技術(shù)方案
Technical Proposal
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波恩儀器·深入了解傳感器的工業(yè)用途
2024-06-30當(dāng)今的工業(yè)格局具有前所未有的波動性，不確定性，復(fù)雜性和模糊性。結(jié)果，對于資產(chǎn)和人員而言，以更低的成本和更高的安全性來提高運營效率變得越來越重要。在這種背景下，傳感技術(shù)及其進(jìn)步對工業(yè)運營保持競爭力和效率起著關(guān)鍵作用。
傳感技術(shù)及其各種應(yīng)用隨著技術(shù)和業(yè)務(wù)需求的發(fā)展而不斷發(fā)展。傳感器可用于檢測從距離到熱到壓力的各種實際屬性。當(dāng)今的產(chǎn)品使用傳感器來感應(yīng)周圍的一切，它們具有非常精確的能力，消耗的功率更少，并且安裝和維護(hù)成本低廉。事實證明，傳感器是為其過程和相關(guān)業(yè)務(wù)創(chuàng)造新價值的重要組成部分。
一、什么是傳感技術(shù)？它與傳感器有何關(guān)系？
傳感器的范圍非常廣，種類很多，但是從根本上說，傳感器是檢測測量對象的特征量并將該量轉(zhuǎn)換為可讀信號的設(shè)備，該信號顯示在儀器上。簡而言之，傳感技術(shù)是一種使用傳感器通過檢測物理，化學(xué)或生物特性量并將其轉(zhuǎn)換為可讀信號來獲取信息的技術(shù)。
二、從人的感官了解機器的傳感
原則上，任何具有檢測抽象，無形或物理性質(zhì)的能力的材料或設(shè)備都是傳感器。我們被傳感器包圍著，傳感器成功地測量和檢測了許多成功運行在我們周圍的設(shè)備及過程。
實際上，人體的正常功能取決于五種感覺器官——眼睛，耳朵，鼻子，舌頭和皮膚。人體感官（感官器官）的功能已明確定義——它們獲取有關(guān)外部環(huán)境的信息，并將其傳輸?shù)酱竽X進(jìn)行處理。然后，大腦將身體引導(dǎo)至進(jìn)一步的行動過程。感覺器官的正常功能對于人體的安全和健康至關(guān)重要。
多年以來，已經(jīng)開發(fā)了許多可以檢測多種物理或化學(xué)性質(zhì)的傳感器。
物理傳感器在視覺，聽覺和觸摸中起著重要的作用，可以感應(yīng)并將光，聲波，壓力和溫度等物理量轉(zhuǎn)換為電信號。
化學(xué)傳感器起著味道和氣味的作用。根據(jù)各種化學(xué)品的存在，濃度和組成，它可以轉(zhuǎn)換和檢測電信號。
生物傳感器被認(rèn)為是化學(xué)傳感器的一部分，但是它們利用發(fā)出電和光信號的生物特性來檢測狀態(tài)或物質(zhì)。
有一些高靈敏度的傳感器可以檢測出人類感官無法檢測到的磁性和輻射劑量。
工業(yè)應(yīng)用中的傳感器起著至關(guān)重要的作用，就像人體中的感覺器官一樣。流程行業(yè)擁有大量依賴于傳感器才能正常運行的機器或系統(tǒng)和互連設(shè)備的集群。在過程流中聯(lián)網(wǎng)的傳感器，可以連續(xù)不斷地檢測，測量和傳輸物理環(huán)境中任何變化的電信號。電信號被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)（計算機），該系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)并進(jìn)一步指導(dǎo)該過程。
隨著社會的不斷進(jìn)步，過程流和控制機制也發(fā)生了變化。實際上，現(xiàn)代機器現(xiàn)在具有高度靈敏且可選項廣泛的人機界面，用于控制和監(jiān)視。傳感技術(shù)是如此自動化，以至于可以選擇人類的愿望和意圖，并將過程進(jìn)一步發(fā)展。
因此，就像人體的感覺器官負(fù)責(zé)各種任務(wù)并成為生命正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素一樣，傳感器通過不斷檢查各種過程參數(shù)以實現(xiàn)連續(xù)運行，在工業(yè)中扮演著相同的角色。
三、傳感器的工業(yè)用途
