Le secteur de la fabrication a de toute évidence beaucoup évolué au cours des cent dernières années, principalement sous l'effet d'un besoin plus marqué d'améliorer la productivité, la flexibilité et la sécurité des produits tout en diminuant leur coût. Pour répondre à ce besoin, l'industrie a misé sur les « usines intelligentes ».
La justification des usines intelligentes
Du processus de commande de matières premières jusqu'à la phase de production finale, les usines intelligentes ont révolutionné le secteur de la fabrication en augmentant les cadences de production grâce à des processus d'optimisation, en réduisant le risque d'erreurs humaines et en améliorant l'efficacité globale des flux de production.
Les usines intelligentes utilisent des machines, des dispositifs et des équipements de mesure et de test intelligents pour contrôler les paramètres critiques du processus de fabrication. Ces améliorations ont transformé l'infrastructure des usines en offrant un environnement qui favorise des communications homogènes et précises grâce à la connexion des machines, des systèmes de stockage des données et des points d'accès, tout en garantissant une efficacité et une productivité optimales par le biais des systèmes d'exploitation.
Ces avancées technologiques ont également eu des répercussions sur les besoins en machinerie, mettant en évidence une demande plus marquée de capteurs fiables en particulier dans les environnements soumis à de fortes vibrations. Les capteurs jouent un rôle important dans cette « intelligence », en collectant des données précises qu'ils implémentent dans les processus de fabrication afin d'améliorer la qualité du produit.
Les dernières avancées réalisées dans le domaine des technologies de capteurs garantissent un niveau de contrôle des processus et d'acquisition de données jamais vu auparavant. Les contrôles de processus peuvent désormais utiliser les communications pour peaufiner la qualité du système. Par exemple, il est possible de modifier la tolérance de divers produits à l'aide d'un simple logiciel, puis de répercuter ces modifications à l'aide de bus I2C (Inter-Integrated Circuits) ou de protocoles SPI (Serial Peripheral Interface). De même, les données des capteurs peuvent optimiser la qualité du produit et aider les fabricants à identifier les méthodes de production les plus efficaces.
D'une simple surveillance des niveaux de température et d'humidité à la détection plus complexe de données de position et de pression, les usines intelligentes ont recours à toutes sortes de capteurs conçus pour faire évoluer les opérations d'usine par le déplacement des produits, par le contrôle des processus robotiques et d'usinage, et par la détection des facteurs environnementaux.
Solutions de capteurs TE Connectivity pour les usines intelligentes
TE Connectivity (TE) est l'un des plus grands fabricants de capteurs et de produits de connectivité au monde. Il propose des solutions de capteurs innovantes conçues pour transformer de simples concepts en réalité intelligente et connectée. La société offre une vaste gamme de capteurs comprenant des modules multi-capteurs industriels et hautement intégrés capables de traiter des données en temps réel et d'optimiser ainsi les opérations des usines intelligentes. La plupart des capteurs industriels TE sont équipés de sorties numériques qui s'adaptent plus facilement aux systèmes de communication d'usine que d'autres modèles de capteurs moins sophistiqués. Les capteurs TE se distinguent par leur grande précision et leur excellente résolution, deux avantages synonymes de données fiables. Ils peuvent également être intégrés dans des machines intelligentes, des équipements de mesure et de test, ainsi que dans des systèmes de contrôle statistique de procédés.
Lorsqu'ils sont intégrés à des machines intelligentes, les capteurs de position contrôlent et mesurent la localisation des pièces mobiles, généralement avec un haut degré de précision. Les capteurs de température et de pression, quant à eux, tracent et mesurent les paramètres essentiels au bon fonctionnement de la machine. Les limiteurs de débit contrôlent l'écoulement des liquides critiques, comme les liquides de refroidissement et les huiles de coupe. Les capteurs de force contrôlent l'effort appliqué sur les produits au cours des processus de formage et de pliage ainsi que des autres processus de fabrication impliquant des contraintes.
