Choisir les bons capteurs industriels pour un produit

Les capteurs industriels jouent un rôle crucial dans les environnements industriels, convertissant les paramètres physiques en signaux utilisables pour une large gamme d'applications. Alors, comment le concepteur peut-il s'assurer que le capteur industriel choisi pour un produit est le mieux adapté ?

Les capteurs industriels sont des dispositifs utilisés pour surveiller, mesurer et détecter les changements de conditions environnementales ou opérationnelles dans les environnements industriels. Ces capteurs convertissent des variables physiques, telles que la température, la pression, les vibrations, la proximité, la lumière, l'humidité ou les propriétés chimiques, en signaux pouvant être mesurés, analysés ou surveillés par un système ou un contrôleur. Les données collectées par ces capteurs sont essentielles pour automatiser les processus, améliorer la sécurité et accroître le rendement dans divers secteurs tels que la fabrication, l'énergie, l'automobile, l'aérospatiale, et plus.

Figure 1 : Capteur optique installé sur une bande transporteuse dans une usine. (Source de l'image : Adobe Stock)

Le rôle clé des capteurs industriels

Le rôle clé que jouent les capteurs industriels ne peut être sous-estimé. Ces dispositifs sont essentiels pour permettre l'automatisation, la sécurité, les mesures de contrôle qualité et plus dans les environnements industriels.

Les capteurs industriels font partie intégrante de l'automatisation des processus, permettant aux machines et aux systèmes de fonctionner avec une intervention humaine minimale. Ils contribuent à garantir la précision et la cohérence des opérations telles que les chaînes de montage, les systèmes robotiques et les processus d'emballage.

En surveillant les conditions de fonctionnement telles que les vibrations, la température ou la pression, les capteurs peuvent fournir des signes avant-coureurs d'une défaillance potentielle de l'équipement, permettant une maintenance prédictive et réduisant les temps d'arrêt imprévus.

Les capteurs peuvent également garantir que les processus de fabrication répondent aux normes requises en surveillant des variables telles que la température, la pression et la précision dimensionnelle. Par exemple, des capteurs optiques peuvent mesurer les dimensions d'un produit pour garantir une qualité constante.

Dans les environnements dangereux, ces fonctionnalités peuvent être essentielles pour détecter des conditions à risque, telles que des fuites de gaz ou une chaleur excessive, et déclencher des alarmes ou des mécanismes de sécurité pour éviter les accidents.

Parallèlement, en surveillant des facteurs tels que la température, la consommation d'énergie ou les niveaux de liquide, les capteurs peuvent aider à optimiser les processus, réduisant ainsi le gaspillage et la consommation d'énergie.

De plus, les capteurs industriels peuvent permettre la surveillance en temps réel d'un large éventail de processus industriels, en fournissant des données aux systèmes de contrôle pour des ajustements et des optimisations au moment opportun, contribuant ainsi à garantir des opérations fluides et efficaces.

Figure 2 : Capteur de vibrations utilisant des composants magnétiques pour la détection. (Source de l'image : Adobe Stock)

Trouver le bon capteur industriel pour un produit : une tâche ardue

Avec un choix aussi vaste de capteurs industriels, la sélection du bon capteur industriel pour un produit peut souvent s'avérer une tâche complexe.

L'une des principales difficultés consiste à obtenir une documentation claire et complète sur les capteurs industriels. Les différents fabricants fournissent souvent différents niveaux de détail, ce qui rend difficile la comparaison directe des spécifications. La documentation peut parfois être trop technique ou manquer d'informations pratiques, ce qui rend difficile la compréhension de la manière dont le capteur s'intègre aux systèmes existants ou fonctionne dans des conditions spécifiques. De plus, dans certains cas, la documentation du produit n'est pas actualisée pour refléter les modèles plus récents ou les mises à jour micrologicielles, ou elle peut être difficile à trouver sur le site Web du fabricant.

La diversité des protocoles de communication dans les environnements industriels constitue souvent un autre problème lors du choix des capteurs. Les environnements industriels peuvent s'appuyer sur une variété de protocoles tels que Modbus, PROFINET, EtherNet/IP ou autres. Certains capteurs peuvent ne pas prendre en charge certains protocoles, ce qui crée une incompatibilité avec les systèmes de contrôle existants ou nécessite des modifications coûteuses et fastidieuses. Il faut également résoudre le problème d'interopérabilité : il est essentiel de s'assurer que le capteur sélectionné peut communiquer efficacement avec le matériel et les logiciels existants. Dans certains cas, du matériel supplémentaire (comme des passerelles ou des convertisseurs) peut être requis pour rendre le capteur compatible avec le système, ce qui complique encore l'intégration.

L'intégration avec IO-Link est un autre de ces points problématiques, étant donné que la norme de communication est relativement nouvelle pour les capteurs et les actionneurs. Bien qu'elle offre des avantages significatifs, son adoption peut s'accompagner de certains défis. Une courbe d'apprentissage très raide, une disponibilité limitée des ressources de connaissances et l'intégration dans les systèmes existants ne sont que quelques-uns des facteurs qui expliquent ce problème.