本質(zhì)上，工業(yè)過程是導(dǎo)致產(chǎn)品制造的物理，化學(xué)，電氣或機械步驟。高度發(fā)達(dá)的過程工業(yè)具有定義明確并記錄在案的過程。至關(guān)重要的是連續(xù)測量和精確控制每個生產(chǎn)過程的狀態(tài)，以避免意外的組件更改和不穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。對于過程的成功而言，通過監(jiān)視生產(chǎn)設(shè)備和公用設(shè)施的狀態(tài)并執(zhí)行最佳維護(hù)管理來最大化基礎(chǔ)設(shè)備的性能也很重要。這就是為什么工業(yè)傳感器和儀器設(shè)計用于過程監(jiān)控和資產(chǎn)監(jiān)控的原因。
過程監(jiān)控
過程監(jiān)視傳感器用于監(jiān)視工廠中產(chǎn)品和過程的狀態(tài)。這些放置在生產(chǎn)過程中的傳感器連續(xù)檢測被測物的狀態(tài)，并將其作為過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧?。然后，控制單元將傳輸?shù)男盘柵c目標(biāo)值進(jìn)行比較，將差異轉(zhuǎn)換為受控變量，將其輸出，然后將其更改為被測量狀態(tài)。通過重復(fù)該循環(huán)，執(zhí)行“反饋控制”以將被監(jiān)視對象保持在穩(wěn)定的受控狀態(tài)。
這些傳感器需要連續(xù)，實時的數(shù)據(jù)輸入和高速響應(yīng)。這些可靠的傳感器可實時微調(diào)過程，以消除盲點，從而實現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)和最佳工廠運行。
資產(chǎn)監(jiān)控
資產(chǎn)監(jiān)視傳感器在監(jiān)視工廠設(shè)備方面起著至關(guān)重要的作用。他們檢索和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)構(gòu)成了分析和警報的基礎(chǔ)。通過分析傳感器輸出數(shù)據(jù)，可以診斷工廠設(shè)備的健康狀況。然后，此診斷將用于警報管理，設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)以及更有效的維護(hù)巡邏。高響應(yīng)傳感器可以幫助防止工廠事故，延長過程正常運行時間并提高設(shè)備的使用壽命。
幾乎所有過程都可以使用各種各樣的傳感器和傳感系統(tǒng)。收集可靠，準(zhǔn)確的過程數(shù)據(jù)的能力對于實現(xiàn)任何級別的過程控制都是至關(guān)重要的。加工廠可以采用最新的控制系統(tǒng)或基于云/邊緣的數(shù)據(jù)收集技術(shù)，并且如果檢測和報告存在缺陷，仍然可以見證過程故障。當(dāng)今的傳感系統(tǒng)已形成一個整體套件，可確保它們作為一個單元來實現(xiàn)最佳的過程和資產(chǎn)管理，并最終實現(xiàn)過程的成功。
這些傳感單元被用于各種具有不同水平流程自動化的行業(yè)，因為數(shù)據(jù)檢測是任何流程行業(yè)成功的非常重要的第一步。
四、工業(yè)應(yīng)用傳感器的好處
部署傳感器和傳感技術(shù)具有多項優(yōu)勢，包括預(yù)測性和預(yù)防性維護(hù)。它們不僅可以確保更快地傳輸測量數(shù)據(jù)，還可以提高準(zhǔn)確性，從而改善過程控制并增強資產(chǎn)健康狀況。
新型傳感器能夠進(jìn)行有線和無線傳輸，可從資產(chǎn)和過程實時，連續(xù)的數(shù)據(jù)饋送。這使主管人員可以更全面地了解過程工廠。利用傳感器的企業(yè)比以往任何時候都更具連接性，安全性和敏捷性。
傳感器的主要優(yōu)點包括：提高了數(shù)據(jù)捕獲的靈敏度，幾乎無損的傳輸以及連續(xù)，實時的分析。實時反饋和數(shù)據(jù)分析服務(wù)可確保流程處于活動狀態(tài)并以最佳方式執(zhí)行。
