Bùi Thế Thành
Bộ môn Kỹ thuật Điện- Khoa Cơ điện
Cảm biến trong điều khiển thiết bị công nghiệp
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F(m) Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m)
Hiện tại, các loại thiết bị trong ngành sản xuất công nghiêp đều phải sử dụng các phần tử cảm biến đo lường. Ứng dụng điển hình là trong các dây chuyền công nghệ cơ khí chế tạo, các máy điện tử máy tự động trong sản xuất may mặc, chế biến gỗ, nhựa, chế biến thực phẩm... Các phần tử cảm biến không hoạt động độc lập mà chúng là một phận của một hệ lớn bao gồm các bộ chuẩn hóa tín hiệu và các mạch xử lý tín hiệu số cũng như tương tự khác nhau. Nghiên cứu các nguyên lý hoạt động của các cơ cấp chấp hành và nguyên tắc điều khiển để sử dụng đúng các loại cảm biến là một nhiệm vụ quan trọng của kỹ sư thiết kế, lập trình.
Cảm biến dung trong thiết bị may điện tử thông dụng.
Như đã phân tích ở trên dây chuyền sản xuất may công nghiệp đang được điện tử hóa, số hóa các công đoạn diễn ra rất phổ biến. Do đó trong các thiết bị máy móc cũng sử dụng rất nhiều loại cảm biến. Trong thiết bị may điện tử việc sử dụng cảm biến trong các hệ thống điện cũng được dùng rất phổ biến, tùy theo từng nhiệm vụ, yêu cầu mà các hãng sản xuất sử dụng loại cảm biến phù hợp.
Cảm biến tốc độ động cơ H206
Hình 1 Cảm biến tốc độ động cơ H206
Cảm biến tốc độ động cơ H206 có tác dụng xác định vị trí dừng của trục X (chiều ngang bọ), Y (chiều dài bọ) trong máy đính bọ điện tử. Với tác dụng của cảm biến này máy sẽ giới hạn được chiều dài của bọ thông qua các giá trị cài đặt.
Cảm biến từ Hall.
Cảm biến Hall là loại cảm biến dùng để phát hiện từ tính của nam châm để đo độ lớn của từ trường, điện áp đầu ra của nó tỷ lệ thuận với cường độ từ trường qua nó.
Cảm biến hiệu ứng Hall được sử dụng cho các ứng dụng phát hiện độ gần, định vị, phát hiện tốc độ và cảm biến hiện tại.
Trong thiết bị may, nó dùng để xác định mức từ trường. Ứng dụng trong điều khiển bàn ga để thay đổi tốc độ máy, trong máy may một kim điện tử điển hình là cảm biến từ Hall SS49E.
Hình 2 Cảm biến Hall SS 49E trong mạch điều khiển của bàn ga máy 1 kim điện tử
Cảm biến tiệm cận
Hình 3. Máy trải vải bán tự động dùng cảm biến tiệm cận.
Cảm biến tiệm cận hay còn được gọi là Proximity Sensor là loại cảm biến công nghiệp thông dụng trong máy móc công nghiệp, đặc biệt trong các dây chuyền sản xuất đếm và phân loại sản phẩm. Nó có chức năng phát hiện vật di chuyển qua đầu cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện cho bộ điều khiển.
Hình 4. Cảm biến khoảng cách E3F DS30P1 PNP NO 30 cm
Các dòng máy trải vải thế hệ mới có sử dụng cảm biến quang điện và bộ chuyển đổi căn chỉnh vải, bàn xoay và truyền động hỗ trợ cho giá đỡ vải được đồng bộ với tốc độ trải vải để giảm thiểu lực căng vải trong quá trình trải vải.
Hình 5. Máy trải vải có bàn xoay tự động
Cảm biến xác định mép vải của máy vắt sổ điện tử
Hình 6. Máy vắt sổ điện tử dùng cảm biến xác định mép vải
- Máy sử dụng hộp điều khiển SC-500 hoặc SC-510, có cảm biến điều chỉnh, dễ dàng trong điều khiển máy.
Hình 7. Vị trí lắp cảm biến và bộ điều khiển của máy vắt sổ
Hệ thống cảm biến trong một thiết bị
Đối với những máy chuyên dùng có độ phức tạp hơn của các cơ cấu hoạt động như máy thùa khuy, đính bọ, máy lập trình.. hệ thống cảm biến cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định các định các tín hiệu như vị trí dừng trục X, trục Y, dao cắt chỉ trên, cắt chỉ dưới…
Hình 8. Cảm biến trong bảng giao diện I/O trong máy thùa khuy điện tử JUKI LBH 1790S
Hình 8 là giao diện đầu vào các tín hiệu cảm biến với bộ điều khiển của máy thùa đầu bằng điện tử LBH 1790S., ta thấy có rất nhiều tín hiệu cảm biến đầu vào cùng một lúc, đối với những thiết bị này tín hiệu sẽ phải qua một bảng mạch trung gian như mạch thường ký hiệu là INT. Từ mạch điện này các tín hiệu sẽ đưa đến bộ xử lý trung tâm để điều khiển các chức năng cụ thể.
Sinh viên nghiên cứu về cảm biến như thế nào?
Như vậy, cảm biến rất quan trọng hệ thống điều khiển thiết bị máy móc trong đó có máy may điện tử, trong khuôn khổ của bài viết tác giả chỉ giới thiệu về một số cảm biến trong thiết bị may điện tử, do đó sinh viên khối Cơ Điện cần chú trọng việc ứng dụng các kiến thức chuyên ngành như học phần Kỹ thuật đo lường - Cảm biến; Trang bị điện –điện tử trong thiết bị dệt may công nghiêp; thông qua các đề tài nghiên cứu khoa học; các tài liệu của các thiết bị may điện tử... khi đó việc nắm bắt nguyên lý điều khiển của máy và sửa chữa các mạch điều khiển thiết bị may công nghiệp sẽ thuận lợi, dễ dàng hơn rất nhiều.
Ngoài ra, với sự đa dạng về chức năng của cảm biến, sinh viên hoàn toàn có thể thiết kế các mạch điện công nghiệp, dân dụng có sử dụng cảm biến là thiết bị đo lường khi đó hệ thống điện của bạn sẽ trở lên hiện đại hơn, hiệu quả hơn và sẽ có nhiều lựa chọn trong ý tưởng thiết kế điều khiển hệ thống mạch điện của mình.