Sensortechnologie: zo maak je je processen slimmer en efficiënter

Van analoog naar digitaal. De procesindustrie is bezig met een transitie waarbij bestaande analoge sensoren worden vervangen door digitale sensoren. Ook nieuwe sensortechnologie doet zijn intrede. Aansluiting van een digitale interface op de procescomputer vraagt wel een geschikte digitale interface om de data in de procescomputer te laden. Hiermee komen ook slimme sensordata 24/7 beschikbaar. Ook in opkomst zijn draadloze sensoren, slimme sensoren en sensorcombinaties. Voor het komende decennium gaat vooral Industry 4.0 impact hebben, ofwel de 4e industriële revolutie met als exponenten AI (artificial intelligence) en (Industrial) Internet of Things ((I)IoT). Deze transitie voedt een enorme datahonger en vereist de inzet van de nieuwste sensortechnologie. Dit alles met het doel industriële processen efficiënter te maken.

Nog toekomstmuziek, maar grensverleggend, is de kwantumsensor die op termijn voor verrassingen zou kunnen zorgen in de sensortechniek.

Zes trends in sensortechnologie

Hieronder volgen 6 interessante trends die in de ontwikkeling van sensoren worden genoemd. Hoe kunnen deze trends jou helpen?

1. Optimalisatie van sensoren
2. Slimme sensoren
3. Draadloze sensoren
4. Sensoren combineren
5. Sensordata delen via internet
6. Kwantumsensoren

1. Optimalisatie van sensoren

Op het gebied van optimalisatie kun je denken aan de nauwkeurigheid, grootte en de gebruikte materialen. Voor het verhogen van de efficiency speelt ook het installatiegemak en de toegankelijkheid voor onderhoud en kalibratie een rol. Kun je een sensor eenvoudig vervangen in de behuizing, dan kan dat veel downtime besparen. Optische sensoren kunnen tegenwoordig al op een elektronische printplaat geïntegreerd worden. Bij gebruik van robots en naderingssensoren is dit een stap vooruit. De ontwikkeling komt uit een andere sector, maar kan goed worden toegepast in de procesindustrie.

2. Slimme sensoren

Slimme sensoren zijn sensoren die niet alleen een gemeten signaal uitsturen, maar het uitgezonden signaal ook evalueren en aan zelfdiagnose doen. Dit kan continu online gedaan worden. Bij stapveranderingen of trendveranderingen kan de sensor een melding geven. Een andere optie is om fysiek een regelmatige uitlezing van de staat van een sensor te doen. Er bestaan ook sensoren die in staat zijn om zichzelf te herkalibreren tijdens gebruik. Uiteindelijk doel is natuurlijk de uptime te verhogen en de proces-efficiëntie te verbeteren.

3. Draadloze sensoren

Draadloze sensoren zijn niet altijd compleet draadloos, want sommige hebben een voeding/stroom nodig, maar het gaat hier om het draadloos verzenden van de meetdata. De volledig draadloze zijn voorzien van accu of batterij. Andere hebben een stekker of een USB-aansluiting die ook gebruikt wordt voor uitlezing van data. Het voordeel van draadloze sensoren is dat er geen signaalkabel getrokken hoeft te worden, dus ze zijn eenvoudiger te plaatsen. Maar er moet wel een goede basis zijn om het draadloze signaal op te pakken en te presenteren. Voor procesregeling, zoals het aansturen van een pomp, klepschakelingen of temperatuurregeling van een reactor, is betrouwbaarheid zo belangrijk dat je vaak toch beter kunt kiezen voor een bedrade sensor. Draadloze sensoren zijn zeker een uitkomst voor tijdelijke metingen tijdens audits of performance tests. Soms kunnen ze zelfs als clamp-on geplaatst worden.

Voor welke sensor(en) je uiteindelijk kiest, hangt nauw samen met je productieproces en de procesomstandigheden. Aspecten die een belangrijke rol spelen in je keuze zijn:

• impact op het medium;
• veiligheidseisen;
• downtime voor onderhoud/kalibratie/reiniging;
• input voor het meet- en regelsysteem;
• levensduur;
• gewenste nauwkeurigheid.

4. Sensoren combineren

Sensoren combineren kan op 2 manieren: fysiek samenbrengen in 1 behuizing, of virtueel koppelen. Om sensoren fysiek te combineren, moeten ze klein genoeg zijn, maar dat is met de huidige schaalverkleining geen probleem. De meetresultaten kun je dan doorgeven via één kanaal. In principe kun je dan ook de metingen softwarematig combineren en een “virtuele output” genereren. Als je sensoren virtueel koppelt, kom je op het gebied van slimme sensoren en data delen en analyseren. Hierdoor krijg je meer inzicht in je proces, en hoef je niet steeds zelf de data te interpreteren. Een simpel voorbeeld is de combinatie van temperatuur en luchtvochtigheid voor bijvoorbeeld drogingsprocessen.

5. Sensordata delen via internet

Hoe je de data ook importeert uit je proces, het doel is ze te gebruiken: je wilt ze analyseren om procesverbeteringen te realiseren en downtime te reduceren. Denk ook aan energie besparen en minder restproduct produceren. Om je sensordata te analyseren, kun je zelf modellen opstellen, maar je kunt hier ook AI voor inschakelen. AI ziet misschien wel trends die je zelf niet had verwacht, en een model kan je erop attent maken dat er iets fout gaat in je proces. Voorwaarde voor zulke analyses is wel dat je heel veel data van je proces opslaat en samenbrengt (IIoT). Met behulp van AR kun je dan bijvoorbeeld een virtuele kopie van je proces (Digital Twin) maken. Zulke digitale kopieën zijn niet alleen handig om wijzigingen in je proces uit te proberen, maar ook voor het trainen van nieuwe operators. Wil je hiermee aan de slag, dan heb je wat aan de ISO (23247) norm, die een handleiding geeft voor het ontwikkelen van een Digital Twin.

6. Kwantumsensoren

Een nieuwe ontwikkeling in de sensortechnologie zijn kwantumsensoren. Die maken gebruik van kwantumeffecten (zoals superpositie of verstrengeling) om extreem nauwkeurige metingen te doen van magnetische velden, temperatuur, druk, chemische concentraties of tijd/frequentie. Deze sensoren hebben een gevoeligheid en precisie die klassiek niet haalbaar is. Voor de procesindustrie is dit echt nog toekomstmuziek. Hooguit zullen dit soort sensoren toegepast worden in R&D en pilotprojecten. Verdere uitrol speelt echt op de langere termijn (> 10 jaar). In medische en farmaceutische toepassingen lijken de ontwikkelingen al wat verder te zijn.