智能使用传感器
用于离散制造的智能传感终于成熟了。随着嵌入式控制器芯片成本的持续下降和性能的不断提高，制造商可以在更小的封装中经济地应用它们。与此同时，视觉系统软件的进步已经将复杂性降低到不再需要博士学位的程度。
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用于离散制造的智能传感终于成熟了。随着嵌入式控制器芯片成本的持续下降和性能的不断提高，制造商可以在更小的封装中经济地应用它们。与此同时，视觉系统软件的进步已经降低了复杂性，不再需要视觉方面的博士学位来建立一个工作应用程序。
制造业在信息收集和处理方面的需求要求传感器能做的不仅仅是报告“开”或“关”状态。例如，2D条形码可以将有关正在生产的产品的信息放在产品本身上。现在，控制工程师必须找到一个传感器来读取新的条形码格式，并将信息实时发送到控制器或数据服务器，即使他们生活在一个有时充满敌意的环境中。
有时仅靠距离或光电开关来检测存在感是不够的。如果有可靠的模拟输出，它也可以提供距离信息。
视觉系统价格/性能的提升意味着100%检测的目标可以成为现实。技术的进步使得3D视觉能够用于关键的空间检查。与此同时，在成本较低的一端，颜色功能扩展了这些“视觉传感器”的实用性。更高的检查速度和以太网连接是另一个好处。
标准在实现开放系统组件的互操作性方面发挥了重要作用，现在标准也开始在传感器技术和应用中发挥同样的作用。IEEE 1451定义了标准接口和数据表，提供了许多好处。
无论应用什么，要记住离散传感器今天可能不那么“离散”了。
工业环境对传感器的要求很高。有时接近传感器用于梯子或托盘站。供应商在克服这些问题上所能做的并不多，但正在帮助解决灰尘和油雾对光学传感器造成的问题。
ifm efector (Exton, Pa.)产品经理Karl Klinger表示，智能传感器可以根据环境进行调整，并不断调节灵敏度以实现性能最大化。传感器通过基于微处理器的技术获取情报。微处理器是传感器的大脑，它指导传感器学习应用程序的特征。这种基于微处理器的“教学功能”使传感器能够非常快速地处理大量数据。正是这种功能为用户提供了一个易于使用、设置和调整的传感器。”
这款来自Banner的智能传感器可以验证批次和日期代码
关于注射器装配系统的帽和柱塞的信息。
提醒操作员采取行动
克林格先生报告说，光电最麻烦的情况是灰尘和污垢在镜头上的积累，导致接收器看到的光逐渐退化。微处理器可以持续监测光值，并将其与“正常”值进行比较。当实际值达到阈值时，微处理器发送信号提醒操作员清洗镜头。
光电传感器的另一个问题是检测不规则形状的物体或具有闪光背景的物体。Keyence(奥克兰，新泽西州)的技术支持人员查尔斯·斯特罗贝尔(Charles Strobel)说，两项新技术使检测更加可靠。“APR(自动功率增强)电路根据目标的颜色和角度自动调整发出的光量。然后，反射光被聚焦在PSD(位置敏感探测器)上，形成一个光束点。光束点根据传感器和工件之间的距离在探测器上移动。工件颜色的变化，例如从白色到黑色，会减少光量，但不会改变PSD上光束点的位置。”
一些早期的智力包括“教导”功能。通过在正常背景上训练，按下按钮，然后将设备训练到目标上，再按下按钮，即可启用光电设置。这个函数是电位器设置的巨大一步。启用微处理器的交换机、标准网络和笔记本电脑预示着未来的进一步发展。
西门子能源与自动化公司(Siemens Energy & Automation)传感器产品经理利比(Brian Libby)说，有些传感器提供了从远程工作站、通过过程图像或通过传感器的输入按钮编程参数的灵活性。参数编程可以系统地复制到多个传感器，从而消除了在一条线上编程单个传感器的耗时任务。优点包括消除了三线、四线或五线传感器的布线，以及每个传感器的昂贵设置。热插拔故障传感器的能力是一个额外的奖励。另一个内置的好处是系统诊断。我们可以自动检测断线、短路、错调和模块/传感器故障，并为每个通道发送信号。”
远程配置优先
据百利富(Pepperl+Fuchs)工业总线系统经理加里•弗里吉斯(Gary Frigyes)说，嵌入式智能最吸引人的特点之一是，“能够通过一根电缆连接多个传感器，并对它们进行远程配置和诊断”。传感器的远程配置包括目标对齐、操作模式选择、开关频率和开关点设置等选项。诊断包括线圈监测、目标稳定性、传感器健康状况，以及在完全故障发生之前警告潜在问题的微弱信号指示。”
开放网络已经存在一段时间了。虽然这些技术的实施似乎只是现在才获得动力，但好处远远不止弗烈耶斯提到的那些。
罗克韦尔自动化公司(Milwaukee，威斯康星州)将DeviceNet集成到许多传感器中。由于预配置设备的即插即用能力，网络启用传感器降低了启动成本。布线成本通常是标准并联布线系统的一小部分，因为有快速连接终端的单电缆布线。
