“Đã lắp đúng theo khoảng cách phát hiện trong catalogue, vậy mà với phôi nhôm thì cảm biến không tác động”, “Đã lắp nhầm cảm biến NPN quen dùng ở Nhật vào ngõ vào PNP của thiết bị châu Âu”, “Chuyển sang loại 2 dây thì ngõ ra không tắt được nữa”. Về việc lựa chọn cảm biến tiệm cận, chúng tôi thường nhận được những băn khoăn như vậy từ các kỹ sư công nghệ sản xuất và bảo trì tại các nhà máy Nhật Bản ở Thái Lan.
Quan điểm của bài viết này như sau. Việc lựa chọn cảm biến tiệm cận không được quyết định bởi “khoảng cách phát hiện trong catalogue”, mà bởi “khoảng cách phía an toàn đã được hiệu chỉnh theo vật liệu, kích thước của phôi thực tế và điều kiện lắp đặt”. Giá trị hệ số hiệu chỉnh, tần số đáp ứng và nhiễu lẫn nhau khác nhau theo từng nhà sản xuất và từng mã sản phẩm, và tất cả đều là giá trị gắn với điều kiện đo. Vì vậy, cần xác nhận bằng datasheet của mã được chọn, yêu cầu ghi rõ căn cứ đó trong RFP (hồ sơ yêu cầu báo giá), và kiểm tra bằng phôi thực tế trong kiểm thử nghiệm thu (FAT/SAT). Cụ thể gồm 7 điểm sau.
- Khoảng cách phát hiện trong catalogue là giá trị đo với tấm thép dày 1 mm (vật phát hiện chuẩn). Omron định nghĩa “khoảng cách cài đặt” có thể sử dụng ổn định là khoảng 70–80% khoảng cách phát hiện định mức, còn datasheet của các hãng châu Âu dùng một cách ghi khác là “khoảng cách tác động bảo đảm Sa”.
- Khoảng cách phát hiện bị rút ngắn đáng kể tùy vật liệu. Tính theo giá trị của một sản phẩm Contrinex, với đồng chỉ đạt khoảng 18% khoảng cách so với thép. Hơn nữa hệ số khác nhau theo nhà sản xuất, và trong tính thử của bài viết này, mức tham khảo cho thép không gỉ tách thành 4,48 mm và 5,44 mm.
- Loại có che chắn và loại không che chắn khác nhau cả về khoảng cách phát hiện lẫn cách xử lý kim loại xung quanh. Nếu lắp cạnh nhau thì còn cần khoảng cách chống nhiễu lẫn nhau.
- Tần số đáp ứng là giá trị catalogue gắn với điều kiện đo. Khi so sánh với số lần phát hiện cần thiết, phải tính đến sự khác biệt về điều kiện.
- Kiểu ngõ ra phải phù hợp với module ngõ vào của PLC. Với loại DC 2 dây, kiểm tra dòng rò và điện áp dư; với loại 3 dây, kiểm tra sự tương thích NPN/PNP.
- Các điều kiện môi trường và lắp đặt như cấp IP, dầu cắt gọt, hàn, nhiễu, mô-men siết và cáp quyết định tuổi thọ và hiện tượng tác động sai.
- Đưa các nội dung trên thành hạng mục trong RFP, và xác nhận trong FAT/SAT bằng phôi thực tế và cách lắp thực tế.
Lưu ý, bài viết này không nhằm giới thiệu hay xếp hạng sản phẩm cụ thể. Chức năng và hiệu năng sản phẩm là “giải thích, tuyên bố của nhà sản xuất” dựa trên tài liệu công khai của nhà sản xuất, và các con số đều được ghi kèm tên công ty và dòng sản phẩm. Các tính thử mô hình ở phần sau là số liệu giả định đặt ra để minh họa, không phải dữ liệu của thiết bị có thật. Bài viết không đề cập đến giá cả hay số tiền.
Cảm biến tiệm cận là gì: khác biệt giữa loại cảm ứng, loại điện dung và loại từ
Cảm biến tiệm cận là cảm biến phát hiện “vật có ở gần hay không” mà không cần chạm vào vật phát hiện. Hướng dẫn kỹ thuật của Omron chia phương thức phát hiện thành 3 loại: phương thức sử dụng dòng điện xoáy sinh ra trên vật phát hiện bằng kim loại nhờ cảm ứng điện từ (loại cảm ứng), phương thức sử dụng sự thay đổi điện dung (loại điện dung), và phương thức sử dụng nam châm và công tắc lưỡi gà (loại từ). Keyence cũng chia thành 3 nhóm lớn: “loại dao động cao tần (cảm ứng điện từ)”, “loại từ” và “loại điện dung”.
Omron giải thích rằng JIS C 8201-5-2 định nghĩa cảm biến tiệm cận, và định nghĩa đó thống nhất với định nghĩa của IEC 60947-5-2.
| Phương thức | Nguyên lý phát hiện (giải thích của nhà sản xuất) | Vật phát hiện được | Cần chú ý xung quanh |
|---|---|---|---|
| Loại cảm ứng | Dùng từ trường xoay chiều của cuộn dây để tạo dòng điện xoáy trên kim loại, rồi phát hiện sự thay đổi trở kháng hoặc sự suy giảm dao động (Omron, Keyence) | Kim loại (sắt, nhôm, đồng thau, đồng, v.v.) | Kim loại xung quanh |
| Loại điện dung | Phát hiện sự thay đổi điện dung giữa vật phát hiện và cảm biến (Omron) | Ngoài kim loại còn có nhựa, chất lỏng, bột, v.v. Phụ thuộc hằng số điện môi | Mọi vật thể xung quanh |
| Loại từ | Nam châm và công tắc lưỡi gà (Omron) | Nam châm | — |
Về cách chọn phương thức, catalogue tổng hợp của Pepperl+Fuchs (sau đây gọi là P+F) khuyến nghị dùng loại cảm ứng nếu đối tượng là kim loại, loại điện dung nếu là nhựa, giấy, chất lỏng, hạt hoặc bột, và loại từ nếu có chứa nam châm. Phần lớn các ứng dụng kiểm tra có phôi hay vị trí kẹp trên đồ gá hoặc máy tự động đều có đối tượng là kim loại, nên bài viết này tập trung giải thích loại cảm ứng. Cách tiến hành thiết kế và chế tạo bản thân đồ gá được trình bày trong bài viết về thiết kế và chế tạo đồ gá.
Trong loại cảm ứng cũng có nhiều kiểu. Omron nêu ra kiểu phát hiện nhôm (phát hiện thành phần pha của tần số), kiểu phát hiện mọi kim loại, và kiểu đáp ứng xung (tạo dòng điện xoáy bằng xung và phát hiện sự thay đổi theo thời gian của nó). Về kiểu kim loại màu, Keyence giải thích rằng kiểu này tận dụng đặc tính tần số dao động tăng lên khi nhôm hoặc đồng đến gần và giảm xuống với kim loại gốc sắt, đồng thời chú thích rằng SUS304 có tính chất trung gian.
Omron nêu các ưu điểm của cảm biến tiệm cận: không tiếp xúc nên không mài mòn, không có tiếp điểm nên tuổi thọ dài (không áp dụng cho loại dùng nam châm), dùng được ở nơi có nước hoặc dầu, hầu như không bị ảnh hưởng bởi màu sắc, và đáp ứng nhanh. Mặt khác, Omron cũng ghi rằng cảm biến chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, các vật xung quanh và các cảm biến khác. Loại bỏ lần lượt từng điều kiện “chịu ảnh hưởng” này chính là việc lựa chọn cảm biến tiệm cận.
Thuật ngữ về khoảng cách phát hiện: khoảng cách phát hiện định mức, khoảng cách cài đặt, Sn/Sr/Sa, vật phát hiện chuẩn
Điều đầu tiên cần nắm khi lựa chọn cảm biến tiệm cận là “khoảng cách phát hiện” trong catalogue có nghĩa là gì. Dưới đây hệ thống lại thuật ngữ của các nhà sản xuất.
Thuật ngữ của Omron
Hướng dẫn kỹ thuật của Omron định nghĩa như sau.
| Thuật ngữ | Định nghĩa của Omron |
|---|---|
| Vật phát hiện chuẩn | Vật phát hiện có quy định vật liệu, hình dạng và kích thước, dùng làm chuẩn để đo hiệu năng cơ bản |
| Khoảng cách phát hiện | Khoảng cách tính từ mặt chuẩn đến khi cảm biến tác động (nhả) khi di chuyển vật phát hiện chuẩn theo phương pháp quy định |
| Khoảng cách cài đặt | Khoảng cách tính từ mặt chuẩn có thể sử dụng ổn định, đã bao gồm ảnh hưởng của nhiệt độ và điện áp. Khoảng 70–80% khoảng cách phát hiện định mức |
| Hysteresis | Chênh lệch giữa khoảng cách tác động và khoảng cách nhả |
Trong lưu ý về lắp đặt, Omron khuyến nghị lắp đặt dựa trên khoảng cách cài đặt, vì khoảng cách phát hiện thay đổi theo nhiệt độ và điện áp.
Xem thông số của Omron E2E NEXT (DC 3 dây) làm ví dụ thực tế, có thể thấy dù cùng là loại có che chắn M18, khoảng cách và kích thước vật phát hiện chuẩn vẫn khác nhau theo dòng sản phẩm.
| Dòng E2E NEXT (loại có che chắn, M18) | Mã | Khoảng cách phát hiện | Khoảng cách cài đặt | Vật phát hiện chuẩn (sắt) | Tần số đáp ứng (giá trị trung bình) |
|---|---|---|---|---|---|
| BASIC Single distance | E2E-X5□18 | 5 mm ±10% | 0–4 mm | 18×18×1 mm | 600 Hz |
| BASIC Double distance | E2E-X8□18 | 8 mm ±10% | 0–6,4 mm | 24×24×1 mm | 500 Hz |
| PREMIUM Triple distance | E2E-X12□18 | 12 mm ±10% | 0–9,6 mm | 36×36×1 mm | 500 Hz |
| PREMIUM Quadruple distance | E2E-X14□18 | 14 mm ±10% | 0–10,6 mm | 42×42×1 mm | 350 Hz |
Chia khoảng cách cài đặt cho khoảng cách phát hiện: hai mã BASIC cho 4÷5 và 6,4÷8, đều bằng 80,0%; PREMIUM Triple là 9,6÷12 bằng 80,0%; PREMIUM Quadruple là 10,6÷14 bằng khoảng 75,7%. Tất cả đều nằm trong phạm vi “khoảng 70–80%” theo định nghĩa của Omron. Hãy lưu ý rằng dòng có khoảng cách phát hiện càng dài thì vật phát hiện chuẩn cũng càng lớn.