傳感技術(shù)的不斷發(fā)展催生了當(dāng)今的智能傳感器。與傳統(tǒng)的沒有有源組件的模擬傳感器不同，智能傳感器包含電路，允許它們進(jìn)行測量并將值輸出為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這些傳感器具有嵌入式微處理器單元，并在信號轉(zhuǎn)換器上安裝了許多傳感設(shè)備。
智能傳感器能夠執(zhí)行許多內(nèi)在的智能功能，例如自我測試，自我驗證，自我適應(yīng)和自我識別的能力。他們了解流程要求，管理各種條件，并可以檢測條件以支持實時決策。這些智能傳感器針對多種過程條件進(jìn)行了編程，使執(zhí)行人員可以獲得最大的收益。
通過轉(zhuǎn)向更智能的傳感器，并有效利用從流程和資產(chǎn)中收集的數(shù)據(jù)，公司可以提高生產(chǎn)率，提高能源效率并降低工廠的總擁有成本。通過持續(xù)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)檢索，流程負(fù)責(zé)人可以確定高能耗區(qū)域，并可以采取適當(dāng)措施來限制能源浪費。這種方法將幫助公司實現(xiàn)聯(lián)合國制定的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，例如“負(fù)擔(dān)得起的清潔能源”，“工業(yè)，創(chuàng)新和基礎(chǔ)設(shè)施”以及“負(fù)責(zé)任的消費和生產(chǎn)”。
簡單概括，傳感器的優(yōu)點為：
加快流程并使其更加準(zhǔn)確
實時收集過程和資產(chǎn)數(shù)據(jù)
準(zhǔn)確，可靠和連續(xù)地監(jiān)視流程和資產(chǎn)
提高生產(chǎn)率并降低總擁有成本
減少能源浪費
五、傳感技術(shù)的未來發(fā)展之路
傳感技術(shù)隨著過程自動化的發(fā)展而發(fā)展，從而產(chǎn)生了功能更強大，網(wǎng)絡(luò)更好的傳感設(shè)備。傳感器已部署在各行各業(yè)的公司中，包括石油，天然氣，石化，化工，電力，紙漿和造紙，制藥，食品，鋼鐵，供水和廢水處理以及金屬等行業(yè)的公司。工業(yè)的進(jìn)步為傳感器類別鋪平了道路。隨著向數(shù)字化過渡的加速，對更大的過程自動化，增強的異常檢測能力以及預(yù)測性維護(hù)功能的需求正在推動傳感技術(shù)的空前采用。
預(yù)期挑戰(zhàn)
盡管它們小型化，但是今天的傳感器卻非常強大且易于接受。它們具有較低的故障率，并且比以往消耗更少的功率。在不久的將來，企業(yè)可以期望傳感器實現(xiàn)更大的小型化和電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及更低的價格，改進(jìn)的功能以確保消耗更少的功率，更高的響應(yīng)能力以及更高的故障承受能力。
許多加工廠已經(jīng)安裝了傳感器和數(shù)字化操作來進(jìn)行過程控制。他們已經(jīng)連接了工廠中的主要流程，并且可以檢測，報告和分析數(shù)據(jù)以實現(xiàn)更高水平的流程效率。下一個挑戰(zhàn)是從感官創(chuàng)造中獲得價值，而不僅僅是感官。要實現(xiàn)越來越有利可圖的可持續(xù)運營，就需要更充分地利用已被廣泛收集的高保真工廠數(shù)據(jù)。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的迅速發(fā)展將進(jìn)一步擴(kuò)展和補充其應(yīng)用和范圍。IIoT傳感器監(jiān)控一系列屬性，包括溫度，振動，壓力和水質(zhì)。這些傳感器連接到利用邊緣，霧和云計算資源來監(jiān)視和管理資產(chǎn)性能和能源效率的解決方案。
傳感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將不僅限于傳感設(shè)備。通過將智能感知與人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）融合在一起，它將支持敏捷決策和驅(qū)動器性能優(yōu)化。