另一种方法是着眼于主要应用，开发专门的智能解决方案。Eaton/Cutler-Hammer(宾夕法尼亚州匹兹堡)的光电传感器产品经理马特•西姆斯(Matt Sims)透露，“我们正在光电产品中使用嵌入式智能来处理原本由远程PLC管理的逻辑。这是一个实际应用，智能设备通过减少布线和PLC I/O成本来满足客户的需求，同时简化系统安装。我们的输送机控制系统针对物料搬运和输送应用，通过将传感器与其他组件捆绑在一起，提供零压力积累的解决方案。”
模拟接近开关
感应接近开关的一个很好的，但不友好的应用是冲压机和模具。prox是一个很好的“走-不走”传感器，用于部分存在检测。但如果存在其他问题怎么办?像有正确的部分，或部分插入的部分馈送过程?解决方案可以使用prox，但模拟输出将比无数个小型标准开关更好。
Balluff (Florence, Ky.)产品经理Henry Menke讨论了其模拟感应接近开关。通过对模拟信号进行分析，可以获得大量信息，例如部件轮廓或部件ID。模拟prox可以与当今较便宜的模拟PLC模块相结合，以实现整体低成本的解决方案。PLC可编程的设定值对于那些必须频繁更换的人来说是一个很有吸引力的功能。”
Banner Engineering (Minneapolis, Minn)副总裁Floyd Schneider讨论了一种光电传感器技术，该技术将激光测量功能添加到传统的局部应用中。他说:“‘飞行时间’传感器适用于金属成型、模具保护、起重机和龙门控制等应用。”
该技术涉及一个短电脉冲驱动激光二极管。当主光束离开时，部分光被散射到一个内部光电二极管传感器，然后在从目标反射后重新进入。电路计算时间差并将其转换为与用户定义的窗口限制成比例的模拟信号。
开发人员已经从各个方面攻击了视觉系统的限制。摄像头变得越来越智能和小巧，标准通信减少了布线问题，而软件的进步简化了设置和配置，并使许多用户可以访问以前的新奇应用程序。
颜色，视觉的连接性
“视觉传感器”市场的进步包括颜色识别和高速连接。欧姆龙电子(Schaumburg，伊利诺伊州)有一个彩色视觉解决方案。康耐视(Cognex, Natick, Mass.)和DVT (Norcross, Ga.)在夏季宣布了独立视觉传感器的彩色功能，预计今年秋季发货。
康耐视(Cognex)高级行业营销经理查克•吉林汉姆(Chuck Gillingham)表示:“人们可以期待在视觉传感器上看到两种技术。一是颜色识别。这将有助于在传送带上进行零件分拣等应用，在这些应用中，高端系统可能过于昂贵或“多余”。第二是加强沟通支持。我们的视觉区域网络建立在以太网上，允许传感器和其他设备和系统之间的通信。应用软件系列为用户在包装等特定行业领域开发应用程序提供了模板。”
DVT市场传播经理迈克尔•威廉姆斯(Michael Williams)指出，颜色传感器能够检测灰度分析可能看不到的特征。此外，基于以太网连接的网络诊断为用户的工具箱增添了强大的功能。
欧姆龙电子公司的视觉产品营销经理Mark Sippel也认同通信在新一代视觉系统中的重要性，并补充道:“同时也寻求用于图像捕获和测量的高速处理，从而实现更复杂的测量和检测功能。光学字符识别(OCR)是视觉传感器检测集装箱的新兴应用。
康耐视的视觉区域网络实现了多个视觉传感器之间的协调
以及这条装瓶和包装线的整体控制。
视觉系统好处
Microscan公司(Renton, Wa.)产品经理马特•艾伦(Matt Allen)描述了视觉系统的好处，他说:“当今对准时库存履行和按订单制造实践的推动，已经使信息成为公司最重要的资产之一。视觉系统是许多制造过程自动化背后的使能技术。作为一种数据捕捉设备，视觉系统已被用于高速分类、产品检验和在制品跟踪。”
Microscan应用工程经理Bob Taplett补充说:“我认为我们可以有把握地说，视觉技术将演变成未来的数据捕获系统。基于视觉的系统最终将取代条形码扫描仪，主要是因为它们可以完成额外的任务。”
视觉已经成为一个相当广泛的产品类别，从价格低廉、不断变得更加复杂的“传感器”，到高端系统，包括用于个人电脑的图像捕捉板、快速相机和复杂的软件。
Matrox Imaging公司(Dorval, Quebec, Canada)的产品线经理Pierantonio Boriero讨论了这些高端系统的发展趋势。“现在的趋势是更复杂、更容易使用的工具。几何模式识别软件就是一个例子。在受控环境中使用灰度分析效果较好，但在制造中难以实现。几何模式识别对更恶劣的环境具有耐受性。此外，该软件是为没有图像处理博士学位的用户设计的。
“相机的发展趋势是高速串行接口，比如IEEE 1394 (Firewire)、CameraLink，也许还有USB 2.0。使用这些标准将消除定制电缆，简化与系统的接口。”
三维视觉
两家公司已经推出了3D系统，尽管版本不同。Cognitens (Ramat HaSharon, Israel)在一个固定装置中配备了三个摄像头，该系统可以作为实时计量仪器，用于门对准等应用。
与此同时，Braintech公司(位于加拿大不列颠哥伦比亚省北温哥华)开发了一种系统，通过最初用于物料搬运作业的单摄像机系统提供3D输出。
