Chọn cảm biến bắt đầu bằng ba câu hỏi: cần phát hiện vật gì, ở khoảng cách bao xa, trong môi trường nào. Phôi thép ở gần thì cảm biến tiệm cận điện cảm là lựa chọn bền nhất; vật nhựa, gỗ hay mức chất lỏng cần cảm biến điện dung; vật ở xa hoặc cần phát hiện bất kể vật liệu thì dùng cảm biến quang; vị trí piston xi lanh khí nén dùng cảm biến từ gắn trên thân xi lanh; còn chỗ cần tiếp xúc cơ khí chắc chắn thì công tắc hành trình vẫn có chỗ đứng.
Bài này dành cho thợ và kỹ thuật viên đang làm đồ gá có kiểm tra phôi, trạm đếm, băng tải hay trạm khí nén ở xưởng nhỏ. Phần cuối có cách dùng AI để so phương án và soát bảng thông số, kèm những chỗ cần tự kiểm với tài liệu của nhà sản xuất vì thông số mỗi mẫu một khác.
Năm loại cảm biến hay gặp ở xưởng và việc hợp với từng loại
Bảng so sánh ở mức nguyên lý. Khoảng cách phát hiện thật phụ thuộc kích thước cảm biến, vật liệu vật thể và mẫu cụ thể; luôn tra bảng thông số của nhà sản xuất.
| Loại | Nguyên lý | Hợp với | Điểm yếu |
|---|---|---|---|
| Tiệm cận điện cảm | Từ trường dao động bị kim loại làm thay đổi | Phôi thép, cam, răng bánh răng, vị trí bàn máy | Chỉ thấy kim loại, khoảng cách ngắn, nhôm và đồng thấy kém hơn thép |
| Tiệm cận điện dung | Vật làm thay đổi điện dung trước mặt cảm biến | Nhựa, gỗ, bìa, mức hạt hoặc chất lỏng trong thùng | Nhạy với ẩm, bụi bám, cần chỉnh độ nhạy |
| Quang thu phát riêng | Vật cắt ngang tia giữa đầu phát và đầu thu | Phát hiện vật bất kể màu, khoảng cách xa | Phải đi dây hai đầu, cần căn thẳng |
| Quang phản xạ gương và khuếch tán | Tia dội về từ gương phản xạ hoặc từ chính vật | Băng tải, cửa vào trạm, đếm hàng | Vật bóng loáng hoặc màu tối gây nhầm, sương dầu làm mờ ống kính |
| Cảm biến từ trên xi lanh | Nam châm trong piston làm cảm biến đổi trạng thái | Báo đầu, cuối hành trình xi lanh khí nén | Cần xi lanh có nam châm, dễ lệch khi siết lỏng |
Công tắc hành trình cơ khí không có trong bảng vì nguyên lý đơn giản: vật đè lên cần gạt làm đổi tiếp điểm. Nó chịu được môi trường bẩn, dễ hiểu, nhưng có mòn cơ khí và cần vật chạm vào. Ở các vị trí giới hạn hành trình bàn máy, nhiều thiết kế vẫn dùng nó như lớp bảo vệ cuối.
Phát hiện phôi trên đồ gá: tiệm cận điện cảm là lựa chọn đầu tiên
Với xưởng cơ khí, việc phổ biến nhất là kiểm tra phôi thép đã nằm đúng chỗ trên đồ gá trước khi cho máy chạy. Cảm biến tiệm cận điện cảm hợp với việc này vì không cần chạm vào phôi, không có bộ phận chuyển động, chịu được dầu và dung dịch trơn nguội nếu chọn cấp bảo vệ phù hợp. Nó được gắn vào thân đồ gá, đầu cảm biến hướng vào mặt phôi.
Khoảng cách phát hiện danh định trong bảng thông số thường đo với một tấm thép chuẩn. Nếu phôi là nhôm, đồng hay inox, khoảng cách thực tế ngắn hơn, có khi ngắn hơn nhiều, theo hệ số hiệu chỉnh mà nhà sản xuất công bố. Nhiều người lắp cảm biến thử với phôi thép thấy chạy tốt, rồi chuyển sang mã hàng nhôm thì cảm biến không nhận. Hãy hỏi lại hệ số này trước khi chọn, và để khoảng cách làm việc thực tế nhỏ hơn đáng kể so với khoảng cách danh định để có dư.
Cách lắp cũng quan trọng. Loại lắp chìm được bắt ngập vào kim loại xung quanh mà không bị nhận nhầm, phù hợp gắn vào thân đồ gá. Loại lắp không chìm có khoảng cách phát hiện xa hơn nhưng cần khoảng trống kim loại quanh đầu cảm biến. Lắp nhầm loại không chìm ngập vào đồ gá thép là lý do khiến cảm biến báo có phôi suốt, kể cả khi đồ gá trống.
Phoi kim loại là kẻ thù thứ hai. Một mẩu phoi thép bám lên mặt cảm biến có thể làm nó báo có phôi. Đặt cảm biến ở chỗ phoi khó đọng, dùng khí thổi làm sạch ở chu kỳ thay phôi, hoặc chọn kiểu cảm biến được thiết kế giảm nhạy với phoi nếu nhà sản xuất có.
