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高级智能传感器将成为工业自动化关键

2015-12-21 14:47 [传感器] 来源于:中国自动化网
导读:传感器传感器应用非常广泛,工业生产各个组成环节都需要传感器进行监控,并把数据反馈给控制中心,以便对出现异常节点进行及时干预,保证工业生产正常进行。

  传感器传感器应用非常广泛,工业生产各个组成环节都需要传感器进行监控,并把数据反馈给控制中心,以便对出现异常节点进行及时干预,保证工业生产正常进行。而新一代高级智能传感器将成为工业自动化的关键因素。

  传感器是自动化设备的重要部件

  传感器是自动化设备的重要部件,智能传感器可应用于SmartCar、机器人等,可将其感应到的状况,利用人工智能辨识,透过驱动装置回馈反应的系统。制造业自动化第一品牌广东拓斯达科技自进入自动化领域以来,在工业机器人和机械手中就大量应用到智能传感器,并以先进的技术实力占领市场,据悉随着机器人的需求产业的发展,传感器在机器人上的应用将越来越广市场空间也将越来越大,反过来传感器的技术进步也将推动自动化向更智能方向发展。

  近年来传感器技术得到迅猛发展,同时技术也更为成熟完善,这在一定程度上推动着机器人技术的发展。传感器技术的革新和进步,势必会为机器人和其它自动化行业带来革新和进步。因为机器人很多功能都是依靠传感器来实现的,这将促进自动化更加智能化。

  新一代高级智能传感器将成为工业自动化的心脏。“智能工厂”是指在数字化工厂的基础上,利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务,清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据,以及合理的生产计画编排与生产进度。智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化等称重传感器。对某些产品质量指标进行快速直接测量并在线控制。而融合智能技术的传感器将可以很好的解决上述问题。

  无线传感器网络的八大应用

  传感器应用非常广泛,工业生产各个组成环节都需要传感器进行监控,并把数据反馈给控制中心,以便对出现异常节点进行及时干预,保证工业生产正常进行。

  (1)军事领域的应用在军事领域,由于WSN(无线传感器网络)具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境。利用WSN能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核攻击或者生物化学攻击等。

(2)辅助农业生产WSN特别适用于以下方面的生产和科学研究。例如,大棚种植室内及土壤的温度、湿度、光照监测、珍贵经济作物生长规律分析与测量、葡萄优质育种和生产等,可为农村发展与农民增收带来极大的帮助。采用WSN建设农业环境自动监测系统,用一套网络设备完成风、光、水、电、热和农药等的数据采集和环境控制,可有效提高农业集约化生产程度,提高农业生产种植的科学性。

  (3)生态监测与灾害预警WSN可以广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾监测。环境监测为环境保护提供科学的决策依据,是生态保护的基础。在野外地区或者不宜人工监测的区域布置WSN可以进行长期无人值守的不间断监测,为生态环境的保护和研究提供实时的数据资料。具体的应用包括:通过跟踪珍稀鸟类等动物的栖息、觅食习惯进行濒危种群的研究;在河流沿线区域布置传感器节点,随时监测水位及水资源被污染的情况;在泥石流、滑坡等自然灾害容易发生的地区布置节点,可提前发出灾害预警,及时采取相应抗灾措施;可在重点保护林区布置大量节点随时监控内部火险情况,一旦发现火情,可立刻发出警报,并给出具体位置及当前火势的大小;可将节点布置在发生地震、水灾等灾害的地区、边远山区或偏僻野外地区,用于临时应急通信。

  (4)基础设施状态监测系统WSN技术对于大型工程的安全施工以及建筑物安全状况的监测有积极的帮助作用。通过布置传感器节点,可以及时准确地观察大楼、桥梁和其他建筑物的状况,及时发现险情,及时进行维修,避免造成严重后果。

  (5)工业领域的应用在工业安全方面,传感器网络技术可用于危险的工作环境,例如在煤矿、石油钻井、核电厂和组装线布置传感器节点,可以随时监测工作环境的安全状况,为工作人员的安全提供保证。另外,传感器节点还可以代替部分工作人员到危险的环境中执行任务,不仅降低了危险程度,还提高了对险情的反应精度和速度。