Cách ghi trong datasheet của các hãng châu Âu (Sn, Sr, Sa)
Trong tài liệu của các nhà sản xuất châu Âu, các ký hiệu Sn, Sr, Su, Sa được sử dụng. Catalogue tổng hợp bản năm 2012 của P+F giải thích như sau, với tư cách là định nghĩa theo EN 60947-5-2.
- Khoảng cách tác động định mức sn: giá trị “danh nghĩa”, không tính đến dung sai chế tạo hay các ảnh hưởng bên ngoài như điện áp, nhiệt độ
- Khoảng cách tác động thực sr: giá trị của từng cảm biến, đo ở nhiệt độ môi trường 23±5°C, với điện áp và điều kiện lắp đặt quy định
- Khoảng cách tác động sử dụng su: giá trị đo trong điều kiện mở rộng phạm vi nhiệt độ và điện áp
- Khoảng cách tác động bảo đảm sa: khoảng cách mà tại đó việc tác động được bảo đảm trong điều kiện quy định
Datasheet của Contrinex (DW-Ax-50x-065) cũng ghi “0,9Sn ≤ Sr ≤ 1,1Sn” và “Sa ≤ (0,81 x Sn)”, đồng thời nêu rằng dữ liệu được đo theo IEC 60947-5-2, với nguồn 20–30 VDC và nhiệt độ môi trường 23°C±5°C.
Điểm cần lưu ý ở đây là mối quan hệ với nội dung tiêu chuẩn. IEC 60947-5-2 đã phát hành phiên bản thứ 4 (Ed. 4.0) ngày 18/10/2019, và trang catalogue của IEC nêu một trong các điểm sửa đổi là thay đổi quy định liên quan đến phạm vi phát hiện và khoảng cách tác động. Do bài viết này chưa xác nhận nội dung tiêu chuẩn, mối quan hệ giữa các ký hiệu và con số ở trên được xem là “điều mà tài liệu của P+F hoặc Contrinex giải thích như vậy”.
Khoảng cách cài đặt của Omron và Sa của các hãng châu Âu khác nhau cả về cách gọi lẫn nguồn gốc định nghĩa. Đừng đọc chúng như cùng một đại lượng. Điểm chung duy nhất là không thiết kế ở đúng vị trí bằng khoảng cách phát hiện định mức (Sn).
Ngoài ra, sản phẩm này của Contrinex có thiết kế đèn LED sáng khi vật phát hiện nằm trong phạm vi 0,8 lần khoảng cách tác động thực, và nhấp nháy khi vật nằm ngoài 0,8 lần nhưng vẫn trong khoảng cách tác động thực. Đây là thiết kế báo bằng đèn nhấp nháy rằng vật đang ở vùng ít dư địa, và có thể dùng khi điều chỉnh khoảng cách lúc khởi động thiết bị.
Kích thước vật phát hiện chuẩn: cách xác định của P+F trùng với giá trị của Omron
Catalogue của P+F giải thích rằng tấm đo chuẩn là tấm thép vuông dày 1 mm, với cạnh lấy giá trị lớn hơn giữa “đường kính vòng tròn nội tiếp của bề mặt phát hiện” và “3×sn”. Thử áp dụng điều này cho loại có che chắn Omron E2E NEXT BASIC Double distance (việc xấp xỉ đường kính vòng tròn nội tiếp bằng đường kính ren M là giả định của bài viết này).
| Mã (Omron) | Đường kính ren | Khoảng cách phát hiện | 3×khoảng cách phát hiện | Giá trị lớn hơn | Vật phát hiện chuẩn của Omron |
|---|---|---|---|---|---|
| E2E-X2□8 | M8 | 2 mm | 6 mm | 8 mm | 8×8×1 mm |
| E2E-X4□12 | M12 | 4 mm | 12 mm | 12 mm | 12×12×1 mm |
| E2E-X8□18 | M18 | 8 mm | 24 mm | 24 mm | 24×24×1 mm |
| E2E-X15□30 | M30 | 15 mm | 45 mm | 45 mm | 45×45×1 mm |
Cả 4 mã đều trùng khớp. Nói cách khác, khoảng cách phát hiện trong catalogue là giá trị đo với tấm sắt có kích thước này, dày 1 mm. Với mã M18, 8 mm thì đó là tấm sắt vuông cạnh 24 mm. Với phôi nhỏ hơn mức này, như đầu bu lông hay vấu mảnh, khoảng cách phát hiện sẽ ngắn lại (Omron, P+F). P+F giải thích rằng với vật lớn thì khoảng cách tác động chỉ tăng chút ít, còn với vật nhỏ thì giảm nhiều, và khuyến nghị kiểm chứng khoảng cách tác động khi kích thước khác với tấm đo chuẩn.
Khác biệt giữa loại có che chắn và loại không che chắn, ảnh hưởng của kim loại xung quanh
Cảm biến tiệm cận có loại có che chắn (loại lắp bằng mặt, flush) và loại không che chắn.
Theo định nghĩa của Omron, ở loại có che chắn, từ thông tập trung về phía trước cảm biến và mặt bên của cuộn dây được bọc bằng kim loại, nên có thể lắp chìm trong kim loại. Ở loại không che chắn, từ thông lan rộng về phía trước và mặt bên của cuộn dây không được bọc kim loại, nên dễ chịu ảnh hưởng của kim loại xung quanh. Keyence cũng giải thích tương tự: loại có che chắn có thể dùng khi lắp chìm trong kim loại (ngoại lệ là dòng EM), còn loại không che chắn có khoảng cách phát hiện dài hơn nhưng cần chú ý vị trí lắp.
| Hạng mục | Loại có che chắn | Loại không che chắn |
|---|---|---|
| Cấu tạo | Bọc mặt bên cuộn dây bằng kim loại, tập trung từ thông về phía trước (Omron) | Không bọc mặt bên, từ thông lan rộng về phía trước (Omron) |
| Lắp đặt | Có thể lắp chìm trong kim loại | Cần khoảng trống xung quanh. Kích thước cần xác nhận trong từng datasheet |
| Khoảng cách phát hiện | Ngắn | Dài |
| Ví dụ khoảng cách (Omron E2E NEXT BASIC Double distance) | M12: 4 mm, M18: 8 mm | M12: 8 mm, M18: 16 mm |
Catalogue của P+F giải thích rằng loại lắp bằng mặt không cần khoảng trống xung quanh và vượt trội về bảo vệ cơ học và khả năng chống nhiễu, nhưng với sản phẩm của hãng thì khoảng cách tác động chỉ bằng khoảng 60% loại không lắp bằng mặt. Đây là giải thích về sản phẩm của P+F. Khi so sánh cùng kích thước ở Omron E2E NEXT, khoảng cách của loại có che chắn bằng 50% loại không che chắn (8 mm và 16 mm). Tỷ lệ cũng khác nhau theo nhà sản xuất và sản phẩm, nên đừng ghi nhớ như một giá trị chung mà hãy so sánh giữa các mã ứng viên.
Về loại không che chắn, P+F minh họa bằng hình vẽ rằng cần chừa khoảng trống quanh cảm biến để tránh ảnh hưởng của kim loại xung quanh. Kích thước cụ thể cần được xác nhận trong dữ liệu kỹ thuật của từng cảm biến.
Những gì kim loại xung quanh gây ra
Lưu ý của Omron ghi rằng nếu có kim loại không phải vật phát hiện ở gần bề mặt phát hiện, sẽ xảy ra các ảnh hưởng như khoảng cách tác động biểu kiến tăng lên, đặc tính nhiệt độ xấu đi, hoặc cảm biến không nhả. Đặc biệt, khoảng cách tới mặt kim loại đối diện với bề mặt phát hiện ảnh hưởng đến việc rút ngắn khoảng cách phát hiện, v.v.
Omron đăng bảng kích thước kim loại xung quanh cho từng mã trong catalogue, và cho biết các giá trị đó là khi dùng đai ốc kèm theo; nếu đổi vật liệu đai ốc thì ảnh hưởng của kim loại xung quanh cũng thay đổi. Điều này có nghĩa là ngay cả thay đổi nhỏ như đổi vật liệu giá đỡ đồ gá từ sắt sang vật liệu khác, hay thay đai ốc bằng loại sẵn có, cũng có thể làm thay đổi trạng thái phát hiện.
Với loại điện dung, theo Omron cần chú ý đến ảnh hưởng của “mọi vật thể” xung quanh. Không chỉ đồ gá kim loại, mà cả nắp nhựa, dây điện và tay người vận hành cũng là đối tượng.
Quy trình lựa chọn cảm biến tiệm cận
Dựa trên các thuật ngữ đã nêu, quy trình lựa chọn cảm biến tiệm cận được tổng hợp thành 8 bước.
Như hình trên, trình tự là: (1) xác định vật phát hiện (vật liệu, kích thước, lớp mạ), (2) chọn phương thức phát hiện, (3) quyết định loại có che chắn hay không che chắn cùng với không gian lắp đặt, (4) hiệu chỉnh khoảng cách theo vật liệu, (5) kiểm tra tần số đáp ứng, (6) quyết định ngõ ra và đấu dây (2 dây/3 dây, NPN/PNP, IO-Link), (7) kiểm tra môi trường (IP, dầu cắt gọt, hàn), (8) ghi vào RFP và xác nhận trong FAT/SAT.
Trình tự này có lý do. Không thể tính khoảng cách khi chưa xác định “phát hiện cái gì”, và không thể chọn kiểu ngõ ra khi chưa xác định module ngõ vào phía PLC. Ngược lại, nếu chọn mã trước rồi mới điều chỉnh vật liệu và đấu dây cho khớp, sẽ phát sinh làm lại kiểu “không tác động với nhôm” hay “lắp NPN vào ngõ vào PNP”.
