“Akıllı sensör” terimi, son yıllarda imalat sektörünün Endüstri 4.0 ideolojisine geçişini kolaylaştırmaya yardımcı olan yeni nesil bir sensör türünü tanımlamak için çok kullanılmaktadır. Birçok kimse akıllı sensörlerin, geleneksel anahtarlama sensörleri veya ölçülen süreç parametrelerinin biraz daha fazlası olduğunu düşünmesine rağmen gerçekte çok daha fazlasıdır. Buna örnek vermek gerekirse en yeni akıllı sensörler, genellikle IO-Link gibi teknolojiler aracılığıyla denetleyici (kontrolör) ile bilgi paylaşabilmektedir. Ayrıca, kontrolörden parametre bilgileri ve komut alabilir ve böylece sürekli olarak yeni gereksinimlere uyarlanabilirler. İki yönlü veri akışı, gerçek bir Endüstri 4.0 ortamı olarak neyin tanımlanabileceğini kolaylaştırmaya yardımcı olur. Bunun üreticiler için sonucu, daha fazla esneklik ve bakım konusunda daha iyi planlamaların yanı sıra verimlilikte önemli kazanımların elde edilmesidir.

İşte bu görüş, pnömatik ve hidrolik silindirler için kullanılanlar dâhil olmak üzere her çeşit akıllı sensör için geçerlidir. Bu türdeki uygulamalara yönelik en son sensörler, akıllı işlevsellik özelliğine sahiptir ve genel olarak sensörler, işlemciler ve iletişim protokolleri şeklinde ifade edilen "akıllı pnömatik" teriminin üç bileşeninden birini oluşturur.

Silindirlerdeki akıllı sensörler, piston konumunun hızlı, doğru, yüksek çözünürlüklü ve temassız şekilde algılanmasını sağlar. Özellikle, piston mıknatısının doğrudan tespiti, ayrı konum kodlayıcıları veya ek mekanik gerekmeden elde edilir.

Akıllı silindirler

En son sensörler arasında, Parker Hannifin'in yeni P8S CPS sensörleri gibi analog sinyaller, IO-Link işlem verileri veya esnek anahtarlama noktası (çıkış durumunu gösteren bir LED) aracılığıyla sürekli olarak veri sağlayanlar yer almaktadır. Konum verilerinin sürekli aktarımı, pnömatik silindirlerin işlevselliğini artırarak daha akıllı ve dolayısıyla çok yönlü olmalarını sağlar. Bunu göz önüne alarak özellikle paketleme gibi tüketim malları pazarlarında kalite gözetimi ve süreç denetimi gibi alanlardaki mühendislik sorunlarını çözmek mümkündür.

Kârlı faaliyetler için kalite, yinelenebilirlik ve hızın son derece önemli olduğu özellikle kâğıt veya film işleme gibi germe uygulamalarında kaliteyi izleme, süreç denetimini sağlama ve optimizasyonu destekleme yeteneği, sürekli konum algılamanın temel faydaları arasında yer alır. Burada, konum sensörlerinden gelen verilerin uzaktan okunması, süreç sapmalarının hızlı bir şekilde görülmesine ve buna göre hareket edilmesine olanak sağlar ve dolayısıyla süreç optimizasyonunun sürdürülmesini ve öngörücü bakım stratejilerini desteklenmesini mümkün kılar.

Malzeme yönetimi, tüketici ambalajı, küçük bileşen montajı, makine yapımı ve hatta yenilenebilir enerji sektöründe güneş panellerinin güneşi takip ederken konumsal kontrolü gibi görevler dâhil olmak üzere çok sayıda uygulamada da fayda sağlayacaktır. Şok, titreşim, nem, kimyasal madde ve su girişine karşı uygun direnç sunan sürekli konum algılaması, zorlu çalışma ortamlarında uzun süre güvenilir bir şekilde kullanılabilir.

İki yönlü iletişim

"Akıllı" işlevselliğinin anahtarı iki yönlü veri akışıdır. Geleneksel ayrık veya analog sinyalleri kullanarak sensör verilerinin izlenmesi, örneğin otomatikleştirilmiş süreçlerin uzaktan izlenmesine izin vermek için yeterli olabilen tek yönlü iletişimdir. Bununla birlikte, Endüstri 4.0 stratejilerini benimsemek için Profinet veya IO-Link gibi bir ağa bağlanma anlamına gelen iki yönlü iletişim gereklidir. Pnömatik silindirlerdeki CPS sensörlerine ilişkin olarak uygulama, sadece izlemeyi değil aynı zamanda bakım yordamlarının bir parçası olarak çalıştırma ve/veya değiştirme sırasında otomatik yapılandırmayı da içerecektir.

