Escolhendo os sensores industriais certos para um produto

Os sensores industriais desempenham um papel fundamental em ambientes industriais, convertendo parâmetros físicos em sinais que podem ser usados em uma ampla gama de aplicações. Então, como o projetista pode se certificar de que o sensor industrial correto seja escolhido para um produto?

Os sensores industriais são dispositivos usados para monitorar, medir e detectar alterações nas condições ambientais ou operacionais em ambientes industriais. Esses sensores convertem variáveis físicas, como temperatura, pressão, vibração, proximidade, luz, umidade ou propriedades químicas, em sinais que podem ser medidos, analisados ou monitorados por um sistema ou controlador. Os dados coletados por esses sensores são essenciais para automatizar processos, melhorar a segurança e aumentar a eficiência em vários setores, como manufatura, energia, automotivo, aeroespacial e outros.

Figura 1: Um sensor óptico instalado em uma esteira transportadora da linha em uma fábrica. (Fonte da imagem: Adobe Stock)

O papel fundamental dos sensores industriais

O papel fundamental que os sensores industriais desempenham não pode ser subestimado. Esses dispositivos são vitais para possibilitar a automação, a segurança, as medidas de controle de qualidade e muito mais em ambientes industriais.

Os sensores industriais são essenciais para a automação de processos, permitindo que máquinas e sistemas operem com o mínimo de intervenção humana. Eles ajudam a garantir a precisão e a consistência em operações como linhas de montagem, sistemas robóticos e processos de embalagem.

Ao monitorar as condições do equipamento, como vibração, temperatura ou pressão, os sensores podem fornecer sinais de alerta antecipado de possíveis falhas no equipamento, permitindo a manutenção preditiva e reduzindo a paralisação não planejada.

Os sensores também podem garantir que os processos de fabricação atendam aos padrões exigidos, monitorando variáveis como temperatura, pressão e exatidão dimensional. Por exemplo, os sensores ópticos podem medir as dimensões do produto para garantir a consistência da qualidade.

Em ambientes perigosos, esses recursos podem ser fundamentais para a detecção de condições inseguras, como vazamentos de gás ou excesso de calor, e acionar alarmes ou mecanismos de segurança para evitar acidentes.

Enquanto isso, ao monitorar fatores como temperatura, uso de energia ou níveis de fluido, os sensores podem ajudar a otimizar os processos, reduzindo o desperdício e o consumo de energia.

Além disso, os sensores industriais podem permitir o monitoramento em tempo real de uma ampla gama de processos industriais, alimentando os sistemas de controle com dados para ajustes e otimizações em tempo hábil, ajudando a garantir operações tranquilas e eficientes.

Figura 2: Um sensor de vibração que utiliza magnetismo para detecção. (Fonte da imagem: Adobe Stock)

A dificuldade de encontrar o sensor industrial certo para um produto

Com uma variedade tão grande de sensores industriais para escolher, selecionar os sensores industriais certos para um produto pode ser uma tarefa complexa.

Uma das principais dificuldades é obter uma documentação clara e abrangente para sensores industriais. Diferentes fabricantes podem, muitas vezes, fornecer diferentes níveis de detalhes, o que dificulta a comparação direta das especificações. Às vezes, a documentação pode ser excessivamente técnica ou carecer de informações práticas, dificultando a compreensão de como o sensor se integra aos sistemas existentes ou opera em condições específicas. Além disso, em alguns casos, a documentação do produto pode não ser atualizada para refletir modelos mais novos ou atualizações de firmware, ou pode ser difícil encontrá-la no site do fabricante.

A diversidade de protocolos de comunicação em ambientes industriais também costuma ser outro ponto problemático na escolha de sensores. Os ambientes industriais podem depender de uma variedade de protocolos, como Modbus, PROFINET, EtherNet/IP ou outros. Alguns sensores podem não ser compatíveis com determinados protocolos, criando uma incompatibilidade com os sistemas de controle existentes ou exigindo modificações caras e demoradas. Há também o problema da interoperabilidade a ser enfrentado, garantindo que o sensor selecionado possa se comunicar efetivamente com o hardware e o software existentes. Em alguns casos, pode ser necessário hardware adicional (como gateways ou conversores) para tornar o sensor compatível com o sistema, o que complica ainda mais a integração.

A integração com o IO-Link é outro desses pontos problemáticos, já que o padrão de comunicação é relativamente novo para sensores e atuadores. Embora ofereça benefícios significativos, sua adoção pode trazer alguns desafios. Uma curva de aprendizado acentuada, disponibilidade limitada de recursos de conhecimento e sua integração com sistemas antigos são apenas alguns exemplos.