Những điều cần xác nhận ở mỗi bước được tóm tắt trong bảng.
| Bước | Điều cần xác nhận | Căn cứ chính |
|---|---|---|
| 1 Vật phát hiện | Vật liệu, có lớp mạ hay không và độ dày, độ dày tấm, kích thước (so với vật phát hiện chuẩn), hướng tiến vào (chính diện hay từ bên cạnh) | Omron, P+F |
| 2 Phương thức phát hiện | Kim loại thì loại cảm ứng; nhựa, chất lỏng, bột thì loại điện dung; nam châm thì loại từ | P+F, Omron |
| 3 Lắp đặt | Có che chắn/không che chắn, kim loại xung quanh, kim loại đối diện, khoảng cách tới cảm biến bên cạnh | Omron, P+F |
| 4 Hiệu chỉnh khoảng cách | Lấy khoảng cách cài đặt hoặc Sa làm chuẩn, hiệu chỉnh theo vật liệu bằng hệ số hoặc đồ thị đặc tính trong datasheet của mã được chọn | Omron, P+F, Contrinex |
| 5 Đáp ứng | Số lần phát hiện cần thiết (Hz), tần số đáp ứng trong catalogue và điều kiện đo của nó | Omron, P+F |
| 6 Ngõ ra | Dòng rò và điện áp dư của loại 2 dây; NPN/PNP của loại 3 dây; NO/NC; kiểu ngõ ra hỗ trợ IO-Link | Omron, P+F |
| 7 Môi trường | Cấp IP (kèm tên tiêu chuẩn), dầu cắt gọt, hạt bắn tóe khi hàn và từ trường hàn, nhiễu, cáp | Omron, P+F, Balluff, ifm |
| 8 RFP, kiểm thử | Yêu cầu nộp các căn cứ trên bằng văn bản và xác nhận bằng phôi thực tế | — |
Khi vật phát hiện tiến vào từ bên cạnh, khoảng cách tác động sẽ khác với theo hướng trục. P+F giải thích bằng đường cong đáp ứng theo độ lệch so với hướng trục, còn Omron giải thích bằng hình vẽ “khoảng cách phát hiện và vùng phát hiện theo phương ngang”. Với phôi đi qua từ bên cạnh như trên dây chuyền băng tải, hãy xem các hình này để quyết định vị trí lắp.
Hiệu chỉnh khoảng cách phát hiện theo vật liệu
Với cảm biến tiệm cận loại cảm ứng, khoảng cách phát hiện thay đổi đáng kể theo vật liệu của vật phát hiện. Lưu ý của Omron ghi rằng khoảng cách phát hiện thay đổi lớn tùy vật liệu của vật phát hiện, và thông thường sẽ ngắn hơn với kim loại không từ tính như nhôm.
Ảnh hưởng của vật liệu được biểu thị bằng “hệ số hiệu chỉnh”. Theo giải thích của ifm, khoảng cách phát hiện theo vật liệu = hệ số hiệu chỉnh × khoảng cách phát hiện danh nghĩa. Datasheet của Contrinex cũng ghi khoảng cách tác động với nhôm là “Sn × CFAl”.
Ở đây, chỉ dùng các hệ số có trong datasheet của Contrinex DW-Ax-50x-065 (Ø6,5, khoảng cách tác động định mức Sn = 3 mm), thử tính khoảng cách theo từng vật liệu.
Hình trên là tính thử mô hình, là giá trị nhân Sn 3 mm của Contrinex DW-Ax-50x-065 với hệ số hiệu chỉnh trong datasheet của hãng (Sn×CF). So với thép 3,00 mm, khoảng cách giảm xuống còn thép không gỉ (V2A) 2,01 mm, đồng thau 1,05 mm, nhôm 0,78 mm và đồng 0,54 mm.
| Vật liệu | Hệ số hiệu chỉnh của Contrinex | Sn×CF (mm) | Nhân thêm ×0,81 (mm, giả định của bài viết này) |
|---|---|---|---|
| Thép (FE 360) | 1 | 3,00 | 2,43 |
| Thép không gỉ (V2A) | 0,67 | 2,01 | 1,63 |
| Đồng thau | 0,35 | 1,05 | 0,85 |
| Nhôm | 0,26 | 0,78 | 0,63 |
| Đồng | 0,18 | 0,54 | 0,44 |
Cột ngoài cùng bên phải là giá trị Sn×CF nhân thêm 0,81. Con số 0,81 mượn từ tỷ lệ “Sa ≤ 0,81×Sn” trong cùng datasheet. Tuy nhiên, Sa trên datasheet là giá trị cho vật phát hiện chuẩn (thép), và việc nhân 0,81 vào khoảng cách sau hiệu chỉnh vật liệu là giả định của bài viết này. Contrinex không quy định cách tính này.
Cách đọc rất đơn giản. Cùng một cảm biến, với phôi đồng chỉ đạt khoảng 18% (0,54÷3,00) khoảng cách so với thép. So sánh theo cột ngoài cùng bên phải (×0,81), vị trí tương đối mà với thép có thể đặt ở 2,43 mm thì với đồng phải đưa sát tới 0,44 mm mới phát hiện được theo tính toán. Khi xét đến sai lệch của phôi và rung động, dư địa trở nên khá nhỏ. Nếu có nhiều phôi kim loại màu, đây là căn cứ để cân nhắc loại phát hiện mọi kim loại (hệ số hiệu chỉnh 1) hoặc loại kim loại màu sẽ giải thích ở phần sau.
Datasheet của Contrinex còn ghi rằng khi lắp chìm thì nhân thêm hệ số của đế lắp (Sn, Al = Sn×CFAl×CFemb, Al). Do không tìm thấy giá trị số của hệ số đế lắp cho sản phẩm này trên datasheet, nên chúng tôi không đưa vào bảng trên. Hãy ghi nhớ rằng khoảng cách cũng có thể thay đổi theo điều kiện lắp đặt.
Hệ số hiệu chỉnh khác nhau theo nhà sản xuất: so sánh giá trị của ifm và P+F
Hệ số ở chương trước là giá trị của một sản phẩm Contrinex. Khi đặt cạnh giá trị công bố của các nhà sản xuất khác, các giá trị không đồng nhất.
| Vật liệu | Cảm biến tiêu chuẩn ifm | Giá trị đại diện P+F (catalogue 2012) | autosen | Contrinex DW-Ax-50x-065 |
|---|---|---|---|---|
| Thép (chuẩn) | 1 | 1 | 1,00 | 1 |
| Thép không gỉ | 0,7 | 0,85 | 0,60–1,00 | 0,67 |
| Đồng thau | 0,5 | 0,4 | 0,35–0,50 | 0,35 |
| Nhôm | 0,4 | 0,4 | 0,30–0,45 | 0,26 |
| Đồng | 0,3 | 0,3 | 0,25–0,45 | 0,18 |
Trong catalogue của mình, P+F ghi rằng hệ số hiệu chỉnh là tỷ lệ so với thép FE 360 (St37), và khác nhau theo từng mã tùy vật liệu vỏ và lớp che chắn, nên hãy dùng giá trị trong từng datasheet. Tức là chính nhà sản xuất đang nói “đừng dùng nguyên bảng này”.
Mức độ ảnh hưởng của sự khác biệt này đến thiết kế được minh họa bằng tính thử mô hình. Tiền đề là Omron E2E-X8□18 (loại có che chắn M18, khoảng cách phát hiện 8 mm, khoảng cách cài đặt 6,4 mm). Tuy nhiên, hệ số hiệu chỉnh không phải của Omron; ở đây tạm áp giá trị công bố của ifm và P+F (bài viết này không thu thập đặc tính theo vật liệu của Omron).
Hình trên là giá trị nhân khoảng cách cài đặt 6,4 mm với hệ số của ifm và P+F. Thép ở cả hai hãng đều là 6,40 mm; thép không gỉ là ifm 4,48 mm và P+F 5,44 mm; đồng thau là 3,20 mm và 2,56 mm; nhôm và đồng giống nhau ở cả hai hãng, lần lượt 2,56 mm và 1,92 mm.
| Vật liệu | Hệ số ifm | 8 mm×hệ số | 6,4 mm×hệ số | Hệ số P+F | 8 mm×hệ số | 6,4 mm×hệ số |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Thép | 1 | 8,00 | 6,40 | 1 | 8,00 | 6,40 |
| Thép không gỉ | 0,7 | 5,60 | 4,48 | 0,85 | 6,80 | 5,44 |
| Đồng thau | 0,5 | 4,00 | 3,20 | 0,4 | 3,20 | 2,56 |
| Nhôm | 0,4 | 3,20 | 2,56 | 0,4 | 3,20 | 2,56 |
| Đồng | 0,3 | 2,40 | 1,92 | 0,3 | 2,40 | 1,92 |
Chỉ riêng thép không gỉ, mức tham khảo của khoảng cách cài đặt đã tách thành 4,48 mm và 5,44 mm, chênh lệch 0,96 mm. Với đồng thau thì ngược lại, ifm cho giá trị dài hơn. Tùy dùng bảng hệ số nào mà vị trí lắp thay đổi gần 1 mm.
Thép không gỉ cũng là vật liệu có chênh lệch lớn theo chủng loại. Việc bảng của autosen để biên độ 0,60–1,00 cho thép không gỉ, và việc Keyence chú thích SUS304 có tính chất trung gian giữa sắt và kim loại màu, đều cho thấy khó xử lý bằng một hệ số duy nhất.
Kết luận là không thiết kế bằng bảng hệ số chung. Hãy xác nhận bằng hệ số hoặc đồ thị đặc tính theo vật liệu trong datasheet của mã được chọn, và nếu vẫn còn lo ngại thì đo khoảng cách bằng phôi thực tế. Trang lưu ý của Omron cũng không đưa ra hệ số theo vật liệu dưới dạng số, mà hướng dẫn xem dữ liệu kỹ thuật (đồ thị đặc tính) trong catalogue.
Phôi mỏng, nhỏ, có lớp mạ và loại Factor 1/phát hiện mọi kim loại
Ngoài vật liệu, độ dày, kích thước và lớp mạ của phôi cũng làm thay đổi khoảng cách phát hiện.
Độ dày và kích thước
Theo lưu ý của Omron, nếu phôi nhỏ hơn vật phát hiện chuẩn thì thông thường khoảng cách phát hiện sẽ ngắn lại. Omron khuyến nghị thiết kế với kích thước bằng hoặc lớn hơn vật phát hiện chuẩn, và nếu bằng hoặc nhỏ hơn thì cần để dư địa đủ lớn.
Về độ dày, kim loại gốc sắt như sắt hay niken cần dày từ 1 mm trở lên. Mặt khác, với kim loại không từ tính, nếu độ dày lớp phủ (lớp mạ) từ 0,01 mm trở xuống thì có thể đạt khoảng cách phát hiện tương đương vật liệu từ tính (đặc tính khác với các loại đáp ứng xung như E2V). Những lớp cực mỏng và không dẫn điện như màng bốc hơi thì không thể phát hiện.