Enfin, il est toujours difficile de trouver un distributeur qui dispose d'un stock suffisant de capteurs. Ce défi est particulièrement pressant dans les industries qui fonctionnent avec des modèles de stocks réduits ou qui requièrent une fabrication juste à temps.

Heureusement, DigiKey se distingue sur le marché des capteurs industriels en proposant une gamme étendue de capteurs de haute qualité provenant de fournisseurs leaders du secteur. Nous y reviendrons plus loin dans cet article.

Figure 3 : Capteur optique utilisé dans un outil d'inspection visionique automatisé. (Source de l'image : Adobe Stock)

Priorités lors de la sélection d'un capteur industriel

Lors de la sélection d'un capteur industriel, suivre une hiérarchie décisionnelle structurée peut simplifier le processus et garantir que le capteur choisi répond aux exigences de l'application. En général, une hiérarchie décisionnelle se présente comme suit :

• Type de capteur – Que doit détecter le capteur ?
• Certifications du capteur – Le capteur doit-il respecter des certifications ou des normes spécifiques ?
• Capacité de communication – Le capteur a-t-il la capacité de communiquer avec l'infrastructure d'automatisation existante ?
• Inventaire et disponibilité – Le capteur est-il facilement disponible, quels sont les délais d'approvisionnement, existe-t-il des services d'assistance ?
• Prix – Le prix du capteur est-il rentable, en termes de coûts initiaux, de coûts totaux de possession et de retour sur investissement, pour le projet ?

Suivre cette structure lors de la sélection d'un capteur industriel peut aider les clients à affiner leurs options et à trouver les capteurs les mieux adaptés qui répondent aux exigences techniques, sont conformes aux certifications, s'intègrent avec succès, sont facilement disponibles et ont un prix raisonnable.

L'offre DigiKey

DigiKey propose un large choix de capteurs industriels pour répondre à presque tous les besoins. Leur vaste gamme de capteurs magnétiques, de proximité, de pression et optiques incluent des noms reconnus tels que SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser, et bien plus encore.

Figure 4 : Dispositifs SNG-SPRC-002 (en haut) et SNG-SPRD-004 (en bas) de Honeywell. (Source de l'image : Honeywell)

Les capteurs de vitesse série SNG-S de Honeywell sont un excellent exemple de la gamme de capteurs magnétiques de DigiKey, présentant un circuit intégré spécialement conçu et un aimant permanent logés dans des boîtiers robustes de type sonde. Ces capteurs détectent les changements dans la densité du flux de l'aimant lorsqu'il est approché par un métal ferreux, fournissant une sortie d'impulsion numérique avec une fréquence proportionnelle à la vitesse d'une roue dentée. Les performances du capteur dépendent de facteurs tels que le matériau cible, la géométrie, la vitesse, l'écart capteur/cible et la température. La série SNG-S affiche une large plage de températures de fonctionnement de -40°C à +140°C, n'est pas sensible à la rotation angulaire lors de l'assemblage et offre une étanchéité environnementale avec un indice IP69K. De plus, elle présente une robuste immunité au bruit électrique répertoriée à 100 V/m, une détection de vitesse zéro, une capacité de commutation haute fréquence de 0 Hz à 15 kHz et un joint torique pour un montage sécurisé. Les capteurs sont compatibles avec des tensions d'alimentation de 4,5 V à 24 V et sont certifiés CE.

Figure 5 : Capteur radar K50RF-8060-LDQ de Banner Engineering. (Source de l'image : Banner Engineering)

La série de capteurs radar K50R R-GAGE illustre l'une des nombreuses gammes de capteurs de proximité de DigiKey, offrant une solution robuste et économique pour les environnements intérieurs et extérieurs. Disponibles en modèles 40° x 30° pour une précision comparable à celle des capteurs à ultrasons et en modèles 80° x 60° pour une couverture plus large, ces capteurs conviennent parfaitement aux applications telles que les véhicules à guidage automatique (AGV), la gestion du niveau des réservoirs et la détection des véhicules dans les stations de charge de véhicules électriques. La série K50R offre une intégration simple via le logiciel Banner Measurement Sensor et dispose de deux options de sortie discrète et analogique, avec divers accessoires de montage pour une installation flexible. Avec un indice de protection IP67, les capteurs sont protégés contre la pluie, la neige, le brouillard, la vapeur, le vent et la lumière du soleil, garantissant un fonctionnement supérieur dans n'importe quel environnement. Ils ne sont pas sensibles à la poussière, à la saleté ni à la vapeur, ont des effets minimaux sur la température pour des mesures stables et offrent une large plage de mesure de 5 m avec une courte zone morte de 50 mm. De plus, ils permettent le montage rapproché de plusieurs capteurs sans interférence, grâce à l'absence de diaphonie.