PNP hay NPN, hai dây hay ba dây: phần điện cần hỏi trước khi mua
PNP và NPN là cách ngõ ra đóng mạch. Cảm biến PNP khi tác động sẽ cấp điện dương ra dây tín hiệu, còn NPN nối dây tín hiệu xuống âm. Ngõ vào PLC phải hợp với kiểu này. Mua nhầm là lỗi rất phổ biến; trước khi đặt hàng, xem ngõ vào PLC hoặc bộ điều khiển đang cấu hình kiểu nào.
Thường mở hay thường đóng. Thường mở báo tín hiệu khi thấy vật, thường đóng báo khi không thấy vật. Với các chức năng mà mất tín hiệu nên được hiểu là trạng thái an toàn, có khi người ta chọn kiểu thường đóng để đứt dây cũng bị phát hiện. Đây là quyết định thiết kế, hỏi người làm phần điều khiển.
Hai dây, ba dây, bốn dây. Loại ba dây phổ biến nhất ở điện áp điều khiển một chiều: hai dây nguồn và một dây tín hiệu. Loại hai dây đấu nối tiếp với tải, gọn hơn nhưng có dòng rò nhỏ có thể làm một số ngõ vào nhận nhầm. Loại bốn dây thường có cả hai ngõ ra thường mở và thường đóng.
Đèn báo trên thân cảm biến. Gần như mọi cảm biến công nghiệp đều có đèn nhỏ sáng khi tác động. Đây là công cụ chẩn đoán đầu tiên: đèn cảm biến sáng mà đèn ngõ vào PLC không sáng thì lỗi ở dây hoặc kiểu PNP NPN; đèn cảm biến không sáng thì xem lại khoảng cách và vật liệu.
Đấu nối do người có chuyên môn. Dù điện áp điều khiển thường thấp, việc đấu vào tủ điện vẫn phải cắt nguồn, khoá và treo thẻ, và do người hiểu sơ đồ thực hiện. Đấu nhầm nguồn vào dây tín hiệu có thể làm hỏng cảm biến hoặc ngõ vào PLC.
Môi trường xưởng: dầu, phoi, rung và nhiệt
Cảm biến bền hay không phụ thuộc nhiều vào chỗ đặt hơn là vào giá. Những điểm nên soát khi chọn và lắp:
- Cấp bảo vệ IP: chỗ bị phun dung dịch trơn nguội hoặc rửa máy cần cấp bảo vệ cao chống bụi và nước; đọc kỹ ý nghĩa hai chữ số trong ký hiệu IP và đối chiếu với điều kiện thật.
- Dầu cắt gọt có thể làm hỏng vỏ nhựa và cáp theo thời gian; chọn vật liệu vỏ và cáp chịu dầu nếu đặt trong vùng gia công.
- Cáp đi theo bộ phận chuyển động cần loại cáp chịu uốn liên tục và đi trong máng xích, nếu không sẽ gãy lõi bên trong sau một thời gian.
- Đầu nối tháo nhanh giúp thay cảm biến trong vài phút thay vì phải đấu lại dây trong tủ; nên thống nhất một kiểu đầu nối cho cả xưởng.
- Rung mạnh làm lỏng đai ốc giữ cảm biến, dẫn tới lệch khoảng cách; dùng long đen hãm hoặc keo khoá ren phù hợp.
- Gần máy hàn hoặc động cơ lớn có nhiễu điện; tách cáp tín hiệu khỏi cáp động lực và hỏi nhà cung cấp về loại chịu nhiễu.
- Nhiệt độ cao gần lò, khuôn nóng cần cảm biến có dải nhiệt phù hợp hoặc tấm chắn nhiệt.
Một mẹo nhỏ nhưng hữu ích: dán ghi chú cạnh mỗi cảm biến trong sổ máy gồm mã, kiểu ngõ ra, khoảng cách đã chỉnh. Khi cảm biến hỏng giữa ca, thợ thay đúng loại ngay mà không phải đoán.
Cảm biến từ trên xi lanh và công tắc áp suất: biết chắc cơ cấu đã làm xong
Trong trạm khí nén, ra lệnh cho van mở không có nghĩa là xi lanh đã chạy tới nơi. Xi lanh có thể kẹt, thiếu áp hoặc bị vật cản. Vì vậy chương trình tốt luôn chờ tín hiệu xác nhận trước khi sang bước tiếp theo, và tín hiệu đó thường đến từ cảm biến từ gắn trên rãnh thân xi lanh, phát hiện nam châm trong piston.
Chỉnh cảm biến từ đúng cách: đưa xi lanh về vị trí cần báo, trượt cảm biến dọc rãnh tới khi đèn sáng, rồi dịch thêm một chút vào giữa vùng tác động thay vì để ở mép, sau đó siết chặt. Để ở mép, chỉ cần rung nhẹ hay nhiệt độ thay đổi là tín hiệu chập chờn. Nhớ rằng xi lanh phải là loại có nam châm trong piston; xi lanh không có nam châm thì cảm biến từ không bao giờ nhận.