Ảnh hưởng của lớp mạ
Omron đưa ra giá trị tham khảo “ảnh hưởng của lớp mạ (ví dụ điển hình)”, lấy khoảng cách phát hiện khi không mạ là 100.
| Loại và độ dày lớp mạ | Khi vật liệu nền là thép | Khi vật liệu nền là đồng thau |
|---|---|---|
| Không mạ | 100 | 100 |
| Zn 5–15 μm | 90–120 | 95–105 |
| Cd 5–15 μm | 100–110 | 95–105 |
| Ag 5–15 μm | 60–90 | 85–100 |
| Cu 10–20 μm | 70–95 | 95–105 |
| Cu 5–15 μm | — | 95–105 |
| Cu (5–10 μm) + Ni (10–20 μm) | 70–95 | — |
| Cu (5–10 μm) + Ni (10 μm) + Cr (0,3 μm) | 75–95 | — |
Có ví dụ khi mạ bạc (Ag) lên thép, khoảng cách phát hiện chỉ còn 60–90% so với khi không mạ. Điều đó có nghĩa là với chi tiết thay đổi quy cách mạ về sau vì lý do ngoại quan, việc phát hiện có thể trở nên không ổn định. Ô xử lý bề mặt trên bản vẽ cũng là thông tin đầu vào cho việc lựa chọn cảm biến.
Factor 1 (hệ số hiệu chỉnh 1)/loại phát hiện mọi kim loại
Khi có nhiều phôi kim loại màu, hoặc sắt và kim loại màu lẫn lộn, lựa chọn là cảm biến có chênh lệch khoảng cách theo vật liệu nhỏ (hệ số hiệu chỉnh 1). Dưới đây liệt kê các dòng sản phẩm của từng hãng cùng giải thích của nhà sản xuất.
| Nhà sản xuất, dòng sản phẩm | Giải thích của nhà sản xuất |
|---|---|
| ifm “Kplus” | Một phạm vi phát hiện tiêu chuẩn hóa duy nhất cho mọi kim loại. Hệ số của thép không gỉ, đồng thau, nhôm và đồng đều bằng 1. Khả năng chịu trường điện từ, lớp phủ Anti-spatter coating cho hàn, nhiệt độ sử dụng từ -40 đến 85°C, tới IP 68/IP 69K (tất cả là thông tin quảng bá sản phẩm của ifm) |
| P+F “Reduction factor 1” | Phát hiện mọi kim loại với khoảng cách tác động gần như nhau. Dải sản phẩm có khoảng cách tác động tối đa 2–75 mm, khả năng chịu trường điện từ (nội dung tại thời điểm catalogue 2012) |
| Balluff “Factor 1” BES05NC (M18) | Phát hiện sắt và kim loại màu ở cùng khoảng cách. Lắp bằng mặt với khoảng cách tác động định mức 8 mm, bề mặt phát hiện và vỏ bằng thép không gỉ 1.4404 (có lớp phủ), PNP NO, 10–30 V DC, IP68 |
| Omron | Trong phân loại phương thức có “loại phát hiện mọi kim loại” và “loại phát hiện nhôm” |
| Keyence | Model phát hiện nhôm (dòng ED; cũng phát hiện được sắt, xác nhận bằng đồ thị đặc tính) |
Cùng tài liệu đó của Balluff còn có BES05K8 chỉ phát hiện sắt và BES05K9 chỉ phát hiện kim loại màu. Balluff nêu ứng dụng chống sai lỗi (poka-yoke) để kiểm tra vật liệu trong cụm lắp ráp có lẫn nhôm và thép. Đây là cách dùng cảm biến tiệm cận để đánh giá “chi tiết có đúng vật liệu đã được lắp hay chưa”.
Factor 1 cũng có điểm yếu. Công ty phân phối autosen giải thích rằng do cấu tạo dùng 2 cuộn dây lõi không khí, khi vật nhỏ đi ngang qua từ bên cạnh có thể phát ra xung kép. Nếu dùng cho ứng dụng có vật nhỏ đi ngang qua, đây là điểm cần xác nhận trước bằng hàng thực tế.
Tần số đáp ứng và hysteresis: so sánh với số lần phát hiện cần thiết
Với các ứng dụng như đếm vấu (dog) trên vật quay hay răng bánh răng, hoặc đếm phôi chạy với tốc độ cao, tần số đáp ứng có ảnh hưởng.
Định nghĩa và điều kiện đo tần số đáp ứng
Omron định nghĩa tần số đáp ứng là số lần phát hiện có thể xuất ra trong 1 giây khi đưa vật phát hiện chuẩn đến gần lặp đi lặp lại. Theo chú thích trong bảng thông số của E2E NEXT, tần số đáp ứng là giá trị trung bình, đo bằng cách xếp các vật phát hiện chuẩn với “khoảng cách gấp 2 lần vật phát hiện chuẩn”, ở khoảng cách bằng 1/2 khoảng cách phát hiện. P+F cũng đưa ra hình vẽ tương tự: xếp các tấm đo cạnh a với khoảng cách 2a và đo ở khoảng cách Sn/2.
Nói cách khác, tần số đáp ứng trong catalogue là giá trị khi “cho vật kích thước chuẩn đi qua, với khoảng cách giữa các vật gấp 2 lần bề rộng vật, ở khoảng cách bằng một nửa Sn”. Trong điều kiện vấu thực tế nhỏ hơn, bước xếp hẹp hơn hoặc khoảng cách xa hơn, có khả năng không đạt đúng giá trị catalogue.
Giá trị của các sản phẩm có biên độ khác nhau. Với Omron E2E NEXT (DC 3 dây), kích thước càng lớn và khoảng cách phát hiện càng dài thì tần số đáp ứng có xu hướng càng thấp. Loại có che chắn BASIC Double distance trải từ 1.500 Hz ở M8 đến 250 Hz ở M30, còn loại không che chắn M30 là 100 Hz. Contrinex DW-Ax-50x-065 là 1.000 Hz trở xuống.
Tính thử mô hình: phát hiện vòng quay cần bao nhiêu Hz
Giả sử gắn 12 vấu phát hiện cách đều trên một đĩa quay và quay ở 1.500 r/min (số vấu và tốc độ quay là giả định của bài viết này). Cảm biến là Omron E2E-X8□18 (tần số đáp ứng 500 Hz).
| Hạng mục | Phép tính | Kết quả |
|---|---|---|
| Số lần phát hiện cần thiết | 12 vấu × 1.500 r/min ÷ 60 | 300 Hz |
| Tỷ lệ so với giá trị catalogue | 300 Hz ÷ 500 Hz | 0,60 |
| Tốc độ quay tối đa trên lý thuyết với cùng cảm biến, 12 vấu | 500 Hz × 60 ÷ 12 vấu | 2.500 r/min |
Kiểm tra lại: 1.500 r/min là 25 vòng mỗi giây, 25×12 = 300 Hz. Với 2.500 r/min là khoảng 41,7 vòng mỗi giây, ×12 = 500 Hz.
Thêm một ví dụ về phôi trên băng tải. Nếu tốc độ băng tải 60 m/min (1 m mỗi giây) và bước phôi 50 mm (đều là giả định), số lần phát hiện cần thiết là 1 ÷ 0,05 = 20 Hz, thấp hơn nhiều so với tần số đáp ứng.
Điều cần lưu ý là không đánh giá đạt hay không chỉ bằng phép so sánh này. 500 Hz của E2E-X8□18 là giá trị trung bình khi cho vật phát hiện chuẩn 24×24×1 mm đi qua, xếp với khoảng cách gấp 2 lần vật, ở khoảng cách bằng 1/2 khoảng cách phát hiện. Nếu vấu nhỏ hơn, bước xếp hẹp hơn hoặc khoảng cách xa hơn thì điều kiện đã khác. Ngoài ra, nhà sản xuất không đưa ra tiêu chuẩn kiểu “tỷ lệ 0,60 trở xuống là đạt”. Còn việc cảm biến tiệm cận có phù hợp với ứng dụng đếm số vòng quay hay không, hãy cân nhắc cùng với bài viết về lựa chọn encoder quay.
Hysteresis
Cảm biến tiệm cận có hysteresis, tức vị trí ngõ ra chuyển ON và vị trí chuyển OFF là khác nhau. Đây là cơ chế giúp ngõ ra không bị chập chờn dù vật phát hiện rung nhẹ tại vị trí dừng.
| Sản phẩm | Hysteresis |
|---|---|
| Omron E2E NEXT (đa số mã) | 15% khoảng cách phát hiện trở xuống |
| Omron E2E NEXT Single distance | 10% khoảng cách phát hiện trở xuống |
| Contrinex DW-Ax-50x-065 | 3–15% khoảng cách tác động thực |
Do có hysteresis, cảm biến có giới hạn trong các ứng dụng cần đánh giá vị trí một cách chính xác. Omron khuyến nghị dùng loại bộ khuếch đại rời nếu cần độ chính xác cao. Với các ứng dụng kiểm tra “vị trí dừng có đúng không”, như xác nhận vị trí chia độ của bàn xoay chia độ, hãy quyết định hình dạng vấu và vị trí lắp trên tiền đề rằng phán định sẽ có biên độ tương ứng với hysteresis.
Kiểu ngõ ra: dòng rò và điện áp dư của loại DC 2 dây
Trong các kiểu ngõ ra của cảm biến tiệm cận, loại DC 2 dây là loại hay gặp sự cố.
Cơ chế của loại 2 dây
Loại 2 dây dùng chung dây nguồn và dây tín hiệu. Theo giải thích của P+F, loại 2 dây được nối nối tiếp với tải; ngay cả khi OFF vẫn có dòng rò nhỏ chạy qua, và khi ON thì có sụt áp nhỏ. Omron lưu ý rằng nếu chỉ đấu dây nguồn thì phần tử bên trong có thể bị hỏng, nên nhất định phải đấu kèm tải. Keyence giải thích rằng loại 2 dây đấu dây đơn giản và dùng được cho cả mạch NPN lẫn PNP.
Thông số của Omron E2E NEXT DC 2 dây (Standard model) như sau.
| Hạng mục | Giá trị của Omron E2E NEXT DC 2 dây |
|---|---|
| Dòng rò | 0,8 mA trở xuống |
| Điện áp dư | Có cực tính 3 V trở xuống, không cực tính 5 V trở xuống (dòng tải 100 mA, chiều dài cáp 2 m) |
| Dòng tải | 3–100 mA |
| Điện áp nguồn | 12–24 VDC |
Dòng rò khiến tải không OFF
Hướng dẫn kỹ thuật của Omron ghi rằng với loại 2 dây, ngay cả khi ngõ ra OFF vẫn có dòng tối đa 0,8 mA chạy qua tải, nên cần xác nhận tải không bị tác động bởi dòng này. Công thức đánh giá như sau (lưu ý của Omron).