Les capteurs servent à améliorer la précision des équipements de mesure et de test grâce à l'emploi de capteurs de température et de pression permettant de contrôler le bon déroulement des opérations. Les capteurs de position (transformateurs différentiels à variation linéaire, têtes de mesure) servent à mesurer les dimensions du produit ; les capteurs à jauge sont utilisés quant à eux dans la détermination de la masse afin de vérifier que le produit respecte les limites de poids prédéfinies.
Les capteurs sont également utilisés dans le contrôle statistique des procédés afin d'obtenir des mesures précises, cohérentes et fiables de divers paramètres de procédé. Protégés par des boîtiers extrêmement résistants, les capteurs TE garantissent une grande stabilité à long terme, ce qui limite les interventions de maintenance tout en permettant une utilisation fiable dans les environnements difficiles. Interchangeables, ces capteurs peuvent être rapidement remplacés en cas de défaillance de manière à réduire les périodes d'inactivité de l'usine.
Des capteurs de pression et de niveau de liquide utilisés pour la surveillance des conduites d'eau ou d'air et des niveaux de liquides dans les cuves de stockage, aux capteurs de température avec ou sans contact employés pour le contrôle de la température ambiante, de la température des postes de travail et de l'occupation de l'enveloppe de travail, la gamme de capteurs TE peut vous offrir la solution dont vous avez besoin pour exploiter un environnement de travail à la fois productif, sécurisé et confortable.
Progrès réalisés dans les technologies de capteurs pour usines intelligentes
Les capacités de production ne cessent d'évoluer à mesure que les fabricants mettent à niveaux leurs systèmes et/ou équipements. Le déploiement de ces mises à niveau contribue à faire progresser les technologies de capteurs et à développer et commercialiser de nouveaux produits. Certains facteurs déterminants, comme l'arrêt en cas de mauvaises conditions de température par exemple, requièrent des signaux analogiques élémentaires. Une fois le seuil de température dépassé, le processus de production s'interrompt. Ces fonctions sont assurées par certains composants de base : les thermistances, les modules [15] de variation des valeurs de résistance, ou encore le capteur d'humidité relative HS1101LF Measurement Specialties (MEAS) de TE [2], qui génère une capacité en fonction de l'humidité. Ces composants simples intègrent une intelligence qui permet de modifier la valeur d'un appareil normalement passif. Bien que les composants passifs aient besoin d'un circuit supplémentaire pour la mise en œuvre du processus final, le signal décisionnel est intégré dans des composants multifonctions plus intelligents, qui génèrent des signaux analogiques sous diverses formes. Les capteurs les plus évolués possèdent une propriété d'hystérésis qui permet de réduire les déclenchements intempestifs ou d'appliquer une plage de températures.
Au-delà des simples déclencheurs analogiques de base, les capteurs capables de produire une plage de valeurs de tension garantissent une meilleure capacité de détection. À l'heure où les processus de semiconducteurs utilisent toujours des niveaux de tension plus faibles, il est indispensable de pouvoir s'appuyer sur des méthodes plus sophistiquées, capables d'apporter davantage de précision. Dans ces applications, les signaux numériques remplacent la plage analogique de tensions limitée. Certains marchés refusent de supporter le coût et la complexité des protocoles de communication associés aux microprocesseurs décisionnels supplémentaires. Pour ces applications, la modulation d'impulsions en durée (PWM) et la modulation sigma delta sont utilisées comme signaux numériques et les résultats sont pondérés en sortie analogique. Le capteur de température numérique TSYS02S de TE [1] est un exemple de produit qui intègre ces deux types de sorties en complément d'une option I2C supplémentaire. L'avantage de ce produit est qu'il génère un signal analogique pour une logique trois volts avec une plus grande plage de résolution qu'un amplificateur opérationnel trois volts classique. Le nombre d'options disponibles permet aux clients de choisir une solution de captage de température qui réponde à leur budget et au degré de sophistication de leur circuit décisionnel.
