力计。该板将MAG3110的所有引脚分解为标准的0.1“接头，并提供必要的滤波电容。小型飞思卡尔器件可与3轴加速度计配合使用，用于独立于方向的电子罗盘，可提供准确的航向信息。

图2：MAG3110的SparkFun评估板。

MAG3110测量带有输出的磁场数据速率（ODR）高达80 Hz。输出数据速率对应于从12.5毫秒到几秒的采样间隔.Xtrinsic MAG3110磁力计，MMA8451Q加速度计和eCompass软件的组合可实现完整的补偿电子罗盘解决方案。当eCompass子系统与GPS或其他位置感知子系统耦合时，可以执行与方向相关的基于位置的资产分析。加固设备仅测量2 mm x 2 mm x 0.85 mm，间距为0.4 mm。

欧姆龙的E3FA系列光电传感器（图3）为不间断的工业检测应用提供了简便性。该系列通常安装在从食品和饮料到纺织品，陶瓷和砖生产的工业工厂中，具有各种型号，包括直通和径向版本的对射式，反向反射型和漫反射型。直接版本还提供背景抑制，有限反射检测和特殊应用的透明物体检测类型。该系列具有坚固耐用的防水外壳，高抗光性，高EMC保护，易于安装。可以从远距离和广角观察传感器的LED状态指示灯。

图3：Omron E3FA系列光电传感器的电缆连接。