(Dòng rò) × (trở kháng ngõ vào của tải) < (điện áp nhả của tải)
Trong tính thử mô hình, lấy dòng rò bằng giá trị tối đa 0,8 mA của E2E NEXT DC 2 dây, và giả định trở kháng ngõ vào của tải là 5,6 kΩ, điện áp nhả là 5 V (không phải thông số của một PLC cụ thể).
| Hạng mục | Phép tính | Kết quả |
|---|---|---|
| Điện áp phía tải do dòng rò | 0,8 mA × 5,6 kΩ | 4,48 V |
| Đánh giá | So sánh 4,48 V với 5 V | 4,48 V < 5 V nên về mặt đánh giá là OFF |
| Dư địa | 5 V − 4,48 V | 0,52 V |
Về mặt đánh giá thì là OFF, nhưng dư địa chỉ có 0,52 V. Nếu trở kháng ngõ vào của tải lớn hơn một chút, công thức đánh giá sẽ không còn thỏa mãn. Omron ghi rằng thông thường điện áp càng cao thì dòng rò càng lớn, và cần chú ý khi thay thế cho công tắc hành trình (limit switch) hoặc công tắc micro (micro switch).
Khi không đủ dư địa, Omron khuyến nghị mắc song song điện trở xả (bleeder) với tải và thiết kế sao cho thỏa mãn công thức trên. Mức tham khảo là 15 kΩ trở xuống, 450 mW trở lên với 12 VDC; 30 kΩ trở xuống, 0,1 W trở lên với 24 VDC. Một cách khác là chọn loại 3 dây; P+F cho rằng dòng rò của loại 3 dây có thể bỏ qua.
Điện áp dư khiến tải không ON
Khi ON, bên trong cảm biến vẫn còn một phần điện áp. Với nguồn 24 V và điện áp dư 3 V (giá trị tối đa của E2E NEXT DC 2 dây, có cực tính), điện áp đặt lên tải là 24 − 3 = 21 V. Sự phân chia điện áp thực tế thay đổi theo dòng tải và chiều dài cáp, nhưng nếu điện áp tác động của tải như rơ le cao hơn mức này thì tải sẽ không ON. Omron cũng ghi trong ví dụ đấu nối tải rơ le rằng cần chú ý điện áp dư 3 V của loại DC 2 dây.
Với loại AC 2 dây, Omron khuyến nghị lắp điện trở xả sao cho dòng cảm biến tối thiểu 10 mA (100 VAC: 10 kΩ trở xuống, 3 W (5 W) trở lên; 200 VAC: 20 kΩ trở xuống, 10 W (20 W) trở lên). Nếu tải là thiết bị điện tử dùng chỉnh lưu nửa sóng AC như bộ định thời, hoạt động có thể không ổn định.
Loại 3 dây NPN/PNP và ngõ vào PLC, NO/NC
Loại 3 dây có đường nối nguồn và đường nối tải tách riêng. Theo P+F, loại này có bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ đấu ngược, và dòng rò có thể bỏ qua. Loại 3 dây của Omron E2E NEXT cũng có bảo vệ đấu ngược nguồn, hấp thụ xung (surge), bảo vệ ngắn mạch ngõ ra và bảo vệ đấu ngược ngõ ra.
Khác biệt giữa NPN và PNP
Theo giải thích của P+F, nối tải giữa ngõ ra và 0 V là PNP (switched high), nối tải giữa ngõ ra và +UB là NPN (switched low). Nếu kiểu ngõ ra của cảm biến không khớp với thông số module ngõ vào PLC, tín hiệu sẽ không vào.
| Hạng mục | Ngõ ra NPN | Ngõ ra PNP |
|---|---|---|
| Cách nối tải (P+F) | Giữa ngõ ra và +UB | Giữa ngõ ra và 0 V |
| Hoạt động ngõ ra (P+F) | switched low | switched high |
| Giải thích của Omron | Ngõ ra transistor thông dụng, có thể nối trực tiếp với PLC hoặc bộ đếm | Chủ yếu được tích hợp vào máy dành cho thị trường nước ngoài như châu Âu |
Về cách dùng theo khu vực, điều xác nhận được từ tài liệu gốc chỉ có giải thích nêu trên của Omron. Không có tài liệu nào cho thấy NPN và PNP được dùng ở mức nào tại các nhà máy ở Thái Lan. Tại các nhà máy Nhật Bản ở Thái Lan, thiết bị mang từ Nhật sang và thiết bị châu Âu có thể nằm cùng một dây chuyền, và thông số module ngõ vào có thể khác nhau theo từng thiết bị. Tiêu chí lựa chọn không phải là “loại nào phổ biến hơn”, mà là phù hợp với module ngõ vào PLC của thiết bị đó. Hãy quản lý mã phụ tùng dự phòng theo từng thiết bị, và tạo cơ chế để không nhầm NPN với PNP chỉ vì “cùng là M18”. Kiến thức cơ bản về ngõ vào PLC được giải thích trong bài viết cơ bản về PLC.
NO và NC
Theo định nghĩa của Omron, NO là ngõ ra ON khi có vật trong vùng phát hiện, NC là ngõ ra ON khi không có vật. Có những mã cho phép chuyển đổi NO/NC. Dùng loại nào cần được quyết định cùng với logic chương trình PLC và cách xử lý khi có bất thường.
Thứ tự cấp và ngắt nguồn
Omron lưu ý rằng cảm biến có thể phát hiện trong vòng 100 ms sau khi cấp nguồn, nên cần thiết kế để cấp nguồn cho cảm biến trước; và vì khi ngắt nguồn có thể phát ra xung ngõ ra, nên cần ngắt nguồn phía tải trước. P+F ghi thời gian từ khi cấp nguồn đến khi sẵn sàng sử dụng là tối đa 300 ms (giá trị của sản phẩm P+F). Thời gian này khác nhau theo nhà sản xuất và sản phẩm, nên thời gian bỏ qua tín hiệu ngõ vào ngay sau khi cấp nguồn trong chương trình PLC cần được quyết định theo giá trị của mã được chọn.
Cũng có thể đấu nối tiếp (AND) hoặc song song (OR), nhưng Omron cho biết tùy mã có thể cần thông qua rơ le, và có trường hợp không dùng được do ảnh hưởng của xung sai hoặc dòng rò.
Cảm biến tiệm cận hỗ trợ IO-Link cho phép lấy được gì
Với cảm biến tiệm cận hỗ trợ IO-Link, ngoài ngõ ra ON/OFF còn có thể trao đổi trạng thái và cài đặt của cảm biến.
| Nhà sản xuất, sản phẩm | Những gì có thể xử lý qua IO-Link (giải thích của nhà sản xuất) |
|---|---|
| Omron E2E NEXT | IO-Link Ver 1.1, COM2 (38,4 kbps)/COM3 (230,4 kbps), chu kỳ tối thiểu COM2 2,3 ms/COM3 0,4 ms. Chuyển đổi NO/NC, tự chẩn đoán, chọn khoảng cách đánh giá “quá gần”, bộ định thời, ngõ ra không ổn định, ngõ ra giám sát, đọc thời gian vận hành, đọc nhiệt độ bên trong cảm biến, v.v. |
| Cảm biến cảm ứng của ifm | Dữ liệu chu kỳ gồm giá trị suy giảm hiện tại, ngõ ra chuyển mạch, trạng thái thiết bị. Dạy (teach) điểm chuyển mạch, bộ đếm số lần chuyển mạch, bộ đếm thời gian vận hành, bộ đếm số lần cấp nguồn, xác nhận vị trí bằng LED nhấp nháy, v.v. |
| Contrinex DW-Ax-50x-065 | IO-Link 1.1, dữ liệu quá trình 7-bit, COM2 (38,4 kBaud), chu kỳ tối thiểu 10,4 ms |
ifm nêu các ví dụ ứng dụng như giám sát liên tục khoảng cách, phát hiện độ giãn xích, mất cân bằng trục và phân biệt vật liệu. Omron quảng bá rằng có thể nhanh chóng nắm được vị trí và nội dung lỗi từ HMI thông qua IO-Link master, rút ngắn MTTR (thời gian sửa chữa trung bình), và việc giám sát trạng thái hữu ích cho bảo trì dự đoán (tuyên bố của nhà sản xuất).
Chú ý ràng buộc về kiểu ngõ ra
Điểm dễ bỏ sót là có những sản phẩm chỉ hỗ trợ IO-Link ở một số kiểu ngõ ra nhất định. Bảng thông số của Omron E2E NEXT chú thích rằng ngõ ra PNP kiểu NC và toàn bộ ngõ ra NPN không hỗ trợ IO-Link. Với Contrinex DW-Ax-50x-065, xét theo bảng mã thì chỉ có kiểu PNP NO là có ghi IO-Link.
Vì vậy, khi đưa IO-Link vào thiết bị hiện hữu vốn được chuẩn hóa theo NPN, có thể phải xem xét lại kiểu ngõ ra. Không thể nói mọi sản phẩm đều như vậy, nhưng đây là điểm cần xác nhận kiểu ngõ ra được hỗ trợ ở các mã ứng viên. Cách nghĩ khi mở rộng IO-Link sang thiết bị an toàn được trình bày trong bài viết về triển khai IO-Link Safety.
Môi trường: cấp IP, dầu cắt gọt, hàn, nhiễu
Cấp IP và dầu cắt gọt
Bảng thông số của Omron E2E NEXT ghi cấu trúc bảo vệ của loại cáp liền (pre-wired) và loại cáp liền đầu nối là “IEC 60529: IP67, ISO 20653 (tiêu chuẩn cũ DIN 40050 PART9): IP69K, JIS C 0920 phụ lục 1: IP67G”, và thêm rằng sản phẩm đạt tiêu chuẩn đánh giá linh kiện chịu dầu riêng của Omron (dầu cắt gọt theo quy định JIS K 2241:2000, nhiệt độ từ 35°C trở xuống). IP67 và IP69K là ký hiệu dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau, nên trong RFP, chắc chắn nhất là yêu cầu ghi kèm cả tên tiêu chuẩn.
Về dầu cắt gọt, trang sản phẩm của Omron quảng bá rằng công thức PVC mới ngăn cáp bị trương nở, lão hóa và nứt, và ngăn dầu cắt gọt xâm nhập tối đa 2 năm. Tuy nhiên, chú thích trong bảng thông số ghi rõ rằng “2 năm” này là giá trị trung vị (typical value) theo thiết kế sản phẩm và kết quả đánh giá, và dự kiến hiệu năng suy giảm sau trung bình 2 năm kể từ khi xuất xưởng. Đây không phải giá trị bảo đảm, mà nên đọc như mức tham khảo cho kế hoạch thay thế. Bảng cũng ghi rằng với loại cáp liền, phần đã tuốt vỏ cáp không đáp ứng cấp bảo vệ. Với các công đoạn bị dầu cắt gọt bắn nhiều, Omron giới thiệu loại chịu dầu E2ER/E2ERZ.