Với đồ gá kẹp, cảm biến vị trí chỉ cho biết piston đã đi hết hành trình, không cho biết phôi đã được kẹp đủ lực. Nếu phôi bị thiếu hoặc lệch, piston vẫn có thể đi tới cuối. Nhiều thiết kế thêm công tắc áp suất trên đường khí kẹp, hoặc cảm biến kiểm tra phôi riêng, để máy chỉ chạy khi cả hai điều kiện cùng đúng. Đây là kiểu khoá liên động bảo vệ cả dao, máy lẫn người.
Dùng AI để so phương án và soát thông số
AI giúp bạn đi nhanh qua bước liệt kê phương án và đọc bảng thông số dài, miễn là bạn kiểm lại những gì quan trọng:
- Mô tả bài toán cụ thể: vật cần phát hiện làm bằng gì, kích thước, khoảng cách, môi trường có dầu, phoi hay nước không, ngõ vào PLC kiểu gì.
- Câu lệnh gợi ý: "Phôi là bạc lót bằng nhôm, đường kính ngoài khoảng 40 mm, nằm trên đồ gá thép, cần phát hiện có phôi trước khi kẹp, vùng có phun dung dịch trơn nguội, ngõ vào PLC kiểu PNP. Hãy so sánh các loại cảm biến phù hợp, nêu ưu nhược điểm, những thông số cần hỏi nhà cung cấp, và rủi ro lắp đặt. Không gợi ý hãng cụ thể."
- Khi đã có vài mẫu ứng viên, dán phần thông số kỹ thuật dạng chữ và hỏi AI tóm tắt các điểm khác nhau. Đừng tin con số AI tự nêu nếu không có trong tài liệu bạn đưa.
- Tự đọc lại trong tài liệu gốc ba thông số quan trọng nhất: kiểu ngõ ra, khoảng cách phát hiện với đúng vật liệu, cấp bảo vệ.
- Lắp thử một cảm biến trên đồ gá với phôi thật của mọi mã hàng sẽ chạy, kể cả phôi xấu nhất, trước khi mua số lượng.
- Ghi kết quả thử vào sổ máy để lần sau AI và người khác tra nhanh.
AI có thể nhầm hệ số hiệu chỉnh vật liệu hoặc gán thông số của dòng này cho dòng khác. Bước thử với phôi thật là bước không thể thay thế.
Câu hỏi thường gặp
Cảm biến tiệm cận có phát hiện được nhôm và inox không?
Loại điện cảm thông thường vẫn phát hiện được, nhưng khoảng cách ngắn hơn so với thép, mức giảm tuỳ vật liệu và mẫu cảm biến theo hệ số nhà sản xuất công bố. Có loại được thiết kế để phát hiện mọi kim loại với khoảng cách gần như nhau. Luôn thử với phôi thật trước khi lắp chính thức.
Vì sao cảm biến quang báo sai trên băng tải?
Nguyên nhân hay gặp là vật bóng loáng phản xạ tia lệch hướng, vật màu tối hấp thụ ánh sáng với loại khuếch tán, ống kính bị sương dầu hoặc bụi phủ, và ánh sáng mạnh chiếu thẳng vào đầu thu. Lau sạch, chỉnh độ nhạy, đổi góc lắp hoặc chuyển sang loại thu phát riêng thường giải quyết được.
PNP và NPN có thay thế cho nhau được không?
Không thay trực tiếp được nếu ngõ vào bộ điều khiển chỉ nhận một kiểu. Một số PLC cho phép cấu hình nhóm ngõ vào theo kiểu nguồn hay nhận dòng, khi đó cả nhóm phải dùng cùng kiểu. Hỏi người phụ trách điện trước khi đổi.
Cảm biến từ trên xi lanh không nhận tín hiệu thì kiểm gì trước?
Kiểm xi lanh có nam châm trong piston không, cảm biến có trượt khỏi vị trí không, đèn trên cảm biến có sáng khi piston tới nơi không, và dây có đứt ở chỗ uốn không. Nếu đèn sáng mà PLC không nhận, xem dây và kiểu ngõ ra.
Có cần cảm biến khi đồ gá đã có chốt định vị?
Chốt định vị đảm bảo phôi nằm đúng chỗ khi được đặt đúng, nhưng không biết phôi có hay không, có bị kênh vì phoi không. Với trạm tự động hoặc máy chạy không người, cảm biến kiểm phôi giúp tránh chạy dao vào khoảng trống hoặc vào phôi lệch.
Có nên mua cảm biến rẻ không rõ nguồn gốc cho xưởng?
Cảm biến ở vị trí quan trọng như kiểm phôi trước khi cắt hoặc báo kẹp xong nên chọn loại có bảng thông số rõ ràng, có bảo hành và mua được thay thế lâu dài. Cảm biến báo sai có thể gây va dao hoặc hỏng hàng hàng loạt, thiệt hại lớn hơn nhiều so với khoản chênh lệch ban đầu.