更智能的传感器，更少的电线

利用改进的光纤电缆的光电传感器的进步使得制造商可以在更小的区域添加更多的传感器，以便为过程控制器提供更有用的信息。其中一个例子发生在密歇根州肯特伍德的激光模具工程公司。该公司是一家原始设备制造商(OEM)，生产各种定制装配工装设备——从独立工作站到全自动生产线。激光模具工程公司正在进行的一个项目涉及制造用于组装汽车顶棚的模具。

汽车模型中的每个修剪级别都需要一个唯一的头链。激光模具和工程利用光纤传感器进行特定检查任务。采用20个光纤传感器的一个特定应用验证了通过头部内衬的孔是否正确定位。第二个应用程序使用多达30个额外的传感器来确认要连接到备主的硬件的存在。但是，虽然这些传感器应用程序完成了工作，但他们还为激光模具和工程提供了设计挑战。“对每个光纤放大器的运行电源创建了一个接线混乱，”控制经理Harry Riseley解释说。“另外，放大器过于复杂且难以编程。”

为了提高生产效率，Rissley开始使用ifm efector公司的多通道光纤控制器，ifm efector是一家位于宾夕法尼亚州Exton的传感器制造商。设计多传感点应用，光纤控制器减少过多的布线多光纤应用与单一电缆。液晶显示器(LCD)操作界面通过控制器的按钮编程和用户菜单对光纤进行编程。

传感器编程

激光模具工程也利用了光纤控制器上的逻辑功能。通过为井眼验证任务编写“AND”函数，该公司能够将每组8个信号减少到单个输出，大大减少了工作站所需的输入/输出(I/O)点。

Rissley总结道:“光纤控制系统的安装时间减少了40%，每根光纤的材料成本降低了20%以上。”

有时需要被感知的区域是在一个不可能硬连线的位置。这个要求已经很成问题了，但如果连给传感器供电都很困难甚至不可能呢?旋转分度机、一些焊机和重型设备都是如此。在“稀薄空气”中移动数据是一个众所周知的现象。但是有可能通过气隙为传感器供电吗?

Tad Hatakeyama是肯塔基州佛罗伦萨的产品经理。传感器供应商Balluff公司解释说，“发送器”可以硬连接到电源和可编程逻辑控制器(PLC)，并位于一个固定的表面上。当传感器经过它时，传感器接收能量，检查它的状态，并通过空气向发送者报告数据。发送者反过来向PLC报告。

Hatakeyama说:“我们的客户报告的另一个应用是在渐进式冲压冲压模具。当同一冲床上有两个或两个以上的冲模时，级进模的设置。材料被送入第一个模具，机器冲压零件，然后零件被送入下一个模具进行进一步的操作。Hatakeyama继续说道:“发送单元可以安装在第一个模具中，以感知‘部件的存在’，而远程传感器则安装在第二个模具中。”“因为模具很重，对电线很危险，所以从安全和更容易安装时间的角度来看，使用不需要电线的传感器是有意义的。”

传感器研究

在个别公司不断创新并将新产品推向市场的同时，其他组织也在资助技术进步和更好地使用传感器的研究。位于密歇根州安娜堡的国家制造科学中心(NCMS)。他领导着制造工程各个方面的许多项目。该中心的既定使命是引领跨行业研发项目的快速发展，以建立其制造业合作伙伴的全球竞争力。

辛辛那提羔羊公司(Cincinnati Lamb)产品开发经理吉姆·达勒姆(Jim Dallum)介绍了一个名为“智能机器项目”(Smart Machine Project)的行业/政府/学术界联合合作项目，该项目正在探索用现代传感器改造机械的方法，然后收集有关机器性能和健康状况的数据。这家位于辛辛那提的机床制造商正在通过其Freedom e-Log系统参与一个试点项目，该系统依靠一个专用网络将过程和机器的健康数据收集到一个有时间戳的数据库中，结果通过一个Web浏览器界面呈现出来。

试点项目涉及红河陆军仓库（RRAD），在德克萨斯州德克萨斯州。它是唯一可以加工罐子胎面的橡胶的剩余有机仓库。鉴于伊拉克和阿富汗的战争，其工作量急剧增加，但其加工设备已经过时。该项目旨在通过将其与现代传感器和数据收集进行改装，提高RRAD橡胶加工设备的质量和效率。辛辛那提羊肉将在RRAD和Caterpillar，Peoria，Fill.的重型设备制造商安装系统，也参加了该项目。该系统将进行大约两个月，收集机器周期时间，停机时间，机器利用率和健康和诊断数据，如温度，压力等。