Figure 6 : Transmetteurs de pression compacts série Cerabar PMC21 d'Endress+Hauser. (Source de l'image : Endress+Hauser)

Les transmetteurs de pression compacts série Cerabar PMC21 d'Endress+Hauser sont dotés de capteurs en céramique exempts d'huile, conçus pour la durabilité et la résistance aux chocs de pression. Leurs cellules en céramique excellent dans les applications basse pression et à vide. La série PMC21 mesure les pressions absolues et manométriques s'étendant de 100 mbar à 40 bar. La communication est facilitée principalement par un signal de 4 mA à 20 mA, connecté via une fiche de soupape ou M12. La plage de détection et la connexion de processus doivent être adaptées pour répondre aux besoins spécifiques de l'application. Conçus pour les environnements exigeants de l'industrie de transformation, ces transmetteurs bénéficient d'indices de protection jusqu'à IP68, d'une membrane Ceraphire très durable et d'un boîtier en acier inoxydable 316L. Bénéficiant de multiples certifications, notamment pour les zones dangereuses et les zones marines, ils conviennent à une large gamme d'applications. Les utilisateurs bénéficient de la facilité d'utilisation, des hautes performances, de la stabilité à long terme et de la qualité supérieure des matériaux.

DigiKey propose également une fantastique gamme de capteurs optiques à ses clients, tels que la caméra d'événements VOC de Pepperl+Fuchs ou la série CLV69x de SICK.

Figure 7 : Caméra VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 de Pepperl+Fuchs. (Source de l'image : Pepperl+Fuchs)

La caméra d'événements VOC de Pepperl+Fuchs est conçue pour l'enregistrement vidéo commandé par événement jusqu'à 60 secondes avant et après un signal de déclenchement, facilitant ainsi les diagnostics à distance ciblés et la documentation automatique. La caméra capture une vidéo lorsqu'un dysfonctionnement, un état prédéfini ou un processus survient, avec un horodatage automatique et une interface de protocole de datagramme utilisateur (User Datagram Protocol ou UDP) pour les superpositions de texte dynamiques, simplifiant et accélérant la récupération de fichiers. Idéale pour la surveillance dans les applications de sécurité et les entrepôts à hauts rayonnages automatisés, elle dispose d'une interface Web pour accéder aux fichiers vidéo et aux flux en direct, d'une mémoire tampon circulaire vidéo pour l'enregistrement automatique et de déclencheurs via UDP, API REST ou entrée matérielle numérique pour l'intégration. La caméra prend en charge des distances de montage de 0,05 m à l'infini, offre des résolutions jusqu'à 1280 x 720 (HD) et peut stocker jusqu'à 10 000 événements sur une carte microSD de 8 Go. Elle fonctionne de 18 VCC à 28 VCC et utilise des protocoles tels que TCP/IP, HTTP, FTP et RTSP, avec un indice de protection IP65.

Figure 8 : Dispositifs CLV690-1000 (à gauche) et CLV691-0000 (à droite) de SICK. (Source de l'image : SICK)

Les lecteurs de codes-barres série CLV69x de SICK intègrent la technologie de reconstruction de code SMART+, permettant au dispositif de lire même les codes-barres sales et endommagés. Ces lecteurs de codes-barres 1D à montage fixe offrent d'excellentes performances de lecture, un traitement haute vitesse et une haute précision, avec une fonction autofocus qui utilise la mesure de distance intégrée pour une lecture de code indépendante de la hauteur dans le champ de balayage. De plus, le système d'exploitation convivial SOPAS ET garantit un paramétrage simple. Grâce au suivi intégré, le lecteur peut gérer des applications standard sans nécessiter de contrôleur système supplémentaire. Sa connectivité innovante, y compris le stockage intégré des paramètres, permet le remplacement rapide du lecteur et une intégration aisée dans diverses applications. Les fonctionnalités clés incluent l'autofocus en temps réel pour une grande profondeur de champ, la technologie de fiche de clonage flexible, les communications CAN, Ethernet et série, ainsi que des fonctions avancées de tri, de filtrage et de logique. Un graphique à barres LED intégré avec boutons-poussoirs améliore la convivialité.

Conclusion

La vaste sélection de capteurs industriels de DigiKey garantit que les clients trouvent le capteur adapté à leurs besoins spécifiques, offrant ainsi une valeur inégalée dans le secteur de l'automatisation. SICK et Banner sont réputés pour leurs capteurs avancés et leurs contributions innovantes à l'intégration IoT. Pepperl+Fuchs excelle dans la communication de capteurs, tandis qu'Endress+Hauser est leader dans l'instrumentation de mesure, en particulier pour la détection de pression et de niveau de fluides. Bien que plus modeste, Honeywell propose des capteurs spécialisés qui enrichissent le portefeuille diversifié de DigiKey, plus étendu que celui de n'importe lequel de ses concurrents.