ระบบอัตโนมัติมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่การผลิตไปจนถึงอาหาร เครื่องดื่ม และไฟฟ้า ระบบอัตโนมัติถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต คุณภาพ ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยของกระบวนการต่างๆ ในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบสายการผลิต การสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยในการดำเนินงานผลิตไฟฟ้า รวมถึงการประกอบและบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์

หัวใจสำคัญของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมคือเซ็นเซอร์ มีเซ็นเซอร์หลายประเภทที่ใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมเพื่อวัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ แบบเรียลไทม์ และเพื่อให้แน่ใจว่าสายการผลิตและกระบวนการต่างๆ ทำงานได้อย่างราบรื่น นอกจากการวัดค่าพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว เซ็นเซอร์ยังติดตามตำแหน่งและรูปร่างของผลิตภัณฑ์ทางกายภาพ เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์เหล่านั้นจะยังคงคุณภาพสูงและสายการผลิตทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด เซ็นเซอร์แต่ละประเภทมีความจำเป็นในแต่ละสาขา และความแม่นยำ ความแม่นยำ และตำแหน่งของเซ็นเซอร์เหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้มั่นใจได้ว่าการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมจะดำเนินไปโดยอัตโนมัติอยู่เสมอ

บทบาทของเซ็นเซอร์

กระบวนการอุตสาหกรรมอัตโนมัติจำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์หลายประเภท เนื่องจากมีพารามิเตอร์จำนวนมากที่ต้องวัด “เซ็นเซอร์เหล่านี้ทั้งหมดรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับกระบวนการอุตสาหกรรมในด้านต่างๆ ช่วยให้สามารถตัดสินใจและควบคุมกระบวนการได้อย่างชาญฉลาด เซ็นเซอร์สำหรับระบบอุตสาหกรรมอัตโนมัติถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมการทำงาน ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และการควบคุมคุณภาพ (QC)” ในด้านการควบคุม การตรวจสอบกระบวนการอุตสาหกรรมจะให้ข้อมูลป้อนกลับไปยังระบบควบคุม ทำให้สามารถปรับเปลี่ยนได้แบบเรียลไทม์ เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพ ระบบอัตโนมัติสามารถทำงานได้เร็วกว่ามนุษย์มากเพื่อเพิ่มผลผลิต แต่สิ่งนี้จะสามารถทำได้ก็ต่อเมื่อมีเซ็นเซอร์ที่ให้ข้อมูลที่ช่วยให้สามารถดำเนินงานเหล่านี้ได้ ในระบบอัตโนมัติ ข้อมูลเซ็นเซอร์สามารถวัดระบบที่เป็นอันตรายได้ ซึ่งจะส่งสัญญาณเตือนหรือปิดระบบหากตรวจพบอันตราย ในการดำเนินงาน QC อัตโนมัติ เซ็นเซอร์จะตรวจจับข้อบกพร่องโดยการวัดรูปร่างและขนาดของผลิตภัณฑ์ และแจ้งเตือนระบบควบคุมเพื่อดำเนินการแก้ไข เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ได้รับการผลิตตามข้อกำหนดที่สอดคล้องและแม่นยำ พร้อมกับวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อระบุแนวโน้มที่อาจบ่งชี้ถึงปัญหาด้านคุณภาพ

เซ็นเซอร์สำคัญบางส่วนที่ใช้ในการดำเนินการทางอุตสาหกรรมมีรายละเอียดด้านล่าง

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิจะรวบรวมข้อมูลในสภาพแวดล้อมท้องถิ่นและแปลงเป็นข้อมูลเอาต์พุตที่วัดปริมาณได้ เซ็นเซอร์ที่สามารถวัดความชื้นสัมพัทธ์ของพื้นที่ท้องถิ่นมักใช้ร่วมกับเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิใช้เพื่อตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิของกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การวัดอุณหภูมิภายในห้องคลีนรูมและห้องเซิร์ฟเวอร์ การตรวจสอบอุณหภูมิกระบวนการในสายการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าเวเฟอร์มีคุณภาพสูง และการตรวจสอบอุณหภูมิของอุปกรณ์ทางอุตสาหกรรม เช่น ปั๊ม มอเตอร์ เครื่องปฏิกรณ์เคมี และอุปกรณ์แปรรูปอาหาร

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิยังถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตไฟฟ้า เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยที่สูงขึ้น เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิส่วนใหญ่ในโรงไฟฟ้าจะเชื่อมต่อโดยตรงกับระบบควบคุม และใช้ร่วมกับเครื่องส่งสัญญาณ เพื่อประหยัดเวลาและต้นทุนในการติดตั้ง เพิ่มความน่าเชื่อถือในการวัด ลดการบำรุงรักษา และเพิ่มระยะเวลาการทำงาน

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิมีความจำเป็นอย่างยิ่งในโรงไฟฟ้า เนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน โดยเฉพาะในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำหรือสูงเกินไปอาจทำให้อุปกรณ์สำคัญเสียหายได้ (และมีค่าใช้จ่ายสูงในการเปลี่ยน) “สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรงในการผลิตไฟฟ้าต้องการความแม่นยำสูง แม้ในสภาวะอุณหภูมิสูงสุดขั้วที่สุด

