בחירת החיישנים התעשייתיים הנכונים עבור המוצר

חיישנים תעשייתיים ממלאים תפקיד מכריע במערכים תעשייתיים, וממירים פרמטרים פיזיקליים לאותות שניתן להשתמש בהם עבור מגוון רחב של יישומים. אז איך יכולים המתכננים לוודא שהחיישן התעשייתי שנבחר הוא אכן המתאים ביותר עבור המוצר?

חיישנים תעשייתיים הם התקנים המשמשים לניטור, מדידה וגילוי שינויים בתנאי הסביבה או הפעולה בתוך מערכים תעשייתיים. חיישנים אלה ממירים משתנים פיזיקליים כגון טמפרטורה, לחץ, רעידות, קירבה, אור, לחות או תכונות כימיות לאותות שניתן למדוד, לנתח או לנטר על ידי מערכת או בקר. הנתונים הנאספים על ידי חיישנים אלו הם חיוניים עבור אוטומציה של תהליכים, שיפור הבטיחות ושיפור היעילות בתעשיות שונות כגון ייצור, אנרגיה, רכב, תעופה-וחלל ועוד.

איור 1: חיישן אופטי המותקן על מסוע קו במפעל. (מקור התמונה: Adobe Stock)

תפקיד המפתח של חיישנים תעשייתיים

לא ניתן להמעיט בתפקיד המפתח שחיישנים תעשייתיים ממלאים. התקנים אלו הם חיוניים כדי לאפשר אוטומציה, בטיחות, אמצעי בקרת איכות ומעבר לכך בתוך מערכים תעשייתיים.

חיישנים תעשייתיים הם חלק בלתי נפרד מתהליכי אוטומציה, ומאפשרים למכונות ולמערכות לפעול תוך התערבות אנושית מינימלית. הם עוזרים להבטיח דיוק ועקביות בפעולות כמו פסי ייצור, מערכות רובוטיות ותהליכי אריזה.

על ידי ניטור תנאי הציוד כגון רעידות, טמפרטורה או לחץ, החיישנים יכולים לספק סימני אזהרה מוקדמים לכשל פוטנציאלי בציוד, ולאפשר תחזוקה מנבאת וקיצור זמן השבתה לא-מתוכנן.

החיישנים יכולים גם להבטיח שתהליכי ייצור עומדים בסטנדרטים הנדרשים על ידי ניטור משתנים כגון טמפרטורה, לחץ ודיוק המידות. לדוגמה, חיישנים אופטיים יכולים למדוד את מידות המוצר כדי להבטיח עקביות באיכות.

בסביבות מסוכנות, מאפיינים אלו עשויים להיות המפתח לגילוי תנאים לא בטיחותיים, כגון דליפות גז או חום חריג, ולהפעיל התרעות או מנגנוני בטיחות למניעת תאונות.

בינתיים, על ידי ניטור גורמים כמו טמפרטורה, צריכת אנרגיה או רמות נוזלים, החיישנים יכולים לעזור לייעל תהליכים, להפחית את הפסולת ואת צריכת האנרגיה.

בנוסף, חיישנים תעשייתיים יכולים לאפשר ניטור בזמן-אמת של מגוון רחב של תהליכים תעשייתיים, להזין נתונים למערכות בקרה לצורך התאמות ואופטימיזציות בזמן, ולסייע להבטיח פעולות חלקות ויעילות.

איור 2: חיישן רעידות המשתמש במגנטיות עבור גילוי. (מקור התמונה: Adobe Stock‏)

המאמצים למציאת החיישן התעשייתי המתאים עבור המוצר

עם מגוון כה רחב של חיישנים תעשייתיים לבחירה, בחירת החיישנים התעשייתיים הנכונים עבור המוצר יכולה לעתים קרובות להתגלות כמשימה מורכבת.

אחד הקשיים העיקריים הוא השגת תיעוד ברור ומקיף עבור חיישנים תעשייתיים. יצרנים שונים עשויים לעתים קרובות לספק רמות שונות של פירוט, מה שמקשה על השוואה ישירה בין מפרטים. התיעוד יכול לפעמים להיות טכני מדי או חסר נתונים מעשיים, מה שמקשה להבין כיצד החיישן משתלב עם מערכות קיימות או פועל בתנאים ספציפיים. בנוסף, במקרים מסוימים, ייתכן שתיעוד המוצר לא מעודכן כדי לשקף דגמים חדשים יותר או עדכוני קושחה, או שקשה למצוא אותו באתר היצרן.

