Les composants 4.0 : comment choisir les capteurs de données?

Si la donnée est la clé de tout processus, l’équipement pour la collecter l’est tout autant. Les technologies ne sont plus que des outils pour recueillir et stocker des données, mais bien pour communiquer, prédire et interconnecter les différentes sources de données. Quelles sont ces sources et ces capteurs? Quels sont les différents types de capteurs?

Quelle est la différence entre les capteurs de données et les instruments de mesure ?

Parmi les dispositifs des systèmes d’acquisition de données, de cyber-physique ou encore d’intelligence industrielle, le capteur est un composant de l’instrument de mesure, aussi constitué d’un signal, un indicateur ou encore un transmetteur. Le capteur se distingue de l’instrument de mesure puisqu’il n’a pas forcément de système de stockage ou d’interface propre à lui. En mode actif ou passif, le capteur est doté d’une capacité sensorielle qui détecte une information brute, avec ou sans contact. Puis, le capteur transmet ou actionne une information de sortie (ex : un signal) à l’aide d’un conditionneur, composé d’un transducteur et d’un transmetteur.

Le capteur a ainsi une fonction de collecteur ou d’actionneur. Depuis les dernières années, nous voyons aussi de nouveaux capteurs intelligents qui ont plus d’une fonctionnalité : autotest, signal, configuration, etc.

Existe-t-il un catalogue de capteurs de données ?

Il est possible de classifier les capteurs selon différents critères :

• Apport énergétique : capteur actif ou capteur passif;
• Fonction : capteur collecteur ou capteur actionneur;
• Type de sortie : capteur logique, numérique ou analogique;
• Type de détection de donnée : capteur avec ou sans contact;
• Type de système : capteur physique ou capteur logiciel.

Les capteurs peuvent être utilisés pour détecter des données présentes dans l’environnement, mais aussi des données de mouvement ou d’interaction. Ils collectent des informations selon les différents principes physiques tels que le courant, l’angle, la distance, le débit, la lumière, la pression, le son, la température, etc. La nature des capteurs peut aussi varier par exemple : des capteurs mécaniques, des détecteurs électriques, des détecteurs de proximité, des capteurs pneumatiques, etc.

Les capteurs intelligents, que font-ils ?

De nouveaux capteurs font constamment surface étant donné les avancements industriels et technologiques. Notamment, « Le CRIQ et le Consortium de recherche appliquée en traitement et transformation des substances minérales (COREM) ont développé un capteur-mesureur de charges unique au monde permettant de réduire la consommation énergétique lors du procédé de broyage du minerai. » (CRIQ)

Les capteurs logiciels viennent aussi transformer les systèmes de mesure et de contrôle traditionnels. Grâce à des modèles prédictifs ou des observations théoriques, les capteurs logiciels permettent l’estimation de données non directement mesurées.

4 conseils pour choisir vos capteurs de données

Pour choisir le capteur qui convient à votre procédé ou à votre ligne de production :

1. Évaluez les paramètres de distance entre le capteur et l’objet à détecter, autrement dit l‘étendue de la mesure.
2. Considérez la sensibilité, le niveau de précision, la rapidité et le niveau d’erreur toléré.
3. Prenez en compte l’environnement dans lequel sera utilisé le capteur, ce qui peut influencer considérablement la détection des données.
4. Soyez conscient que vos capteurs sont aussi des sources d’entrée dans vos systèmes, ils se doivent d’être protégés. Bertrand Milot, vice-président en cyber-risque & sécurité chez Richter et conférencier aux Rencontres de génie sur le 4.0, a présenté un cas réel où des capteurs d’un aquarium d’un casino ont été la source d’un acte de cybercriminalité aux États-Unis où plus de 10 gb de données ont été volées. “Somebody got into the fish tank and used it to move around into other areas (of the network) and sent out data,” said Justin Fier, Darktrace’s director of cyber intelligence. (Darktrace annual report of innovative hacks)

Liste des principaux capteurs collecteurs et actionneurs

• Accéléromètre (détecter la rotation et l’accélération)
• Capteur à effet Hall (détecter un champ magnétique)
• Capteur à effet Néel (mesurer un courant)
• Capteur capacitif (détecter le toucher d’un objet)
• Capteur d’angle
• Capteur de distance (ultrason)
• Capteur de flamme
• Capteur de flexion (ex : détecter l’ouverture d’une porte)
• Capteur de gaz
• Capteur de lumière RGB (détecter la couleur d’un objet)
• Capteur de tilt (détecter l’orientation d’un objet ou si l'on secoue l'objet)
• Capteur de mouvement PIR (détecter la présence)
• Capteur de niveau d’eau
• Capteur de pluie
• Capteur de pression/altitude
• Capteur de pulsation
• Capteur de son
• Capteur de vibration
• Capteur Geger (mesure les rayonnements ionisants)
• Capteur IR (ex : suivre des lignes)
• Capteur d’obstacle ou de proximité
• Capteur musculaire
• Capteur piézoélectrique
• Capteur UV
• Capteur température et humidité
• Caméra thermique (détecter les rayonnements infrarouges)
• Cellule de charge (détecter la masse d’un objet)
• Cellule photoélectrique
• Détecteur de lignes (détecter les zones ou les lignes)
• Écran tactile Hygromètre (mesurer l’humidité des sols)
• Lecteur d’empreinte digitale Lecteur RFID (échange de données à très courte distance)
• Photorésistance (mesurer la résistance selon la quantité de lumière)
• Potentiomètre Thermistance (mesurer la résistance selon la chaleur)
• Thermomètre infrarouge
• Matrice de LED (utilisé notamment dans le programme d’une interface homme/machine)
• Servomoteur (système qui permet de produire un mouvement)
• Carte relais (commutateur de liaisons électriques)
• Écran LCD

Des capteurs, il y en a!

Heureusement, il existe aussi des capteurs universels qui regroupent de nombreux capteurs physiques et capteurs logiciels. Ces capteurs intelligents se connectent à différents systèmes intégrés, machines ou encore lignes de production. Ils peuvent ainsi rassembler un grand nombre de données variées ce qui procurent une intelligence industrielle, la clé de l’usine 4.0 et du manufacturier innovant.