ตัวอย่างของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในการดำเนินงานโรงไฟฟ้า ได้แก่ การวัดอุณหภูมิเตาเผาในโรงงานพลังงานขยะ การตรวจจับความผิดพลาดและความเสียหายในใบพัดกังหันในโรงงานกังหันก๊าซ และการตรวจสอบอุณหภูมิการทำงานในโรงไฟฟ้าถ่านหินเพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

เซ็นเซอร์วัดแรงดัน การไหล และแรง

เซ็นเซอร์วัดแรงดัน การไหล และแรง มีการใช้งานมากมายในกระบวนการอุตสาหกรรมอัตโนมัติ เซ็นเซอร์วัดแรงดันจะแปลงแรงดันเฉพาะจุดเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่มีค่าสัมพัทธ์กับแรงดัน เซ็นเซอร์วัดแรงมีความคล้ายคลึงกัน แต่จะสร้างสัญญาณภายใต้อิทธิพลของแรง/ภาระ เซ็นเซอร์วัดสุญญากาศเป็นเซ็นเซอร์วัดแรงดันชนิดพิเศษที่ใช้วัดแรงดันที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ และใช้ตัวนำความร้อนเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการพาความร้อนในสภาพแวดล้อมเฉพาะจุด โดยการเชื่อมโยงกับความต้านทาน เราสามารถอนุมานแรงดันสุญญากาศได้ เซ็นเซอร์วัดการไหลยังเป็นเซ็นเซอร์วัดแรงดันชนิดพิเศษที่คำนวณความแตกต่างของแรงดันในของเหลวหรือก๊าซเพื่อกำหนดอัตราการไหล

เซ็นเซอร์เหล่านี้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ลักษณะการไหลและความดันในระบบไฮดรอลิกและนิวแมติกในอุตสาหกรรม เช่น ปั๊มและคอมเพรสเซอร์ รวมถึงการตรวจจับการรั่วไหลและการอุดตันในอุปกรณ์แปรรูป ในกระบวนการแปรรูปอาหาร เซ็นเซอร์เหล่านี้ทำหน้าที่ตรวจสอบความดันไอน้ำในอุปกรณ์ฆ่าเชื้อและพาสเจอร์ไรซ์ เซ็นเซอร์วัดแรงยังวัดแรงที่จำเป็นในการประกอบชิ้นส่วนแต่ละชิ้นเข้ากับผลิตภัณฑ์โดยไม่ทำให้ชิ้นส่วนแตกหัก และเพื่อทดสอบความแข็งแรงและความทนทานของวัสดุในหลายอุตสาหกรรม

ในภาคโรงไฟฟ้า เซ็นเซอร์วัดแรงดันใช้เพื่อวัดแรงดันไอน้ำและการไหลในกังหัน วัดการไหลของเชื้อเพลิงเพื่อควบคุมการเผาไหม้ในโรงไฟฟ้าต่างๆ และกำหนดการไหลของน้ำหล่อเย็นเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ได้รับการดูแลรักษาภายในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด

เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้และตำแหน่ง

เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวและตำแหน่งจะตรวจจับวัตถุใดๆ ที่เคลื่อนที่หรือเปลี่ยนตำแหน่ง และตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือเชิงเส้น สัญญาณการเคลื่อนไหวจะถูกประมวลผล ช่วยให้สามารถควบคุมวัตถุทั้งหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมอัตโนมัติ เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ยังสามารถตรวจจับวัตถุโดยรอบโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ และสามารถใช้ในสภาพแวดล้อมการแปรรูปน้ำและน้ำมันได้ ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์ตรวจจับตำแหน่ง

เซ็นเซอร์ตำแหน่งเชิงเส้นและแบบหมุนใช้สำหรับตรวจจับวัตถุและส่วนประกอบบนสายการประกอบหุ่นยนต์และสายพานลำเลียง ช่วยให้ควบคุมสายการผลิตอัตโนมัติได้แม่นยำยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังใช้เพื่อตรวจสอบตำแหน่งของวาล์วและประตูในสภาพแวดล้อมกระบวนการ และระบุตำแหน่งที่แน่นอนของเครื่องมือตัดเฉือน

เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ยังใช้เพื่อติดตามตำแหน่งของวัสดุ ชิ้นส่วน และส่วนประกอบบนสายพานลำเลียง และเพื่อตรวจสอบตำแหน่งของเครื่องมือต่างๆ เช่น เครื่องกลึง เครื่องกัด และสว่าน นอกจากนี้ยังใช้ในสภาพแวดล้อมกระบวนการต่างๆ เนื่องจากไม่ได้รับผลกระทบจากการปนเปื้อนของน้ำมันหรือน้ำ

เซ็นเซอร์ภาพ

เซ็นเซอร์วิชั่นจะแปลงภาพออปติคัลเป็นสัญญาณไฟฟ้า เซ็นเซอร์วิชั่นมีบทบาทสำคัญในสภาพแวดล้อมการผลิตแบบอัตโนมัติและอัจฉริยะ โดยการตรวจจับข้อผิดพลาดในสายการผลิต ติดตามการเคลื่อนไหวของผลิตภัณฑ์และส่วนประกอบ และทำให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ทั้งหมดเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพที่ต้องการ