המגוון של פרוטוקולי תקשורת בסביבות תעשייתיות גם הוא מציג לעתים נקודת מאמץ נוספת בעת בחירת חיישנים. סביבות תעשייתיות עשויות להסתמך על מגוון של פרוטוקולים כגון Modbus, PROFINET, EtherNet/IP, או אחרים. ייתכן שחיישנים מסוימים לא יתמכו בפרוטוקולים מסוימים, ויצרו אי-התאמה למערכות הבקרה הקיימות או ידרשו שינויים יקרים וגוזלי זמן. ישנה גם בעיה קריטית של יכולת פעולה הדדית להתמודד איתה, כדי להבטיח שהחיישן הנבחר יוכל לתקשר ביעילות עם החומרה והתוכנה הקיימות. במקרים מסוימים עשויה להידרש חומרה נוספת (כמו שערים או ממירים) כדי להפוך את החיישן לתואם למערכת, מה שמסבך עוד יותר את האינטגרציה.

אינטגרציה עם IO-Link היא עוד אחת מהנקודות הבעייתיות הללו, בהתחשב בכך שתקן תקשורת זה הוא חדש יחסית עבור חיישנים ומפעילים (Actuators‏). בעוד שהוא מציע יתרונות משמעותיים, אימוצו יכול לבוא עם כמה אתגרים. עקומת למידה תלולה, זמינות מוגבלת של משאבי ידע והאינטגרציה במערכות של הדורות הקודמים הן רק כמה מבין אתגרים אלו.

לבסוף, תמיד יש את הבעיה של מציאת מפיץ הנושא מלאי מספיק של החיישנים הנדרשים. אתגר זה הוא קריטי במיוחד בתעשיות הפועלות עם מודלים של מלאי קטן או דורשות ייצור בדיוק-בזמן (JIT‏).

לשמחת כולם, DigiKey בולטת בשוק החיישנים התעשייתיים בכך שהיא מציעה מגוון רחב של חיישנים באיכות גבוהה מספקים מובילים בתעשייה. נבחן זאת בהמשך המאמר.

איור 3‏: חיישן אופטי המשמש בכלי ביקורת איכות באמצעות ראיית מכונה. (מקור התמונה: Adobe Stock‏)

מה לתעדף בעת בחירת חיישן תעשייתי

בעת בחירת חיישן תעשייתי, ביצוע היררכיית החלטות סדורה יכולה לפשט את התהליך ולהבטיח שהחיישן הנבחר עומד בדרישות היישום. באופן כללי, ניתן לבצע היררכיית החלטות שנראית בערך כך:

• סוג החיישן - מה החיישן צריך לגלות?
• הרשאות החיישן - האם החיישן צריך לעמוד בהרשאות או תקנים ספציפיים?
• יכולת תקשורת - האם לחיישן יש יכולת לתקשר עם תשתית אוטומציה קיימת?
• מלאי וזמינות - האם החיישן זמין, מה הם זמני האספקה, האם יש שירותי תמיכה?
• מחיר – האם מחיר החיישן הוא סביר במונחים של עלות בעלות כוללת וההחזר על ההשקעה עבור הפרויקט?

סדר פעולות זה בבחירת חיישן תעשייתי יכול לעזור ללקוחות לצמצם את האפשרויות ולמצוא את החיישנים המתאימים ביותר העומדים בדרישות הטכניות, תואמים להרשאות, משתלבים בהצלחה, זמינים בקלות ואינם יקרים מדי.

ההיצע של DigiKey‏

DigiKey מציעה מגוון רחב של חיישנים תעשייתיים שיתאימו עבור כמעט כל צורך. המגוון הרחב של חיישנים מגנטיים, קירבה, לחץ ואופטיים כולל שמות גדולים כגון SICK‏, Honeywell‏, Banner Engineering‏, Pepperl+Fuchs‏, Endress+Hauser‏, ועוד רבים אחרים.