Por fim, há sempre o problema de encontrar um distribuidor que tenha estoque suficiente dos sensores necessários. Esse desafio é particularmente urgente nos setores que operam com modelos de estoque enxuto ou que exigem fabricação just-in-time.

Felizmente, a DigiKey se destaca no mercado de sensores industriais por oferecer uma ampla gama de sensores de alta qualidade dos principais fornecedores do setor. Isso será explorado mais adiante neste artigo.

Figura 3: Um sensor óptico utilizado em uma ferramenta de inspeção automática com sistema de visão. (Fonte da imagem: Adobe Stock)

O que priorizar ao selecionar um sensor industrial

Ao selecionar um sensor industrial, seguir uma hierarquia de decisão estruturada pode simplificar o processo e garantir que o sensor escolhido atenda aos requisitos da aplicação. Em geral, é possível seguir uma hierarquia de decisão semelhante a esta:

• Tipo de sensor – O que o sensor precisa detectar?
• Certificações do sensor – O sensor precisa aderir a alguma certificação ou norma específica?
• Capacidade de comunicação – O sensor tem a capacidade de se comunicar com a infraestrutura de automação existente?
• Inventário e disponibilidade – O sensor está prontamente disponível, quais são os prazos de entrega, há serviços de suporte disponíveis?
• Preço – O preço do sensor compensa, em termos de custos iniciais, custos totais de propriedade e retorno sobre o investimento, para o projeto?

Seguir essa estrutura ao selecionar um sensor industrial pode ajudar os clientes a restringir as opções e encontrar os sensores mais adequados que atendam aos requisitos técnicos, estejam em conformidade com as certificações, se integrem com sucesso, estejam prontamente disponíveis e não sejam muito caros.

A oferta da DigiKey

A DigiKey oferece uma ampla variedade de sensores industriais para atender a quase todas as necessidades. Sua ampla linha de sensores magnéticos, de proximidade, pressão e ópticos inclui grandes nomes como SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser e muitos outros.

Figura 4: O SNG-SPRC-002 (em cima) e o SNG-SPRD-004 (embaixo) da Honeywell. (Fonte da imagem: Honeywell)

Os sensores de velocidade da série SNG-S da Honeywell são um ótimo exemplo da linha de sensores magnéticos da DigiKey, apresentando um CI especialmente projetado e um ímã permanente encapsulado em invólucros robustos do tipo sonda. Esses sensores detectam alterações na densidade do fluxo do ímã quando aproximados de metal ferroso, fornecendo uma saída de pulso digital com uma frequência proporcional à velocidade de uma roda dentada. O desempenho do sensor depende de fatores como o material do alvo, a geometria, a velocidade, a distância entre o sensor e o alvo e a temperatura. A série SNG-S oferece uma ampla faixa de temperatura operacional de -40°C a +140°C, não é sensível à rotação angular durante a montagem e oferece vedação ambiental com classificação IP69K. Além disso, apresenta imunidade robusta a ruídos elétricos com classificação de 100 V/m, detecção de velocidade zero, capacidade de chaveamento de alta frequência de 0 Hz a 15 kHz e um anel de vedação para montagem segura. Os sensores são compatíveis com tensões de alimentação de 4,5 V a 24 V e têm certificação CE.

Figura 5: O sensor de radar K50RF-8060-LDQ da Banner Engineering. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

A série de sensores de radar K50R R-GAGE da Banner Engineering destaca uma das extensas linhas de sensores de proximidade da DigiKey, oferecendo uma solução robusta e econômica para ambientes internos e externos. Disponíveis em modelos de 40° x 30° para uma precisão comparável à dos sensores ultrassônicos e em modelos de 80° x 60° para uma cobertura mais ampla, esses sensores são ideais para aplicações como veículos autônomos (AGVs), gerenciamento de nível do tanque e detecção de veículos em estações de recarga de veículos elétricos. A série K50R oferece integração simples por meio do software Banner Measurement Sensor e apresenta opções duplas de saída discreta e analógica, com vários acessórios de montagem para uma instalação flexível. Com uma classificação IP67, os sensores são protegidos contra chuva, neve, neblina, vapor, vento e luz solar, garantindo uma operação superior em qualquer ambiente. São imunes a poeira, sujeira e vapor, têm efeitos mínimos de temperatura para medições estáveis e oferecem uma ampla faixa de medição de 5 m com uma zona morta curta de 50 mm. Além disso, eles permitem a montagem próxima de vários sensores sem interferência, graças à ausência da diafonia.