Theo trang sản phẩm, điều kiện thử IP69K của Omron là áp suất 8.000–10.000 kPa, nước nóng 80°C, mỗi góc 30 giây. Catalogue 2012 của P+F ghi rằng tùy sản phẩm có IP65, IP67, IP68 (EN 60529), thử va đập 30 G, 11 ms, thử rung 10–55 Hz, biên độ 1 mm (IEC 60068-2-6).
Phoi bám là vấn đề khác
Omron ghi rằng loại cảm ứng có thể phát hiện mà hầu như không bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, dầu và nước. Mặt khác, trong hạng mục kiểm tra lại có “bột kim loại bám và tích tụ”. Dù chịu tốt dầu và nước, nếu phoi kim loại tích tụ trên bề mặt phát hiện thì bản thân phoi có thể trở thành vật phát hiện. Ở gần khu vực gia công cắt gọt, hãy đưa chu kỳ kiểm tra và vệ sinh vào kế hoạch bảo trì.
Môi trường hàn: hạt bắn tóe khi hàn (spatter) và từ trường hàn
Dây chuyền hàn là môi trường khắc nghiệt đối với cảm biến tiệm cận. Balluff giải thích rằng cảm biến cảm ứng trong môi trường hàn dễ hỏng sớm do va đập khi nạp phôi và sự xói mòn do hạt bắn tóe khi hàn (spatter).
| Nhà sản xuất | Biện pháp cho môi trường hàn (giải thích, tuyên bố của nhà sản xuất) |
|---|---|
| P+F | Cảm biến weld-immune có khả năng chịu từ trường mạnh và độ bền cơ học. Bề mặt phát hiện bằng PPS liên kết ngang bảo vệ khỏi hạt bắn tóe khi hàn, vỏ bằng đồng thau phủ PTFE |
| Balluff | Bề mặt phát hiện bằng thép không gỉ (hãng tuyên bố chịu tốt hiện tượng hạt bắn tóe khi hàn đốt thủng và va đập), lớp phủ cải tiến, khả năng chịu từ trường hàn nhờ Factor 1, cáp silicone chịu hạt bắn tóe khi hàn |
| ifm | Kplus có lớp phủ Anti-spatter coating cho hàn. Hãng tuyên bố nhờ khả năng chịu trường điện từ nên không tác động sai kể cả khi ở gần phanh điện |
Balluff giải thích sản phẩm Factor 1 “về bản chất chịu được từ trường hàn (inherently weld-field immune)”, nhưng đây là tuyên bố của nhà sản xuất. Kết quả có thể thay đổi theo điều kiện dòng hàn và khoảng cách, nên tại cell hàn cần xác nhận bằng điều kiện hàn của máy thực tế. Cảm biến từ của ifm còn có chức năng bật/tắt bộ lọc nhiễu dành cho khu vực hàn qua IO-Link.
Biện pháp chống nhiễu
Lưu ý của Omron nêu biện pháp theo từng loại nhiễu.
| Loại nhiễu | Biện pháp Omron nêu ra |
|---|---|
| Nhiễu đồng pha (nhiễu biến tần) | Nối đất động cơ biến tần (100 Ω trở xuống). Nối đất nguồn nhiễu và phía 0 V của nguồn qua tụ điện (tụ film 0,22 μF, 630 V). Chèn vật cách điện như nhựa hoặc cao su giữa cảm biến và tấm lắp bằng kim loại |
| Nhiễu bức xạ | Đặt tấm che chắn bằng đồng giữa cảm biến và nguồn nhiễu (bộ nguồn xung, v.v.), hoặc tăng khoảng cách |
| Nhiễu đường nguồn | Tụ điện, bộ lọc nhiễu (lõi ferrite, biến áp cách ly), varistor trên đường nguồn |
| Cảm ứng từ dây dẫn | Không đi chung ống hoặc máng với dây cao áp, dây động lực. Dùng hệ thống riêng, ống kim loại riêng hoặc cáp có che chắn |
| Xung (surge) | Gần nguồn xung lớn như động cơ hoặc máy hàn, lắp bộ hấp thụ xung ở phía nguồn xung |
Omron cũng ghi rằng nguồn DC nên dùng biến áp cách ly, không dùng biến áp tự ngẫu.
Lắp đặt: ren và mô-men siết, cáp, nhiễu lẫn nhau
Mô-men siết
Omron lưu ý cần tuân thủ mô-men siết trong catalogue để không bị lỏng do rung, không tác động lực va đập quá lớn như dùng búa gõ khi lắp (có nguy cơ giảm khả năng chống nước hoặc hư hỏng), và tùy mã cần vòng đệm răng. Phụ kiện kèm theo của E2E NEXT là đai ốc siết và vòng đệm răng.
Mô-men siết cho phép thay đổi lớn theo vật liệu vỏ. Từ bảng trong catalogue 2012 của P+F, trích ra các hàng đã xác nhận được sự tương ứng của các cột.
| Ren | Thép không gỉ | Đồng thau | PBT | PPS |
|---|---|---|---|---|
| M18×1 | 30,0 N·m | 30,0 N·m | 1,5 N·m | 5 N·m |
| M30×1,5 | 30,0 N·m | 30,0 N·m | 3,0 N·m | 10 N·m |
Dù cùng là M18, vỏ kim loại là 30 N·m trong khi vỏ nhựa (PBT) là 1,5 N·m, chênh lệch hơn một bậc độ lớn. Nếu siết vỏ nhựa theo cảm giác của vỏ kim loại, có nguy cơ hư hỏng. Với loại đường kính nhỏ không có ren, Contrinex DW-Ax-50x-065 (Ø6,5) quy định mô-men siết tối đa 0,3 Nm khi cố định bằng vít M5. Nhất định phải dùng giá trị trong datasheet của từng mã, và ghi cả vào tiêu chuẩn thao tác lắp ráp.
Cáp
Hệ thống lại cách xử lý cáp từ lưu ý của Omron.
- Loại khuếch đại tích hợp có thể kéo dài tối đa 200 m bằng cáp tiêu chuẩn (một số mã là ngoại lệ)
- Bán kính uốn từ 3 lần đường kính ngoài của cáp trở lên (cáp đồng trục, cáp có che chắn và cáp robot từ 5 lần trở lên)
- Lực kéo: đường kính ngoài dưới 4 mm thì 30 N trở xuống, từ 4 mm trở lên thì 50 N trở xuống. Không tác động lực kéo lên cáp có che chắn và cáp đồng trục
- Ở 0°C trở xuống, cáp PVC trở nên cứng, nếu uốn có nguy cơ đứt dây
- Phần cách điện ở đầu cáp dùng cho kiểm tra nội bộ của Omron và không thuộc đối tượng bảo hành. Cần cắt bỏ và xử lý trước khi sử dụng
Với cáp đi dọc theo bộ phận chuyển động, hãy đưa bán kính uốn và phương pháp cố định vào bản vẽ thiết kế. Ở các đồ gá có cảm biến lắp gần bộ phận chuyển động, như xác nhận kẹp của kẹp toggle, khoảng thoát cho cáp thường không đủ.
Khoảng cách lắp để tránh nhiễu lẫn nhau
Khi lắp các cảm biến tiệm cận cạnh nhau, ngõ ra có thể không ổn định do ảnh hưởng của từ trường xoay chiều từ cảm biến bên cạnh. Catalogue 2012 của P+F đưa ra mức tham khảo khoảng cách tâm F khi lắp cạnh nhau là từ 2 lần đường kính vỏ trở lên với loại lắp bằng mặt, và từ 4 lần trở lên với loại không lắp bằng mặt. Áp dụng cho M18 (đường kính vỏ 18 mm) như sau.
| Khi lắp cạnh nhau các cảm biến M18 (mức tham khảo của P+F) | Phép tính | Khoảng cách tâm |
|---|---|---|
| Loại lắp bằng mặt | 2 × 18 mm | Từ 36 mm trở lên |
| Loại không lắp bằng mặt | 4 × 18 mm | Từ 72 mm trở lên |
Đây là mức tham khảo cho sản phẩm P+F. Với sản phẩm Omron, hãy tuân theo bảng nhiễu lẫn nhau trong catalogue của từng mã. Khi không thể đảm bảo khoảng cách, Omron nêu phương pháp lắp xen kẽ các mã có tần số dao động khác nhau, còn P+F nêu phương pháp dùng sản phẩm có tần số dao động lệch đi (sản xuất theo đơn đặt hàng).
Các sự cố thường gặp và biện pháp
Tổng hợp nguyên nhân và biện pháp được ghi trong tài liệu của nhà sản xuất theo từng triệu chứng.
| Triệu chứng | Nguyên nhân (giải thích của nhà sản xuất) | Biện pháp, xác nhận | Nguồn |
|---|---|---|---|
| Ngõ ra không ổn định | Nhiễu lẫn nhau giữa các cảm biến lắp gần nhau | Lắp xen kẽ các mã có tần số khác nhau. Nếu cùng tần số thì đảm bảo khoảng cách tối thiểu | Omron, P+F |
| Khoảng cách phát hiện biểu kiến tăng lên/không nhả/thay đổi theo nhiệt độ | Kim loại xung quanh, đặc biệt là kim loại đối diện bề mặt phát hiện | Tuân theo bảng kim loại xung quanh của từng mã. Chú ý rằng đổi vật liệu đai ốc sẽ làm thay đổi ảnh hưởng | Omron |
| Tải không OFF | Dòng rò của loại 2 dây | Thỏa mãn công thức đánh giá bằng điện trở xả, hoặc chuyển sang loại 3 dây | Omron |
| Tải không ON | Điện áp dư của loại 2 dây | Xác nhận điện áp tác động của tải | Omron |
| Giảm khả năng chống nước, hư hỏng | Dùng búa gõ, vượt quá mô-men siết cho phép | Tuân thủ mô-men siết cho phép. Xác nhận có cần vòng đệm răng hay không | Omron |
| Phát hiện không ổn định do rung | Môi trường có rung động, va đập | Để dư địa cho khoảng cách phát hiện, chống lỏng | Omron |
| Đứt dây, tiếp xúc kém | Uốn cáp ở nhiệt độ thấp, uốn hoặc kéo quá mức | Tuân thủ giới hạn bán kính uốn và lực kéo | Omron |
| Tác động sai | Cảm ứng do đi chung máng với dây động lực | Hệ thống riêng, ống kim loại, cáp có che chắn | Omron |
| Hỏng sớm tại cell hàn | Va đập khi nạp phôi và xói mòn do hạt bắn tóe khi hàn | Bề mặt phát hiện thép không gỉ, lớp phủ, sản phẩm Factor 1 (đề xuất của nhà sản xuất) | Balluff |
| Xung kép khi vật nhỏ đi ngang qua | Cấu tạo của Factor 1 (cuộn dây kép) | Xác nhận trước với ứng dụng có vật nhỏ đi ngang qua | autosen |
| Cáp lão hóa, dầu xâm nhập | Cáp bị trương nở, lão hóa, nứt do dầu cắt gọt | Sản phẩm cáp chịu dầu, đầu nối chịu dầu | Omron |
Về hạng mục kiểm tra bảo trì, Omron nêu: lệch, lỏng, biến dạng của vật phát hiện và phần lắp cảm biến; lỏng, tiếp xúc kém, đứt dây của dây dẫn; bột kim loại bám và tích tụ; bất thường về nhiệt độ sử dụng và môi trường xung quanh.