Le capteur de température numérique TSYS02S de TE (référence [1]) comprend trois types de sorties analogiques : PWM, SDM et I2. La mise en œuvre de cette génération de signaux numériques suppose une pondération, ce qui garantit un plus haut degré de précision grâce à l'utilisation de protocoles de communication. Dans ces capteurs, la communication A/D et les sorties de données sont intégrées dans un même paquet. La granularité augmente proportionnellement au nombre de bits du flux de données. L'adressage représente une composante essentielle du flux binaire, grâce à laquelle un grand nombre de charges esclaves peuvent être contrôlées par des maîtres, ce qui améliore l'acquisition de données pour un meilleur contrôle. Le pointage et la synchronisation des données représentent des effets indésirables mineurs compte tenu du gain de précision et de l'amélioration de l'intégrité des signaux obtenus avec les solutions analogiques.
Référence [14} La structure à quatre lignes de données d'une interface SPI accélère l'acquisition de données par rapport à une structure I2C .
Référence [14] La structure de ligne de données en série d'une interface I2C est moins complexe qu'un modèle SPI.
Il existe des produits de capteurs intégrant une fonction de communication série pour les applications de détection de température [1], d'humidité [3] et de température et d'humidité [3]. Divers capteurs de pression [9-11] sont utilisés pour contrôler les processus sensibles à la pression barométrique ainsi qu'aux niveaux de pression sous air comprimé.
Voir les produits connexes
Les capteurs de position détectent la force du champ magnétique afin de déterminer les valeurs d'alignement [8], de position linéaire [5] ou de position angulaire [5, 6, 7]. Ces produits magnorésistifs (MR) [14] utilisent des ponts de Wheatstone. La valeur de sortie se présente sous la forme de deux formes d'ondes sinusoïdales déphasées, en fonction de l'angle déterminé par le pont de Wheatstone.
Le capteur KMT32B de TE (Référence [5]) est un capteur angulaire magnétique capable de déterminer la position d'un bras robotisé. Les signaux de sortie se présentent sous une forme sinusoïdale avec une différence de phase représentative de l'angle.
Outre des informations sur les caractéristiques et les valeurs du produit, les options d'emballage offrent un large choix de modes de montage, allant d'un montage en surface à un montage par insertion permettant de surélever le composant au-dessus de la carte. Pour les composants sensibles à la température, comme le capteur HTU20D(F) de TE, les informations de montage guident l'utilisateur sur la manière d'exploiter les logements de la carte afin de réduire le transfert de chaleur des autres composants. Cela permet d'obtenir des valeurs d'humidité plus précises, directement dérivées de la température ambiante et sans tenir compte de l'excédent de chaleur généré par le circuit support.
La fiche technique du capteur d'humidité HTU20D(F) de TE (Référence [3] explique en quoi le montage peut affecter les performances du produit compte tenu de la température ambiante réelle.
Résumé
Du processus de commande de matières premières jusqu'à la phase de production finale, les usines intelligentes ont révolutionné le secteur de la fabrication en augmentant les cadences de production, en réduisant le risque d'erreurs humaines et en améliorant l'efficacité globale des flux de production. Cette modernisation des usines a modifié les besoins en machinerie et stimulé la demande de capteurs fiables, en particulier dans les environnements soumis à de fortes vibrations. Selon le degré de sophistication et les méthodes de signalisation
requis, le fabricant est capable de proposer systématiquement un produit de capteur offrant une solution parfaitement fiable. À mesure que les fonctions des usines intelligentes se développent, TE s'engage à faire évoluer ses technologies de capteur afin de s'adapter à l'évolution des exigences système.
[3] Fonctionnalités en option pour le capteur HTU2XY(F) de TE Intègre un filtre/une membrane PTFE Protège contre les poussières et les immersions dans l'eau+
Références
1. « TSYS02S Digital Temperature Sensor », Measurement Specialties
2. « HS1101LF – Relative Humidity Sensor », HS1101LF.pdf
3. « HTU20D(F) RH/T Sensor IC, Digital Relative Humidity sensor with Temperature output », HTU20D.pdf
4. « HTU20P(F) RH/T Sensor IC – Miniature Relative Humidity and Temperature », HTU20P.pdf
5. « KMA36 Contactless Rotational and Linear Encoder », KMA36.pdf
6. « KMT32B Magnetic Angle Sensor », KMT32B.pdf
7. « KMT37 Angular Sensor », KMT37_Angular_Sensor.pdf