传感器是制造业自动化的关键

制造业自动化的内涵

制造业自动化是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），在无人（或少人）干预的情况下，按规定的程序或指令自动进行操作或控制，转化为可供人们使用的机器、装备、工业品或消费品。

根据在生产中使用的物质形态，制造业自动化可划分为流程制造业自动化和离散制造业自动化。

流程制造业自动化用传感器由测量工艺变量（如温度、液位、压力、流量等）传感器；测量电子特性（电流、电压等）传感器；测量物理量（运动、速度、负载以及强度）传感器，测量光学量（射线、照度、亮度、色度等）传感器，测量磁学量(磁场强度、磁通量)传感器，测量化学量(气体、湿度、离子) 等传感器组成。

车门自动检测系统

离散制造业自动化用传感器由光电传感器、电感式传感器、电容式传感器、接近/定位/位移传感器、视觉传感器、光电编码器、光幕等组成。

制造业包括：产品设计、制造、应用；原料采购、仓储、运输；订单处理、经营、零售；在主要从事产品制造的企业（单位）中，为产品销售而进行的机械与设备的组装与安装活动等。

自动化覆盖面极广：包括敏感元件、传感器、变送器、各式测量设备、执行机构、自动调节和控制单元、大中小型装置控制系统、综合优化调度与协调系统、企业综合管理信息系统等。

传感器是制造业自动化的关键

传感器是实现制造业自动化的关键，是自动检测和自动控制的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的检测，那么无论是信号转换，信息处理，或者数据的显示与控制，都将成为一事无成。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有自动检测和控制系统，也就没有制造业的自动化。近代电子技术和电子计算机为信息的转换与处理提供了极其完善的手段，近代检测与控制系统正经历着重大的变革，需要各种传感器去检测大量的原始数据并提供信息，可见传感器巨大的应用作用。而现阶段传感器是制造业自动化发展的瓶颈所在。

如离散传感器在诸多领域都有广泛应用，机床上用行程开关做限位开关，来实现对机床运动部件的超程保护，也使用光电开关、接近开关等来实现一些检测、保护、反馈及状态确认等功能；如果要求机床必须达到一定的安全保护等级，则必须使用安全开关或者光幕等；光栅则被广泛地应用于数控系统的闭环控制，以提高数控机床的加工精度。离散传感器作为弱电设备，是工厂自动化进程不可缺或的基础元器件之一，是机电一体化设备和系统中重要组成部分。目前，离散传感器广泛应用于各个行业，尤其是在制造业自动化领域有着重要作用。光电开关、接近开关、编码器、光栅等离散传感器都是制造业自动化经常用到的器件，它们各有各的作用，但经常在一起配合使用，并成为传感器中增长较快的一支队伍。而随着对生产效率和安全需求的提高，人们对离散传感器的要求也越来越高，人们更加关注其产品的性能、体积和功能，并尝试各种新技术以满足这些需求。

又如视觉系统能实现多角度立体成像，大范围毫米级成像和超精密微米级成像，整个系统同时获取的图像信息都可以实时处理，并综合完成目标定位， 精确测量， 发出精确动作指令。一旦某个产品的一个焊点出现问题了，比如合格焊接面积2微米，实际只达到了0.85微米，这将导致信号传输的阻抗增大而使工作频率达不到正常范围，视觉系统立即导引检验机器人，剔除废品至分支工序进行修复。组装车间各个成像单元监控各种环境指标，并把全部图像数据和其他数据综合到中央信息服务器。问题找到了，立即进行故障隐患排除，系统正常运转如常。下图是车门自动检测系统。检测人手的电容式传感器位于车门把手①内，一旦检测到有物体靠近，主控单元②通过低频天线③发送一个唤醒信号，该信号激活车辆钥匙发送器④，钥匙发送器与RFID接收器⑤交换信息，如果编码信息与主控单元②匹配，门锁就打开。从接近检测到RFID识别的过程是非常短的，相对于触摸检测，在车辆门禁中使用接近检测的优势在于在车主拉开门之前车辆就已经处于解锁状态。

制造业自动化用传感器发展趋势

高性能

要求传感器产品具有高的测量精度和多种功能。

制造业自动化产业的发展，是基于自动化技术和新一代传感器的成熟。新型硅传感器、金属电容传感器、复合传感器、光纤传感器、科氏力传感器等新型传感器的研发使自动化仪表的精度提高1～2个档次。如压力/差压变送器已从0.2级提高到0.075级和0.04级；液、气体的流量测量精度已从0.5级、1级提高到0.1级、0.2级。数字技术与传感器技术的结合使新一代高性能自动化产品成熟完善，制造业自动化要求一种传感器实现多种功能，如既能测量压力、温度又能测量和流量（差压）。从而推进制造业自动化向制造业智能化和网络化方向发展。

高可靠性

制造业自动化产品是现代工业重大装备的神经中枢、运行中心和安全屏障，不允许发生故障。针对其日益提升的重点地位和作用，该类产品的“高可靠性”作为其重要发展方向。国外领先企业开始提供保修期长达10年、使用期不需调整维修的产品，并提出“终身保修”、“本质无损”等概念。高可靠性的实现首先源自原理和结构设计的创新，其次是采用高可靠性的元器件，特别是高可靠的传感器如固态传感器、无运动部件传感器、无应力传感器等。

高适用性

制造业自动化特别是流程制造业自动化，现场工况复杂，环境要求苛严， 环境要求耐高温、高压、高压差、强冲刷、强辐射、多相流、非接触检测、无损检测，要求传感器具有高的适应性。

智能化

制造业自动化发展的必然趋势是制造业智能化，即工业4.0。因此要求传感器实现智能化。传感器的智能化是指传感器具有记忆、存储、思维、判断、自诊等人工智能。其输出不再是单一的模拟信号，而是经过微处理器后的数字信号，甚至具有执行控制功能，技术发展表明：数字信号处理器（DSP）将推动众多新型下一代传感器产品的发展。Honeywell推出的LG1237是一种智能型绝压传感器，测量范围0.5Pa～1000Pa，使用寿命25年，使用温度-55℃～125℃，准确度优于±0.03％/FS。

智能化技术的应用不但使单个产品的故障能及时发现，而且使整个工程成千上万台自动控制设备处于实时监控之中， 并有条件实现预防性维护，明显提高了整个系统的运行可靠性。近年提出“ 功能安全技术” 概念，并开始制定相应标准，符合功能安全技术的传感器产品开发，系统整体安全等级的论证技术更是制造业自动化中传感器发展的重要内容。