Hư hỏng của cảm biến tiệm cận có thể xuất hiện dưới dạng dừng máy ngắn, chứ không phải sự cố làm thiết bị dừng lâu. Những lần dừng như tín hiệu “có phôi” bị mất trong tích tắc khiến trình tự rơi vào trạng thái chờ khó thể hiện trên chỉ số khả dụng (availability). Phương pháp ghi nhận những lần dừng đó và truy nguyên nhân theo từng thiết bị được giải thích trong bài viết về xử lý dừng máy ngắn. Nếu không dừng lại ở việc thay cảm biến mà ghi lại xem sự cố thuộc nguyên nhân nào trong bảng trên, sẽ tránh được việc lặp lại cùng một kiểu dừng.
Phân biệt cách dùng với cảm biến quang điện
Linh kiện phát hiện thường được dùng song song với cảm biến tiệm cận là cảm biến quang điện. Dưới đây hệ thống lại cách nghĩ khi phân biệt cách dùng, dựa trên tính chất của cảm biến tiệm cận đã đề cập trong bài viết.
Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng chỉ phát hiện kim loại; theo Omron, nó hầu như không bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, dầu, nước và gần như không bị ảnh hưởng bởi màu sắc. Keyence cũng giải thích rằng do chỉ phát hiện kim loại nên không bị ảnh hưởng bởi bụi hay dầu bám. Đổi lại, như đã thấy trong bài, khoảng cách phát hiện thay đổi lớn theo vật liệu và kích thước của phôi. Ngoài ra, bản thân khoảng cách phát hiện cũng ngắn; theo thông số Omron E2E NEXT (DC 3 dây) được dẫn trong bài, khoảng cách trải từ 1,5 mm của loại có che chắn M8 (BASIC Single distance) đến 30 mm của loại không che chắn M30 (BASIC Double distance).
| Vật muốn phát hiện, điều kiện | Lựa chọn khi xét trong cảm biến tiệm cận | Trường hợp nên so sánh cả cảm biến khác ngoài cảm biến tiệm cận |
|---|---|---|
| Phôi sắt, vấu, chi tiết kẹp | Loại cảm ứng (sản phẩm tiêu chuẩn) | — |
| Nhôm, đồng, đồng thau, lẫn sắt và kim loại màu | Loại cảm ứng phát hiện mọi kim loại, loại kim loại màu, sản phẩm Factor 1 | Khi khoảng cách cần thiết không nằm trong giá trị sau hiệu chỉnh |
| Nhựa, chất lỏng, bột | Loại điện dung (chú ý ảnh hưởng của mọi vật thể xung quanh) | Khi khoảng cách hoặc điều kiện xung quanh của loại điện dung không phù hợp |
| Vật có chứa nam châm | Loại từ | — |
| Kim loại ở nơi có dầu, nước, bụi bẩn | Loại cảm ứng (Omron giải thích là hầu như không bị ảnh hưởng. Phoi kim loại là vấn đề khác) | — |
Khi vật phát hiện không phải kim loại, hoặc muốn quan sát từ vị trí mà khoảng cách phát hiện của cảm biến tiệm cận không với tới, cảm biến quang điện sẽ là đối tượng so sánh. Cách chọn phương thức và kiểm thử nghiệm thu cảm biến quang điện được giải thích trong bài viết về lựa chọn cảm biến quang điện. Việc dùng cảm biến tiệm cận hay cảm biến quang điện được quyết định bởi vật liệu của vật phát hiện, khoảng cách tới vị trí phát hiện và môi trường xung quanh (dầu cắt gọt, bụi).
Xu hướng đầu tư tự động hóa tại Thái Lan và vì sao là lúc này
Tại Thái Lan, các hồ sơ đăng ký đầu tư liên quan đến tự động hóa và robot vẫn tiếp diễn. Các số liệu của BOI đều là giá trị đăng ký xin ưu đãi đầu tư, không phải giá trị đầu tư thực tế hay giá trị được phê duyệt.
| Chỉ tiêu | Giá trị | Phạm vi, thời điểm | Nguồn |
|---|---|---|---|
| Đăng ký ưu đãi đầu tư BOI (toàn bộ) | Khoảng 1,47 nghìn tỷ baht, 1.299 dự án, +37% so với cùng kỳ năm trước | Tháng 1–6/2026, theo giá trị đăng ký | Thông cáo báo chí BOI No.117/2569 |
| Trong đó lĩnh vực máy móc, tự động hóa, robot | Khoảng 13,1 tỷ baht, 82 dự án | Như trên | Như trên |
| Chính sách Smart and Sustainable Industry (thay mới máy móc, số hóa, đưa tự động hóa/robot vào) | 132 dự án, khoảng 17,2 tỷ baht | Như trên | Như trên |
| Đăng ký FDI từ Nhật Bản | Khoảng 32,8 tỷ baht, 123 dự án | Như trên | Như trên |
| Đăng ký ưu đãi đầu tư BOI (toàn bộ) | 1,87 nghìn tỷ baht, 3.370 dự án | Cả năm 2025, theo giá trị đăng ký | Thông cáo báo chí BOI No.124/2569 |
| Số robot công nghiệp lắp đặt mới trên thế giới | 603.307 robot (+11%) | Thế giới, năm 2025 | IFR World Robotics 2026 |
| Số lắp đặt mới tại châu Á | 457.315 robot (+14%, chiếm 76% số lắp đặt mới trên thế giới) | Châu Á, năm 2025 | Như trên |
Trong thông cáo báo chí công bố kết quả cả năm 2025 (No.124/2569), BOI nêu “Automation and Robotics” là một trong các lĩnh vực chiến lược. Theo IFR, số robot công nghiệp đang vận hành trên thế giới năm 2025 là 5.079.078 robot (+9%), và số lắp đặt mới trên thế giới năm 2026 được dự báo là 655.000 robot. Executive Summary của IFR không ghi số lượng riêng cho Thái Lan.
Vì sao nên xem lại việc lựa chọn cảm biến tiệm cận ngay lúc này
Khi robot và thiết bị tự động hóa tăng lên, số điểm dùng cảm biến tiệm cận, như xác nhận có phôi, điểm gốc hay trạng thái kẹp, cũng tăng theo. Thế nhưng cảm biến tiệm cận thường được giao cho nhà sản xuất thiết bị như một “linh kiện tiêu chuẩn”, và có khi căn cứ về việc lắp cho phôi vật liệu nào, ở khoảng cách nào, với kiểu ngõ ra nào không được lưu lại phía nhà máy. Ở các nhà máy có lẫn thiết bị Nhật và thiết bị châu Âu, việc nhầm lẫn NPN với PNP, loại 2 dây với loại 3 dây cũng xảy ra. Nếu ngay từ giai đoạn viết RFP cho thiết bị mới, nhà máy yêu cầu nhận căn cứ lựa chọn cảm biến bằng văn bản, thì việc điều tra tác động sai sau khi khởi động và quản lý phụ tùng dự phòng sẽ dễ dàng hơn.
Các hạng mục cần ghi trong RFP
Dưới đây tổng hợp các hạng mục nên ghi trong RFP khi đặt hàng thiết bị hoặc cụm thiết bị có sử dụng cảm biến tiệm cận. Trọng tâm là yêu cầu nộp bằng văn bản “đã chọn cho phôi nào, dựa trên giá trị trong điều kiện nào”.
| STT | Hạng mục | Ví dụ nội dung cần ghi |
|---|---|---|
| 1 | Vật phát hiện | Vật liệu, có lớp mạ hay không và độ dày, độ dày tấm, kích thước (so với vật phát hiện chuẩn), hướng tiến vào (theo trục/từ bên cạnh) |
| 2 | Chuẩn của khoảng cách thiết kế | Có lấy khoảng cách cài đặt (Omron) hoặc Sa (datasheet hãng châu Âu) làm chuẩn thay vì khoảng cách phát hiện định mức hay không |
| 3 | Căn cứ hiệu chỉnh vật liệu | Hệ số hoặc đồ thị đặc tính trong datasheet của mã được chọn. Không phải bảng hệ số chung |
| 4 | Phương thức phát hiện | Loại cảm ứng/loại điện dung/loại từ; có dùng loại phát hiện mọi kim loại, loại kim loại màu, Factor 1 hay không và lý do |
| 5 | Điều kiện lắp đặt | Có che chắn/không che chắn; kích thước kim loại xung quanh, kim loại đối diện, nhiễu lẫn nhau (dựa trên bảng của từng mã); mô-men siết cho phép |
| 6 | Đáp ứng | Phép tính số lần phát hiện cần thiết (Hz) và giải thích sự khác biệt so với điều kiện đo của tần số đáp ứng trong catalogue |
| 7 | Ngõ ra và đấu dây | Nếu là DC 2 dây: đối chiếu dòng rò, điện áp dư với ngõ vào PLC; nếu là 3 dây: sự tương thích NPN/PNP với module ngõ vào; NO/NC |
| 8 | IO-Link | Nếu sử dụng: kiểu ngõ ra được hỗ trợ và dữ liệu sẽ thu thập (giá trị suy giảm, giá trị khoảng cách, thời gian vận hành, nhiệt độ bên trong, ngõ ra không ổn định, v.v.) |
| 9 | Môi trường | Cấp IP (kèm tên tiêu chuẩn), loại dầu cắt gọt và điều kiện đánh giá chịu dầu, hàn (hạt bắn tóe, từ trường), dải nhiệt độ, nguồn nhiễu |
| 10 | Trình tự nguồn | Thời gian từ khi cấp nguồn đến khi có thể phát hiện (giá trị của mã được chọn) và cách xử lý phía PLC |
| 11 | Cáp | Chủng loại (chịu dầu, dùng cho hàn, v.v.), bán kính uốn, phương pháp cố định, có đầu nối hay không |
| 12 | Bảo trì | Hạng mục kiểm tra, danh sách mã phụ tùng dự phòng (kèm kiểu ngõ ra), khả năng cung ứng và hỗ trợ trong nước Thái Lan |
Đặc biệt, hạng mục 3 “Căn cứ hiệu chỉnh vật liệu” và hạng mục 5 “Điều kiện lắp đặt” có mức độ chi tiết khác nhau tùy nhà sản xuất thiết bị. Nếu ghi vào RFP ngay từ đầu, có thể so sánh ở giai đoạn báo giá.