Figura 6: Transmissores de pressão compactos da série Cerabar PMC21 da Endress+Hauser. (Fonte da imagem: Endress+Hauser)

Os transmissores de pressão compactos da série Cerabar PMC21 da Endress+Hauser apresentam sensores cerâmicos isentos de óleo, projetados para durabilidade e resistência a choques de pressão. Suas células de cerâmica são excelentes em aplicações de baixa pressão e vácuo. A série PMC21 mede pressões absolutas e relativas que variam de 100 mbar a 40 bar. A comunicação é facilitada principalmente por um sinal de 4 mA a 20 mA, conectado por meio de um plugue M12 ou de válvula. O alcance do sensor e a conexão ao processo devem ser adaptados para atender às necessidades específicas da aplicação. Desenvolvidos para os ambientes exigentes do setor de processos, esses transmissores apresentam classificações de proteção contra ingresso até IP68, uma membrana Ceraphire altamente durável e um invólucro de aço inoxidável 316L. Com várias certificações, incluindo aprovações para áreas de risco e marítimas, eles são adequados para uma ampla gama de aplicações. Os usuários se beneficiam da facilidade de uso dos dispositivos, do alto desempenho, da estabilidade de longo prazo e da qualidade superior do material.

A DigiKey também tem uma fantástica variedade de sensores ópticos para oferecer aos seus clientes, como a câmera de eventos industriais VOC da Pepperl+Fuchs ou a série CLV69x da SICK.

Figura 7: O VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 da Pepperl+Fuchs. (Fonte da imagem: Pepperl+Fuchs)

A câmera de eventos industriais VOC da Pepperl+Fuchs foi projetada para gravação de vídeo acionada por eventos de até 60 segundos antes e depois de um sinal de gatilho, facilitando o diagnóstico remoto direcionado e a documentação automática. A câmera captura vídeo quando ocorre uma falha, um status predefinido ou um processo, com registro automático de data e hora e uma interface User Datagram Protocol para sobreposições de texto dinâmico, tornando a recuperação de arquivos rápida e fácil. Ideal para monitorar armazéns automatizados de alta capacidade e aplicações de segurança, ele apresenta uma interface da Web para acessar arquivos de vídeo e transmissões ao vivo, um buffer circular de vídeo para gravação automática e gatilhos via UDP, API REST ou entrada digital de hardware para integração. A câmera suporta distâncias de montagem de 0,05 m até infinito, oferece resoluções de até 1280 x 720 (HD) e pode armazenar até 10.000 eventos em um cartão microSD de 8 GB. Ele opera com 18 VCC a 28 VCC e usa protocolos como TCP/IP, HTTP, FTP e RTSP, com uma classificação de proteção IP65.

Figura 8: O CLV690-1000 (esquerda) e o CLV691-0000 (direita) da SICK. (Fonte da imagem: SICK)

A série CLV69x de leitores de código de barras da SICK vem com a tecnologia integrada de reconstrução de código + SMART, permitindo que o dispositivo leia até mesmo códigos de barras contaminados e danificados. Esses leitores de código de barras 1D de montagem fixa oferecem excelente desempenho de leitura, processamento de alta velocidade e alta precisão, com um recurso de foco automático que usa medição integrada de distância para leitura de código independente da altura dentro do campo de varredura. Além disso, o sistema operacional SOPAS ET, de fácil utilização, garante uma parametrização simples. Com o rastreamento integrado, o leitor pode gerenciar aplicações padrão sem a necessidade de um controlador adicional do sistema. Sua conectividade inovadora, incluindo o armazenamento incorporado de parâmetros, permite a substituição rápida do leitor e a fácil integração em várias aplicações. Os principais recursos incluem foco automático em tempo real para uma grande profundidade de campo, tecnologia de clonagem flexível do plugue, comunicações CAN, Ethernet e seriais, além de funções avançadas de classificação, filtragem e lógica. Um gráfico de barras de LED integrado com botões aumenta a facilidade de uso.

Conclusão

A ampla seleção de sensores industriais da DigiKey garante que os clientes encontrem o sensor certo para suas necessidades específicas, proporcionando um valor inigualável no setor de automação. A SICK e a Banner são reconhecidas por seus sensores avançados e contribuições inovadoras para a integração da IoT. A Pepperl+Fuchs se destaca em comunicação de sensores, enquanto a Endress+Hauser lidera em instrumentação de medição, especialmente para sensoriamento de medição de pressão e fluidos. Embora seja uma empresa menor, a Honeywell oferece sensores especializados que aprimoram o portfólio diversificado da DigiKey, que é mais amplo do que o de qualquer um de seus concorrentes.