Dallum补充道:“在过去的几年里，我们一直在与NIST和NCMS一起追逐智能机器技术的沃土。许多人认为，这将是一种竞争优势，随着机器变得更加自主，将制造业外包的理由会减少。”

Dallum表示，传统的计算机数字控制(CNC)机器面临的挑战是获取现有数据，然后添加更多传感器。Dallum认为，buck的最大成就可能来自利用Web技术提供更多即插即用组件。他表示:“我们需要更快的实施。”“我们需要开放数据，给一组人提供相同的数据图片。在一个24小时营业的商店里，第一班的人并不总是知道前一班发生了什么。他们可能只是从之前的人那里得到过滤过的信息。”

那么“智能传感器”是由什么组成的呢?Omron Electronics是一家自动化产品供应商，北美总部位于伊利诺伊州的Schaumburg。他说:“很多定义都涉及到他们可以提供的信息类型。例如，有一天我们可能会有一个接近传感器，它可以在不接触目标的情况下感知，知道它什么时候会影响到什么。这可能会向维护部门发出信号，要求重新校准。”

“今天的许多传感器能够理解它们的性能何时下降，并能够进行内部补偿，”Suffi观察到。“一些传感器可以内置过程控制算法，例如，一个视觉传感器可以看到产品如何在生产线上变得越来越宽，从而导致导轨发生变化。”

传感器通常将其状态报告给PLC。控制过程是PLC的工作。但是对于智能传感器，不需要总是如此，请注意。“说你有一个带有一堆加热元件的烤箱。这些元素可以具有带内置控制算法的温度传感器，每个元素都会知道何时打开或关闭以保持烤箱中的温度，“他说。然后，传感器中的智能功能块可以与触摸屏操作员界面进行交互，也许可以消除PLC，从而节省了一些费用，Sufi解释。“智能感应有很多用途，你的想象力是极限。”

去无线

今天，几乎所有的传感器都有一根电线连接到一个控制器上。但是，有许多应用程序在劳动力和材料上的花费太大，以至于不值得在流程中添加传感器和相关的布线——即使它们提供的信息可能对制造软件应用程序很有价值。

针对这些应用的一个潜在解决方案包括一种新的无线网络标准，该标准正在获得越来越多的关注，而且成本低，易于安装。基于电气和电子工程师协会的IEEE 815.4标准，ZigBee是一个“网状”和“自愈合”的网络。添加到无线区域的新设备找到网络并将自己添加到网络中。其他设备也可以找到它，并在需要时开始使用它。

总部位于波士顿的Ember Corp.是ZigBee芯片、协议栈和开发工具的早期供应商之一。Venkat Bahl是Ember负责设备和ZigBee线路营销的副总裁，也是ZigBee联盟的董事会成员。“我们是ZigBee联盟的推手，”Bahl说，“因为它促进了平台的互操作性，这样终端用户就不用担心被某种利基专有产品所困。”

位于密尔沃基的伊顿公司(Eaton Corp.)是Ember的客户，为建筑自动化等应用开发无线传感器网络。何塞·古铁雷斯(Jose Gutierrez)是伊顿公司研发中心无线通信的首席工程师和项目经理。Gutierrez说:“我们是IEEE无线mesh网络标准和ZigBee联盟的共同创始人。“当时这项技术还没有标准，我们想要标准带来的稳定性和协作的所有好处。”

该技术的第一个商业产品来自伊顿，被称为家庭心跳系统。home Heartbeat被描述为一种“家庭感知”系统，但不完全是安全系统，它由一个基站、可拆卸的钥匙式显示器和各种无线传感器组成，这些传感器可以检测开门/关门、水流、电力和其他条件。Gutierrez说:“在美国能源部的两笔赠款下，我们正在努力将其扩展到建筑自动化领域。”“未来的一些研究是如何为系统提供电力，以及为每个传感器提供三维定位系统。现在可用的是一种低成本的双向无线网状网络。随着竞争的加剧，我们应该看到价格下降到适用的经济水平。问题是每个人都想要无线，但却没有人愿意为此额外付费。”

Gutierrez指出了未来，“组件人员中的赢家是那些提供完整包的开发工具集、插件和调试帮助的人。无线mesh网络是下一个重大的革命，但每个人仍然有点对点的网络态度。”

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