Önleyici veya reaktif bakımdan ziyade öngörücü anlayışa geçiş, endüstrinin temel mevcut trendlerinden biridir ve gerçekten akıllı sensörlerin önemli değer katabileceği bir alandır. Neticede akıllı sensörler, meydana gelmeden önce yaklaşan bir sorun veya arıza konusunda kullanıcıları uyarabilirse bakım personeli, onarımları buna göre planlayabilir ve genellikle üretim hacminin düşük olduğu ve hatta durdurulduğu herhangi maliyetli bir aksama süresini önleyebilir.

Bu görüş, tüm akışkan gücü sistemlerine (pnömatik, elektro-pnömatik, hidrolik ve elektro-hidrolik) uygulanabilir. Nihayetinde her sürecin bir “nabzı” vardır, yani sorulması gereken soru şudur: nabız belli bir süre boyunca değişmiş midir? Örneğin belki daha yavaşlamıştır ya da hızlanmıştır. İşte bu, akıllı sensör teknolojilerinin gerçekten yarar sağlamaya başladığı yerdir.

Akıllı sensörlerin belirlenmesi ve seçimi

Akıllı sensörlerin potansiyel uygulama faydaları, daha önce açıklandığı üzere önemli ve açıktır. Ancak, kazanımları en üst düzeye çıkarmak için mühendislerin, birkaç faktörü göz önünde bulundurmaları gerekmektedir.

Öncelikle sensörün, silindir gövdesine emniyetli bir şekilde oturması gerekir. Dış profillerde doğrusal kızaklar, T yuvaları ve kırlangıç kuyrukları bulunabilir. Sensör gövdesinin, profile kesinlikle uygun gelmesi gerekir ve sensörü yerine sabitlemek için bağdaştırıcı veya bir çeşit tutucuların kullanılması gerekebilir. Alternatif olarak, bir alyan anahtar kafası ile yarıklı vidadan oluşan üniversal bir vida, sensörün uygun, kolay ve hızlı bir şekilde konumlandırılması ve sabitlenmesini sağlayabilir. Bunun yanı sıra sensörün yan tarafındaki tutma nervürleri, vida sıkılmadan önce cihazı istenen konumda tutmaya yarayan bir özelliktir. Bu yaklaşımı kullanarak sensörler, tespit vidasının sadece bir çeyrek dönüşü ile silindir yuvasına hızlı ve doğru bir şekilde sabitlenebilir.

Dayanıklı tasarım, belki de çeşitli şekillerde sıcaklık, titreşim ve hatta agresif akışkanlara veya kimyasal maddelere maruz kalabilen ortamlarda çalışma ömrünü geçirecek olan akıllı bir sensör için bariz bir gerekliliktir. Akıllı sensörler, farklı derecelerde neme maruz kalmanın söz konusu olduğu yerlerde kullanım uygunluğunu gösteren özel IP sınıfları ile sunulabilir. Ayrıca akıllı sensörün kullanılabileceği otomatik uygulamalar, günde 24 saat ve haftada yedi gün çalışıyor olabilir. Bu durum, çalıştırmayı daha zorlu hâle getirmenin yanı sıra aynı zamanda doğrudan aksama süresine neden olan sensör arızasının, kayıp üretim açısından oldukça maliyetli olabileceği anlamına da gelir. Bu nedenle en zorlu kullanım senaryolarında uzun bir hizmet ömrüne sahip olmanın yanı sıra akıllı sensörlerin, planlanmış veya planlanmamış herhangi bir aksama süresini mutlak minimum düzeyde tutmak için hızlı bir şekilde değiştirilmesi veya götürülmesi gerekir. Bu çalıştırma türü, silindirin uç kapaklarının çıkarılması ya da tertibatın daha da “soyulması” gerekmeksizin tamamlanabilmelidir.

Kurulum sırasında ve sensörün çalışma ömründeki noktalarda, işletim parametrelerinin ayarlanması ve yapılandırılması gerekli olacaktır. Sistem tasarımcıları için bunun istedikleri şekilde yapılması önemli bir husustur. Tipik yaklaşımlar, IO-Link ya da bir çeşit taşınabilir "dokunmatik tablet" aracılığıyla yapılır.

Elektrik açısından bakıldığında sensör için bir besleme geriliminin hazır bulunması mutlak bir gerekliliktir. Son olarak, sensörün çalıştığının bilinmesi elbette önemlidir ve bu nedenle, aktif bir durumun veya çıkışın LED şeklinde görsel bir işareti operatörler için değerli olabilir. Özet Endüstri 4.0 ve Endüstriyel Nesnelerin İnterneti gerçekten ivme kazanmaya başladıkça akıllı sensörlere yönelik ilgi ve önem giderek artmaktadır. Süreç ve kalite kontrolü söz konusu olduğunda ve çalışma zamanın en üst düzeye çıkarılmasının önemli olduğu durumlarda akıllı sensörler, süreçleri izlemek ve kontrol etmek için gerekli bilgileri sağlayabilir. Yararlanılacak faydalar optimize edilecekse akıllı sensörlerin seçimi ve uygulamasının hatasız olması önemlidir.