  由于WSN部署方便、组网灵活,其在仓储物流管理和智能家居方面也逐渐发挥作用。

  无线传感器网络使传感器形成局部物联网,实时地交换和获得信息,并最终汇聚到物联网,形成物联网重要的信息来源和基础应用。

(6)在智能交通中保障安全畅通智能交通系统(ITS)是在传统交通体系的基础上发展起来的新型交通系统,它将信息、通信、控制和计算机技术以及其他现代通信技术综合应用于交通领域,并将“人—车—路—环境”有机地结合在一起。在现有的交通设施中增加一种无线传感器网络技术,将能够从根本上缓解困扰现代交通的安全、通畅、节能和环保等问题,同时还可以提高交通工作效率。因此,将无线传感器网络技术应用于智能交通系统已经成为近几年的研究热点。智能交通系统主要包括交通信息的采集、交通信息的传输、交通控制和诱导等几个方面。无线传感器网络可以为智能交通系统的信息采集和传输提供一种有效手段,用来监测路面与路口各个方向的车流量、车速等信息。它主要由信息采集输入、策略控制、输出执行、各子系统间的数据传输与通信等子系统组成。信息采集子系统主要通过传感器采集车辆和路面信息,然后由策略控制子系统根据设定的目标,并运用计算方法计算出最佳方案,同时输出控制信号给执行子系统,以引导和控制车辆的通行,从而达到预设的目标。无线传感器网络在智能交通中还可以用于交通信息发布、电子收费、车速测定、停车管理、综合信息服务平台、智能公交与轨道交通、交通诱导系统和综合信息平台等技术领域。

  (7)近年来在医疗系统大有作为,无线传感器网络在医疗系统和健康护理方面已有很多应用,例如,监测人体的各种生理数据,跟踪和监控医院中医生和患者的行动,以及医院的药物管理等。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点,例如心率和血压监测设备,医生就可以随时了解被监护病人的病情,在发现异常情况时能够迅速抢救。罗切斯特大学的一项研究表明,这些计算机甚至可以用于医疗研究。科学家使用无线传感器创建了一个“智能医疗之家”,即一个5间房的公寓住宅,在这里利用人类研究项目来测试概念和原型产品。“智能医疗之家”使用微尘来测量居住者的重要特征(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。所搜集的数据将被用于开展以后的医疗研究。通过在鞋、家具和家用电器等设备中嵌入网络传感器,可以帮助老年人、重病患者以及残疾人的家庭生活。利用传感器网络可高效传递必要的信息从而方便接受护理,而且可以减轻护理人员的负担,提高护理质量。利用传感器网络长时间收集人的生理数据,可以加快研制新药品的过程,而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外,在药物管理等诸多方面,它也有新颖而独特的应用。

  (8)促进信息家电设备更加智能无线传感器网络的逐渐普及,促进了信息家电、网络技术的快速发展,家庭网络的主要设备已由单一机向多种家电设备扩展,基于无线传感器网络的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。

  在家电中嵌入传感器节点,通过无线网络与互联网连接在一起,将为人们提供更加舒适、方便和更人性化的智能家居环境。利用远程监控系统可实现对家电的远程遥控,也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。利用传感器网络可以建立智能幼儿园,监测儿童的早期教育环境,以及跟踪儿童的活动轨迹。

传感器的发展趋势

  业界普遍认为,工业自动化的心脏是新一代高级智能传感器,它让产品生产线持续运行,通过低延迟和实时网络,连接至高性能可编程逻辑控制器以及人机界面系统。当然,对制造厂商而言,时间就是金钱。只要制造的产品能够达到规定质量水平,的生产线就会尽可能快地持续运行,智能传感器重要性凸显。

  目前,智能传感器作为21世纪最具影响力和发展前景高新技术,正引起国内外电子信息界的高度重视。光电行业开发协会预测,智能传感器的国际市场销售量将以每年20%的高速度增长,智能传感器将在工业自动化时代扮演更加重要角色。

  物联网技术给工业自动化带来的变化,目前,工业生产的确在大规模向自动化方向转变,但随着物联网及云平台应用的不断投放商用化,工业领域的自动化发展有向更高层次升级的趋势,即智能化生产。那么传感器在发展中将有哪些发展趋势?(1)微型化。由于信息时代信息量激增,要求传感器能捕捉处理海量的信息的能力日益加强;与此同时,传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程,因此还要求传感器必须配有标准的输出模式,而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求,所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。后者主要由硅材料构成,具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。当前微型传感器已经对大量不同应用领域,如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响。传感器体积越来越小,功能越来越强大归功于当前计算机技术、辅助设计技术和集成电路技术、微机电系统(MEMS)技术的快速发展。

  (2)智能化。智能化传感器是指那些装有微处理器的,不但能够执行信息处理和信息存储,而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。智能化传感器是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统—经问世即刻受到科研界的普遍重视,尤其在探测器应用领域,如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面—直颇受欢迎,产生的影响较大。可以预见,新兴的智能化传感器将会在全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。

  (3)多功能化。如前所述,通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量,但在许多应用领域中,为了能够完美而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统,它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式,用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展,目前已经可以生产出来将若干种敏感元件组装在同—种材料或单独—块芯片上的一体化多功能传感器。

  (4)无线网络化。无线网络对我们来说并不陌生,比如手机,无线上网,电视机。传感器对我们来说也不陌生,比如温度传感器。但是,把二者结合在起来,提出无线传感器网络这个概念,却是近门年才发生的事情。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。

(编辑:admin)

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