איור 4: ה-SNG-SPRC-002‏ (למעלה) ו-SNG-SPRD-004‏ (למטה) של Honeywell. (מקור התמונה: Honeywell)

חיישני המהירות סדרת SNG-S‏ של Honeywell הם דוגמה מצוינת למגוון החיישנים המגנטיים של DigiKey, הכולל IC מתוכנן במיוחד ומגנט קבוע הסגור בתוך מארזים חסונים מסוג בחון. חיישנים אלו מגלים שינויים בצפיפות השטף של המגנט כאשר מתכת ברזלית מתקרבת אליהם, ומספקים יציאת פולס דיגיטלי בתדר שהוא פרופורציונלי למהירות של גלגלי השיניים. ביצועי החיישן תלויים בגורמים כגון החומר, גיאומטריה, מהירות, מרווח חיישן/מטרה והטמפרטורה של המטרה. סדרת SNG-S מציעה תחום טמפרטורות פעולה רחב של 40°C- עד 140°C+, החיישנים אינם רגישים לסיבוב זוויתי במהלך ההרכבה, ומעניקים איטום סביבתי עם דירוג IP69K. בנוסף, החיישנים מתהדרים בחסינות גבוהה לרעשים חשמליים בדירוג של V/m‏ 100‏ גילוי מהירות-אפס, יכולת מיתוג בתדר גבוה מ-0 הרץ עד 15 קילו-הרץ, ואטם O-ring עבור הרכבה מאובטחת. החיישנים תואמים למתחי הספקה מ-4.5 וולט עד 24 וולט והם מורשי-CE‏.

איור 5: חיישן הראדאר K50RF-8060-LDQ‏ של Banner Engineering. (מקור התמונה: Banner Engineering‏)

סדרת חיישני הראדאר K50R R-GAGE‏ של Banner Engineering מדגישה את אחד ממגווני חיישני הקירבה הרחבים של DigiKey, ומציעה פתרון חסון, חסכוני ויעיל עבור סביבות פנים וחוץ כאחד. זמינים בדגמי 40°‏ x‏ °‏30‏ עבור דיוק המקביל לזה של חיישנים אולטרסוניים ודגמי 60°‏ x‏ °‏80‏ עבור כיסוי רחב יותר, חיישנים אלה הם אידיאליים עבור יישומים כמו רכבים מונחים אוטומטית (AGVs), ניהול מפלס מכלים וגילוי רכב בתחנות טעינה EV‏. סדרת K50R מציעה אינטגרציה פשוטה באמצעות תוכנת Banner Measurement Sensor‏ וכוללת אפשרויות יציאה כפולה בדידה ואנלוגית , עם אביזרי הרכבה שונים עבור התקנה גמישה. עם דירוג IP67, החיישנים מוגנים מפני גשם, שלג, ערפל, אדים, רוח ואור שמש, ומבטיחים פעולה מעולה בכל סביבה. הם חסינים בפני אבק, לכלוך וקיטור, השפעת הטמפרטורה היא מינימלית כדי להבטיח מדידות יציבות, ומציעים תחום מדידות רחב של 5 מטר עם אזור מת קצר של 50 מ"מ. בנוסף, הם מאפשרים הרכבה צמודה של מספר חיישנים ללא הפרעות, הודות להיעדר ערב-דיבור (Crosstalk‏).

איור 6: משדרי לחץ קומפקטיים סדרת Cerabar PMC21‏ של Endress+Hauser. (מקור התמונה: Endress+Hauser‏)

משדרי לחץ קומפקטיים סדרת Cerabar PMC21‏ של Endress+Hauser כוללים חיישנים קרמיים נטולי שמן המתוכננים עבור עמידות וחסינות מפני זעזועי לחץ. התאים הקרמיים שלהם מצטיינים ביישומי לחץ נמוך ווואקום. סדרת PMC21 מודדת לחצים אבסולוטיים ואטמוספריים כאחד בתחום מ-mbar‏ 100‏ עד bar‏ 40‏. התקשורת מתאפשרת בעיקר באמצעות אות של mA‏ 4‏ עד mA‏ 20‏, המחובר באמצעות תקע M12 או שסתום. יש להתאים את טווח החיישנים והחיבור כדי לענות על צורכי יישום ספציפיים. משדרים אלה, הבנויים עבור הסביבות התובעניות של תעשיית התהליכים, מתהדרים בדירוג הגנת חדירות של עד IP68, ממברנת Ceraphire‏ עמידה במיוחד ובית פלב"ם 316L. עם מספר הרשאות, כולל אזורים מסוכנים והרשאות ספנות, הם מתאימים עבור מגוון רחב של יישומים. המשתמשים נהנים מקלות השימוש, הביצועים הגבוהים, היציבות לטווח ארוך ומאיכות החומר המעולה של ההתקנים.