这两种技术都很复杂，但对于大多数控制工程师来说，可以为更困难的应用设计解决方案。有关这些新技术和应用的更详细讨论，请参阅本文www.globalelove.com下,CE发行于2001年10月。
Jack Tedesco, RJS (Irvine, california)的副总裁，为自动数据输入的条形码解决方案辩护。他说:“条形码是世界上最便宜、最可靠的数据输入方式。”“正因为如此，条形码越来越多地成为系统数据的输入点，而由于各种原因，条形码根本没有备份的选择。”在线条形码验证器提供实时、实时的打印过程错误检测，以保持系统正常运行。”
传感器中的智能，就像人类一样，以多种形式存在。控制工程师面临的挑战是找到合适的传感器并智能地应用它。
| 了解更多供应商，请访问www.globalelove.com/ buyersguide;欲了解更多信息，请登录www.globalelove.com/freeinfo:在线使用以下圈号 | ||
| 巴鲁夫 www.balluff.com |
横幅 www.bannerengineering.com |
Braintech www.braintech.com |
| Cognex www.cognex.com |
Cognitens www.cognitens.com |
深静脉血栓形成 www.dvtsensors.com |
| 伊顿/ Cutler-Hammer www.cutler-hammer.com |
Endevco www.endevco.com |
ifm efector www.ifmefector.com |
| 日本基恩士 www.Keyence.com |
Matrox www.matrox.com |
微扫描 www.microscan.com |
| 国家仪器 www.ni.com |
欧姆龙电子 www.info.omron.com |
倍加福 www.am.pepperl-fuchs.com |
| rj www.rjs1.com |
罗克韦尔自动化 www.rockwellautomation.com |
西门子能源与自动化 www.sea.siemens.com |
IEEE 1451旨在简化传感器连接
当使传感器更智能的技术继续扩散时，IEEE 1451标准小组的工作正试图为智能传感器的碎片化世界带来某种程度的秩序。通过这样做，IEEE和美国国家标准与技术研究所(NIST，华盛顿特区)在1994年发起的标准工作希望简化智能传感器技术的集成和采用。
简单地说，IEEE 1451的目标是简化传感器(传感器和执行器)的连接，无论是仪器还是网络。参与的公司正在努力通过定义一套智能传感器的公共接口来实现这一目标，包括即插即用传感器操作机制。
认识到智能传感器将不可避免地采用多种不同形式和不同级别的集成，IEEE 1451标准定义了一组互补接口，旨在协同工作或独立工作。
针对模拟传感器和高速分布式应用的两个最新提议标准的开发正在继续取得进展。
IEEE P1451.4工作组正在完成一项拟议的标准，该标准定义了模拟传感器如何继承自描述功能，以简化即插即用操作。该标准定义了一个混合模式接口，保留了传统的模拟传感器信号，但增加了一个低成本的数字链接，以访问嵌入在传感器中的传感器电子数据表(TEDS)进行自我识别。这些即插即用的传感器，在保持与传统模拟系统的兼容性的同时，带来了更容易的系统设置和维护、改进传感器簿记和提高数据完整性的普遍好处。事实上，IEEE P1451.4的概念和技术今天在涉及大量传感器的测量应用中使用，例如结构测试。IEEE P1451.3工作组还在继续定义用于连接大量物理分离传感器的数字多滴换能器总线。P1451.3规范将支持TEDS、高带宽传感器(高达几百kHz)和总线上的时间同步。
IEEE P1451.3和P1451.4是IEEE 1451智能传感器接口标准家族的最新提议成员，其中两个已被接受并发布。IEEE Std 1451.1-1999“网络应用处理器信息(NCAP)模型”定义了一个具有接口规范的网络智能传感器的公共对象模型。
IEEE Std 1451.2-1997“传感器到微处理器的通信协议和TEDS格式”定义了一个数字点对点接口，用于将具有数字输出的智能传感器模块连接到基于微处理器的网络适配器。IEEE 1451.2也是第一个引入TEDS概念的标准。嵌入式、自识别ted的概念可以说是标准中最受欢迎的组件，也是整个IEEE 1451标准家族的关键元素。
David Potter，国家仪器新兴市场总监，IEEE P1451.4工作组副主席。
更多关于IEEE 1451的信息可以在NIST网站https://129.6.13.102上找到。参见Endevco的控制工程在线额外。
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