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産業用センサ・システム

概要
ドキュメント
ツール & ソフトウェア
ソリューション
産業用センサは、ファクトリ・オートメーションやIndustry 4.0においてきわめて重要な要素です。モーション・センサや環境センサ、振動センサは設備の正常性をモニタリングするために使用され、線形位置測定、角度位置測定、傾き検出、レベリング、衝撃検出、落下検出など多岐にわたります。  微細加工によるセンシング(MEMS)エレメントをベースにした、専用の産業用モーション・センサは、広帯域幅の機械的周波数検出、高い信頼性、最高105℃までの安定した測定と正確な動作を実現し、Industry 4.0アプリケーションに適しています。 多くの産業用センサ・システムは、3Vや5Vの電源で動作するコンスーマ向けシステムと大きく異なり、24VのDC電源で動作します。そのため、産業用センサ・システムでセンサを効果的に駆動させるためには、追加のパワー・マネージメントが必要となります。これらのセンサで用いられる、IO-Linkのようなデジタル出力は、マイクロコントローラや無線トランシーバに直接送られます。アナログ・データ出力は普通、オペアンプによって調整され、マイクロコントローラ内のA/Dコンバータ(ADC)に接続されます。

STの製品

STは、幅広いMEMSモーション・センサおよび環境センサ、汎用8bitマイクロコントローラ(マイコン)STM8ファミリおよび汎用32bitマイコンSTM32ファミリIO-Link有線 / 無線を含むさまざまなコネクティビティ・ソリューションなどを提供し、産業用センサ・システムの設計における課題解決に貢献しています。 

ファクトリ・オートメーション向けセンサ 

STは、以下のような幅広い産業用センサを提供しています。  

温度センサ 

正温度係数タイプや負温度係数タイプ、およびRTD(測温抵抗体)など、さまざまな温度センサを提供しています。 

正温度係数(PTC)サーミスタは、正の温度係数を持つ抵抗体で、温度とともに抵抗が上昇します。リニア特性を実現するため、多くの製品にシリコンが使用されています。一方で、スイッチング・タイプのPTCサーミスタは、非線形の温度測定カーブを特徴とします。温度が上がるにつれて抵抗が低下していきますが、臨界温度に達すると抵抗が上昇に転じます。 

これらのPTCサーミスタは、産業機器の電気モータの巻線や監視リレーに使われ、過熱保護を実現することで絶縁損傷を防ぎます。非線形の応答曲線では、巻線の最大許容温度に達すると抵抗が急激に上昇することでリレーが起動され、過熱が防止されます。また、無線センサ・ネットワークにリンクさせることも可能です。 

負温度係数(NTC)サーミスタは、温度上昇とともに抵抗が低下します。0°C~+70°Cという広い温度範囲において+/- 0.1°Cまたは+/- 0.2°Cの優れた精度を有しており、長期にわたる安定性を備えています。 

IIoT(インダストリアルIoT)やファクトリ・オートメーションにおいて、障害診断を行うためのサーミスタ・プローブ・アセンブリに使用されます。また、NTCサーミスタは、さまざまなシステムのモニタリングにも使用することができ、無線センサ・システムを介してクラウドに接続することも可能です。 

アナログ / デジタル温度センサIC 

測距センサ 

誘導型測距センサは、付近の金属を検知することができ、ヒューマン・マシン・インタフェース(HMI)の安全性を向上に貢献します。直流2線式や直流3線式、高速動作に対応したアンプ分離型といった種類があります。 

LiDARセンサは、コンベヤ・ラインにおける赤外線モーション・センサなど、1次元トポロジにおける物体検知に利用することができます。2D LiDARセンサは、生産ラインにおいて部品の位置を特定するための位置センサとして利用可能です。 

ToF(Time-of-Flight)測距センサ 

振動センサ 

振動センサはMEMS加速度センサや圧電結晶を利用し、モニタリング対象となるシステムの高調波にチューニングして、振動の周波数を測定することができます。振動センサは、障害診断に欠かせないデータ収集を行い、加速度センサは傾きや落下、衝撃を測定するモーション・センサとして利用可能です。 

その他センサ: 大気圧センサ、pHセンサ、流量センサ、湿度センサ、超音波センサ、PIRセンサ、光電センサ

ファクトリ・オートメーションにおいて使用されるその他のセンサとして、大気圧センサ、液体の酸性度を測るpHセンサ、流量センサ、湿度センサ、アクチュエータをモニタリングするための超音波センサなどがあります。また、PIRセンサや光電センサ、ロータリ・エンコーダは、ファクトリ・オートメーション・システムにおいて閾値を測定するためのリミット・スイッチとして利用することができます。 

いずれのセンサも、産業用センサ・ネットワークに有線または無線でリンクされ、ゲートウェイを介してIoTに接続することで、リアルタイム分析や状態モニタリングを実現します。STの産業用センサ

産業用無線センサ & ネットワーク

産業用無線センサ・ネットワークにおける短距離無線通信では、Bluetooth®Zigbee、およびWi-Fiなど、幅広いプロトコルが使用されています。 

長距離無線通信には、産業用無線センサ・ネットワーク(IWSN)や、低消費電力のSub-GHz無線通信LoRa®が利用可能です。 

セルラー・モデムは、信頼性に優れた通信ネットワークを実現します。これは、マシン・ビジョン・システムが高データ・レートの伝送を行う場合に重要となります。また、IoTに接続して取り込んだ画像や映像をクラウドに送信し、解析することもできます。 

膨大な数のセンサや無線トランシーバを使用し、大量の電力を消費する産業用センサ・ネットワークでは、消費電力が重要となります。デューティ・サイクルが短い無線ルーティング・プロトコルでは、本質的に消費電力が少なくなっています。また、厳しい条件下で使用されるアプリケーションでは、干渉への耐性や、データ収集およびネットワークの信頼性を確保するために、より多くの電力が必要になる場合もあります。

Complete solution

Sensors are provided with C-drivers, sensor fusion middleware and SW source code examples for many industrial applications, from high-speed data logging to state-of-art Machine Learning in sensor cores, as well as Artificial Intelligence expansion software in the STM32CubeMX environment.

Industrial development tools and connectivity

Industrial development tools and connectivity

The STWIN Wireless Industrial Node development kit includes a selection of the latest ST industrial sensors in conjunction with ARM Cortex-M4 MCU and wireless Bluetooth Low Energy module, as well as support for WiFi, LoRa and NB-IoT connectivity and wired USB and RS-485 interfaces. A further solution featuring IO-Link connectivity kit is also available. These are supported with various SW code examples to help designers get started with their own projects. You will find a great deal of information regarding the various wired and wireless industrial connectivity options in our Industrial connectivity section.

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IO-Link for Industrial Sensors
SL-PN-IOD01A1
量産中
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