ל-DigiKey יש גם מגוון פנטסטי של חיישנים אופטיים המוצעים ללקוחותיה, כמו מצלמת האירועים התעשייתית VOC‏ של Pepperl+Fuchs‏ או סדרת CLV69x‏ של SICK‏.

איור 7: ה-VOC10M-F256-B12-V1D-CR03‏ של Pepperl+Fuchs. (מקור התמונה: Pepperl+Fuchs)

מצלמת האירועים התעשייתית VOC‏ של Pepperl+Fuchs מתוכננת עבור הקלטת וידאו מונעת-אירועים עד 60 שניות לפני ואחרי אות הטריגר, ומאפשרת דיאגנוסטיקה ממוקדת מרחוק ותיעוד אוטומטי. המצלמה מצלמת וידאו כאשר מתרחשת תקלה, מצב או תהליך מוגדרים-מראש, עם חותמת זמן אוטומטית וממשק User Datagram Protocol עבור שכבות-על דינמיות של טקסט, ההופך את אחזור הקבצים לקל ומהיר. אידיאלית עבור ניטור אוטומטי של מחסנים בעלי תקרה גבוהה ויישומי אבטחה, היא כוללת ממשק אינטרנט עבור גישה לקובצי וידאו והזרמות חיות, חוצץ חוג וידאו עבור הקלטה אוטומטית, וטריגרים באמצעות UDP, REST API או כניסת חומרה דיגיטלית עבור אינטגרציה. המצלמה תומכת במרחקי הרכבה מ-0.05 מטר עד אינסוף, מציעה רזולוציות של עד 720‏ x‏ 1280‏ (HD), ויכולה לאחסן עד 10,000 אירועים בכרטיס microSD‏ של GB‏ 8‏. היא פועלת על VDC‏ 18‏ עד VDC‏ 28‏ ומשתמשת בפרוטוקולים כגון TCP/IP‏, HTTP‏, FTP‏ ו-RTSP‏, עם דירוג הגנה של IP65‏.

איור 8‏: ה-CLV690-1000‏ (משמאל) ו-CLV691-0000 (מימין) של SICK. (מקור התמונה: SICK)

סדרת סורקי הברקוד CLV69x של SICK מגיעה עם טכנולוגיית שחזור קודים מובנית +SMART, המאפשרת להתקן לקרוא גם ברקודים מזוהמים ופגומים. סורקי ברקוד 1D בהרכבה-קבועה אלה מעניקים ביצועי קריאה מצוינים, עיבוד מהיר ודיוק גבוה, ומאפיין מיקוד אוטומטי המשתמשים במדידת מרחק מובנית עבור קריאת קוד בלתי תלויה בגובה בתוך שדה הסריקה. בנוסף, מערכת ההפעלה הידידותית למשתמש SOPAS ET‏ מבטיחה הגדרת פרמטרים פשוטה. עם עקיבה משולבת, הסורק יכול לנהל יישומים סטנדרטיים ללא צורך בבקר מערכת נוסף. החיבוריות החדשנית שלו, כולל אחסון פרמטרים מובנה, מאפשרת החלפה מהירה של הסורק ואינטגרציה קלה של יישומים שונים. המאפיינים העיקריים כוללים מיקוד אוטומטי בזמן-אמת עבור עומק שדה גדול, טכנולוגיית תקע שכפול גמישה, CAN, Ethernet ותקשורת טורית, כמו גם מיון, סינון ופונקציות לוגיקה מתקדמות. גרף עמודות LED משולב עם לחצנים משפר את השימושיות.

סיכום

המבחר הרחב של חיישנים תעשייתיים של DigiKey מבטיח שהלקוחות ימצאו את החיישן המתאים לצרכים הספציפיים שלהם, תוך הענקת ערך שאין שני לו בתעשיית האוטומציה. SICK ו-Banner ידועים בחיישנים המתקדמים ובתרומותיהם החדשניות לאינטגרציה של IoT. Pepperl+Fuchs מצטיינת בתקשורת חיישנים, בעוד ש-Endress+Hauser מובילה במכשור מדידה, במיוחד עבור חישת מדידות לחץ ונוזלים. למרות היותה שחקן קטן יותר, Honeywell מציעה חיישנים מיוחדים המשפרים את הפורטפוליו המגוון של DigiKey, שהוא רחב יותר מכל מתחרותיה.