มีสองประเภทหลักๆ คือ อุปกรณ์ชาร์จคัปเปิล (CCD) และเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม (CMOS) CCD ใช้กลไกชาร์จคัปเปิลเพื่อถ่ายโอนประจุจากแต่ละพิกเซลไปยังวงจรอ่านข้อมูล ในขณะที่เซ็นเซอร์ภาพ CMOS ถูกสร้างขึ้นโดยมีพิกเซลและวงจรอ่านข้อมูลอยู่บนชิปตัวเดียวกัน

สุดท้ายนี้ ยังมีเซ็นเซอร์ระดับ ซึ่งใช้สำหรับวัดระดับของเหลวและของแข็งในถัง อ่าง และไซโลสำหรับกระบวนการ ซึ่งมักพบในอุตสาหกรรมอาหาร เครื่องดื่ม และบำบัดน้ำเสีย เซ็นเซอร์ระดับช่วยป้องกันไม่ให้ระดับของเหลวสูงเกินไปและล้น และช่วยให้แน่ใจว่าระดับของเหลวในถังไม่ต่ำเกินไป การตรวจสอบระดับของเหลวในถังยังช่วยระบุจุดรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมกระบวนการต่างๆ ได้อีกด้วย

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

มีข้อควรพิจารณาในการออกแบบมากมายที่ต้องนำมาพิจารณาเมื่อสร้างเซ็นเซอร์สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม เพื่อรองรับทั้งสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและความจำเป็นในการรับรองคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในระดับสูง (หรือความปลอดภัยสูงหากเป็นกระบวนการผลิตพลังงาน)

การปรับตัวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ความเสถียรและความทนทาน ความทนทานต่อสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และความซับซ้อนในการผสานรวม ล้วนเป็นความท้าทายหลักในการออกแบบเซ็นเซอร์ที่ใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมอัตโนมัติ ความซับซ้อน ความต้องการความเชี่ยวชาญ และความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวของข้อมูล ล้วนเป็นความท้าทายหลักในการออกแบบสามด้าน

เพิ่มความสามารถ AI

ปัจจุบันอัลกอริทึมปัญญาประดิษฐ์ (AI) เช่น การเรียนรู้ของเครื่อง (ML) และการเรียนรู้เชิงลึก กำลังเริ่มพัฒนาความสามารถของเซ็นเซอร์ในกระบวนการอัตโนมัติ เนื่องจากสามารถวิเคราะห์ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ได้ดีขึ้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซ็นเซอร์และปรับปรุงความแม่นยำของระบบควบคุมที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล การผสานรวมอัลกอริทึมเหล่านี้ยังช่วยให้ระบบอัตโนมัติมีความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ เพื่อลดระยะเวลาหยุดทำงาน Fu อ้างว่า AI/ML “มอบการวิเคราะห์ข้อมูลขั้นสูง การล้างข้อมูลอัตโนมัติ การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ การรวมข้อมูลขั้นสูง และความสามารถในการควบคุมอัจฉริยะสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมอัตโนมัติ”

นอกจากความสามารถขั้นสูงในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมแล้ว AI/ML ยังช่วยพัฒนาเทคโนโลยีเซ็นเซอร์หลักผ่าน “วิศวกรรมย้อนกลับ การปรับปรุงการตอบสนอง และการสอบเทียบและปรับแต่งอัตโนมัติ” ฟูกล่าว “สิ่งเหล่านี้ส่งผลให้เซ็นเซอร์อุตสาหกรรมสำหรับกระบวนการอัตโนมัติมีความไวและความแม่นยำสูงขึ้น เวลาตอบสนองสั้นลง ประสิทธิภาพสูงขึ้น ความแม่นยำในการคาดการณ์ข้อผิดพลาดสูงขึ้น และแข็งแกร่งยิ่งขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา”

อนาคตของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

เซ็นเซอร์มีความก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ และมีการเพิ่มขีดความสามารถต่างๆ เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความแม่นยำของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอน และควรนำมาใช้กับเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิรุ่นต่อไป

เซ็นเซอร์ในอนาคตจะผสานรวมความสามารถในการประมวลผล ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลข้อมูลภายในเครื่องและตัดสินใจอย่างชาญฉลาด เพื่อลดความหน่วง การใช้แบนด์วิดท์ และการพึ่งพาระบบคลาวด์ ในขณะเดียวกัน AI/ML จะช่วยให้เซ็นเซอร์สามารถปรับประสิทธิภาพการทำงานได้เองตามสภาพแวดล้อม ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์สามารถปรับความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความชื้นได้ ฟูยังกล่าวอีกว่า “แบบจำลองภาษาขนาดใหญ่ (LLM) จะช่วยปรับปรุงระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม โดยทำให้ส่วนติดต่อผู้ใช้ภาษาธรรมชาติสามารถโต้ตอบกับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ต่างๆ ได้ ซึ่งจะช่วยลดความยุ่งยากในการใช้งานและการบำรุงรักษา”