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産業用センサは、FA(ファクトリ・オートメーション)とIndustry 4.0に欠かせない要素です。モーション・センサや環境センサ、振動センサは設備の正常性を監視するために使われ、その種別は線形位置測定、角度位置測定、傾き検出、レベリング、衝撃検出、落下検出など多岐にわたります。

微細加工によるセンシング(MEMS)エレメントをベースにした、専用の産業用モーション・センサは、広帯域幅の機械的周波数検出、高い信頼性、最高105℃までの安定した測定と正確な動作を実現し、Industry 4.0アプリケーションに適しています。

産業用センサ
産業用センサは、FA(ファクトリ・オートメーション)とIndustry 4.0に欠かせない要素です。

産業用センサ・システムは多くの場合、24V DC電源で動作します。これは、3Vや5Vの電源で動作するコンスーマ・システムのセンサと大きく異なる点です。そのため、産業用センサ・システムでセンサを効果的に駆動させるためには、追加のパワー・マネージメントが必要となります。これらのセンサで用いられる、IO-Linkのようなデジタル出力は、マイクロコントローラや、さらには無線トランシーバに送られます。アナログデータ出力は普通、オペアンプによって調整され、マイクロコントローラ内のADコンバータ(ADC)に接続されます。

STの製品

STは、幅広いMEMSモーション・センサおよび環境センサ、8bitマイクロコントローラSTM8と32bitマイクロコントローラSTM32、さまざまなコネクティビティ(IO-Linkを含む、有線もしくは無線)に向けたソリューションを提供し、センサ・システムの設計者がこれらの課題に正しく対処できるようにサポートしています。

    • 産業用センサには以下のものを含め、さまざまなタイプがあります。

    • 温度センサ

      温度センサ

      温度センサには正温度係数タイプのデバイスや負温度係数タイプのデバイス、そしてRTD(測温抵抗体)など、さまざまなものがあります。

      正温度係数(PTC)サーミスタは、正の温度係数を持つ抵抗体で、温度とともに抵抗が上昇するようになっています。線形の特性を実現するため、多くの場合、これにはシリコンが使われます。一方で、スイッチングタイプのPCTサーミスタは、非線形の温度測定カーブを持っています。このサーミスタは、温度が上がるにつれて抵抗が減少していきますが、臨界温度に達すると抵抗が上昇に転じます。

      これは産業用機器の電気モータの巻線と監視リレーに使われ、過熱保護を実現することで、絶縁損傷を防いでいます。その非線形の応答曲線では、巻線の最大許容温度に達すると、抵抗が急激に上昇します。これによってリレーが起動され、過熱が防止されます。またこのセンサは、無線センサ・ネットワークにリンクさせることもできます。

      負温度係数(NTC)サーミスタでは、温度上昇とともに抵抗が減少します。このサーミスタは、0°C~70°Cという広い温度範囲において+/- 0.1°Cまたは+/- 0.2°Cという高い精度を有しており、長期にわたる安定性の面でも優れています。

      これはしばしば、IIoTとスマートファクトリにおいて、障害診断を行うためのサーミスタ・プローブ・アセンブリに使用されます。このサーミスタ・センシング・エレメントは、あらゆるタイプのシステムを監視するために利用できます。また、無線センサ・システムを介してクラウドに接続することもできます。

      アナログ / デジタル温度センサIC
    • 近接センサ

      近接センサ

      誘導型近接センサは近くにある金属を検知することができ、ヒューマン・マシン・インタフェース(HMI)の安全性を高めるために役立ちます。直流2線式や直流3線式、高速動作に対応したアンプ分離型といった種類があります。

      レーザ測距(LiDAR)センサは1次元のトポロジでの物体検知に利用でき、例えばコンベヤ・ラインにおける赤外線モーション・センサとして使用できます。2D LiDARセンサは、生産ラインにおいて部品の位置を特定するための位置センサとして利用できます。

      近接センサおよび測距ToFセンサ
    • 振動センサ

      振動センサと加速度センサ

      振動センサはMEMS加速度センサ・エレメントや圧電結晶を利用し、監視対象となるシステムの高調波にチューニングして、振動の周波数を測定できます。振動センサは障害診断に欠かせない収集データを提供します。加速度センサは傾きや落下、衝撃を測定するモーション・センサとして利用できます。

      加速度センサ ジャイロ・センサ 慣性測定ユニット(IMU) 電子コンパス
    • その他のセンサ:圧力センサ、pHセンサ、流量センサ、湿度センサ、超音波センサ、PIRセンサ、光電センサ

      その他にオートメーションで使用されるセンサとしては、圧力センサ、液体の酸性度を測るpHセンサ、流量センサ、湿度センサ、アクチュエータを監視するための超音波センサなどがあります。PIRセンサや光電センサ、ロータリ・エンコーダは、産業オートメーション・システムにおいて閾値を測定するためのリミットスイッチとして利用できます。

    • これらのIoTセンサはどれも産業用センサ・ネットワークに有線または無線でリンクされ、ゲートウェイを介してモノのインターネットに接続することで、リアルタイム分析と状態監視を実現します。

    • STのおすすめする産業用センサ

      STの産業用センサのリスト
    • 産業用無線センサ・ネットワークには、短距離のBluetoothZigbee、さらにWi-Fiなど、幅広いプロトコルが使用されています。

      長距離では産業用無線センサ・ネットワーク(IWSN)や、低消費電力のSub-GHz帯無線通信LORAが利用できます。

      セルラー・モデムは無線センサ・ネットワークの選択肢として、より高コストではありますが、通信ネットワークに信頼性をもたらします。これは、マシン・ビジョン・システムが高データレートの伝送を行う場合に重要となります。伝送されたビデオは、IoTの一部としてクラウドに送信して解析できます。

      産業用センサ・ネットワークにとって、消費電力は重要な懸念事項です。なぜなら、何千ものセンサ・ノードと無線トランシーバがあれば、大量の電力を消費することになりかねないためです。一部の無線ルーティング・プロトコルは、本来的に電力消費量が少なくなっています。その理由は主に、デューティ・サイクルが低いことにあります。厳しい条件下のアプリケーションでは、干渉を克服し、データ収集とネットワークの信頼性を確保するために、より多くの電力が必要になる場合もあります。

      STの無線接続ソリューション

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      IO-Link向け ソリューション 08.2017
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      スマート・インダストリ向け 製品 & ソリューション ガイド 3.1
      3.41 MB
      PDF

      IO-Link向け ソリューション

      スマート・インダストリ向け 製品 & ソリューション ガイド

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