Các hạng mục xác nhận trong kiểm thử nghiệm thu (FAT/SAT)
Trong kiểm thử nghiệm thu, không chỉ xác nhận cảm biến “đã tác động”, mà còn xác nhận bằng phôi thực tế và cách lắp thực tế rằng cảm biến tác động trong trạng thái có dư địa. Tiêu chí số để đánh giá đạt/không đạt được quyết định theo giá trị trong datasheet của mã được chọn và tiêu chuẩn của công ty, và ghi trước vào RFP và kế hoạch kiểm thử.
| Hạng mục xác nhận | Phương pháp kiểm thử | Cách quyết định tiêu chí đạt |
|---|---|---|
| Khoảng cách phát hiện với phôi thực tế | Đo khoảng cách tác động và khoảng cách nhả với phôi có vật liệu, lớp mạ, kích thước thực tế | Giá trị sau hiệu chỉnh trong datasheet và dư địa do công ty quyết định |
| Dư địa của vị trí lắp | Ghi lại chênh lệch giữa khoảng cách lắp và khoảng cách tác động thực đo. Với mã hiển thị dư địa bằng LED, xác nhận cả trạng thái đó | Dư địa do công ty quyết định |
| Tiến vào từ bên cạnh | Khi phôi trên băng tải đi qua từ bên cạnh, xác nhận phát hiện tại vị trí đi qua thực tế | Đúng theo thông số hay không |
| Đáp ứng | Ở tốc độ quay và tốc độ băng tải thực tế, đối chiếu giá trị đếm để xem có bỏ sót hay không | Công ty tự quyết định, ví dụ không bỏ sót lần nào |
| Kim loại xung quanh, nhiễu lẫn nhau | Ở trạng thái đã lắp toàn bộ cảm biến, xác nhận ngõ ra không trở nên không ổn định do ảnh hưởng của cảm biến bên cạnh hoặc giá đỡ | Không có ngõ ra không ổn định |
| Ngõ ra và đấu dây | Với loại 2 dây: tải có OFF chắc chắn khi OFF và ON chắc chắn khi ON hay không. Với loại 3 dây: sự tương thích NPN/PNP với module ngõ vào | Đúng theo thông số hay không |
| Cấp và ngắt nguồn | Có xuất hiện tín hiệu ngõ vào sai ngay sau khi cấp nguồn và khi ngắt nguồn hay không | Đúng theo thông số hay không |
| Siết và đấu dây | Mô-men siết, vòng đệm răng, bán kính uốn và cách cố định cáp | Giá trị trong datasheet |
| Môi trường | Vận hành trong điều kiện vận hành thực tế gần dầu cắt gọt, hàn, nguồn nhiễu | Không có tác động sai |
FAT (kiểm thử trước khi xuất xưởng) được thực hiện tại nhà máy của nhà sản xuất thiết bị, còn SAT (kiểm thử nghiệm thu tại hiện trường) được thực hiện tại nhà máy của công ty ở Thái Lan. Do lô phôi, quy cách lớp mạ, và việc có máy hàn hay biến tần xung quanh hay không sẽ thay đổi tại hiện trường, nên chắc chắn nhất là lặp lại việc xác nhận khoảng cách phát hiện và tác động sai cả trong SAT.
Câu hỏi thường gặp
Điều cần xác nhận đầu tiên khi lựa chọn cảm biến tiệm cận là gì?
Là vật phát hiện. Xác nhận vật liệu (sắt hay kim loại màu, loại thép không gỉ), có lớp mạ hay không và độ dày, độ dày tấm, kích thước. Khoảng cách phát hiện trong catalogue là giá trị với tấm sắt dày 1 mm (vật phát hiện chuẩn), và nếu vật liệu, kích thước khác thì khoảng cách thay đổi, nên chưa xác định vật phát hiện thì chưa thể chọn mã.
Có thể dùng khoảng cách phát hiện của cảm biến tiệm cận đúng như giá trị catalogue không?
Không dùng nguyên như vậy. Omron định nghĩa “khoảng cách cài đặt” có thể sử dụng ổn định, đã bao gồm ảnh hưởng của nhiệt độ và điện áp, là khoảng 70–80% khoảng cách phát hiện định mức, và khuyến nghị lắp đặt dựa trên khoảng cách cài đặt. Datasheet của các hãng châu Âu ghi khoảng cách tác động bảo đảm Sa. Sau đó còn phải hiệu chỉnh tiếp theo vật liệu, kích thước và điều kiện lắp đặt.
Có phát hiện được nhôm và thép không gỉ không?
Phát hiện được, nhưng khoảng cách sẽ ngắn lại. Theo hệ số trong datasheet của Contrinex DW-Ax-50x-065, nhôm bằng 0,26 lần thép, thép không gỉ (V2A) bằng 0,67 lần. Hệ số khác nhau theo nhà sản xuất và mã, nên cần xác nhận trong datasheet của mã được chọn. Nếu có nhiều kim loại màu, cũng có thể cân nhắc cảm biến loại phát hiện mọi kim loại hoặc Factor 1.
Loại có che chắn và loại không che chắn khác nhau thế nào?
Loại có che chắn có mặt bên cuộn dây được bọc kim loại và có thể lắp chìm trong kim loại, nhưng khoảng cách phát hiện ngắn hơn. Loại không che chắn có khoảng cách dài hơn nhưng dễ chịu ảnh hưởng của kim loại xung quanh và cần khoảng trống xung quanh. Với Omron E2E NEXT M18, loại có che chắn là 8 mm, loại không che chắn là 16 mm.
Nên chọn loại 2 dây hay loại 3 dây?
Nếu ưu tiên đấu dây đơn giản thì chọn loại 2 dây, nếu coi trọng dư địa phía tải thì chọn loại 3 dây. Loại 2 dây có dòng rò chạy qua ngay cả khi OFF (Omron E2E NEXT DC 2 dây: 0,8 mA trở xuống) và còn điện áp dư ngay cả khi ON, nên cần đối chiếu với thông số ngõ vào PLC hoặc tải. P+F cho rằng dòng rò của loại 3 dây có thể bỏ qua.
NPN và PNP khác nhau thế nào? Nhà máy ở Thái Lan dùng loại nào?
Theo giải thích của P+F, NPN nối tải giữa ngõ ra và +UB, còn PNP nối tải giữa ngõ ra và 0 V. Omron giải thích ngõ ra PNP chủ yếu được tích hợp vào máy dành cho thị trường nước ngoài như châu Âu. Không có tài liệu nào cho thấy tỷ lệ tại các nhà máy ở Thái Lan, nên hãy chọn theo module ngõ vào PLC của từng thiết bị.
Chi phí cảm biến tiệm cận là bao nhiêu?
Chi phí thay đổi theo mã, số lượng, dùng cáp hay đầu nối, có hỗ trợ IO-Link hay không, và các thông số chịu môi trường như chịu dầu hoặc dùng cho hàn, nên bài viết này không đề cập đến số tiền. Khi so sánh, nếu cố định vật phát hiện, chuẩn khoảng cách, kiểu ngõ ra và điều kiện môi trường trong RFP rồi mới lấy báo giá, sẽ tránh được sai lầm đặt cạnh nhau so sánh các báo giá có điều kiện khác nhau.
Tổng kết
- Việc lựa chọn cảm biến tiệm cận không được quyết định bởi khoảng cách phát hiện trong catalogue, mà bởi khoảng cách phía an toàn đã hiệu chỉnh theo vật liệu, kích thước của phôi thực tế và điều kiện lắp đặt
- Khoảng cách phát hiện trong catalogue là giá trị với tấm sắt dày 1 mm (vật phát hiện chuẩn). Omron dùng khoảng cách cài đặt (khoảng 70–80% giá trị định mức), còn datasheet của các hãng châu Âu dùng cách ghi khác là Sa. Không đồng nhất hai khái niệm này
- Khoảng cách bị rút ngắn đáng kể theo vật liệu. Theo hệ số của một sản phẩm Contrinex, đồng chỉ đạt khoảng 18% so với thép. Hệ số khác nhau theo nhà sản xuất, và mức tham khảo cho thép không gỉ tách thành 4,48 mm và 5,44 mm theo giá trị của ifm và P+F (tính thử của bài viết này)
- Không thiết kế bằng bảng hệ số chung, mà xác nhận bằng hệ số hoặc đồ thị đặc tính trong datasheet của mã được chọn. Nếu có nhiều kim loại màu, loại phát hiện mọi kim loại và sản phẩm Factor 1 cũng là ứng viên
- Loại có che chắn và loại không che chắn khác nhau về khoảng cách và cách xử lý kim loại xung quanh. Nếu lắp cạnh nhau, cần đảm bảo khoảng cách chống nhiễu lẫn nhau
- Tần số đáp ứng là giá trị gắn với điều kiện đo. Khi so sánh với số lần phát hiện cần thiết, hãy tính đến sự khác biệt về điều kiện và xác nhận bằng hàng thực tế
- Với loại DC 2 dây, đối chiếu dòng rò và điện áp dư với ngõ vào PLC và tải. Với loại 3 dây, chọn NPN/PNP phù hợp với module ngõ vào. Với IO-Link, xác nhận kiểu ngõ ra được hỗ trợ
- Ghi vào RFP cấp IP kèm tên tiêu chuẩn, cùng các điều kiện về dầu cắt gọt, hàn, nhiễu, mô-men siết và cáp, rồi xác nhận trong FAT/SAT bằng phôi thực tế và cách lắp thực tế
TOMAS TECH hỗ trợ thiết kế điều khiển và thiết kế điện cho máy tự động, đồ gá và thiết bị băng tải dành cho các doanh nghiệp sản xuất Nhật Bản tại Thái Lan. Quý khách có thể trao đổi với chúng tôi ngay từ các giai đoạn như điều tra nguyên nhân tác động sai của cảm biến trên thiết bị hiện hữu, sắp xếp thông số cảm biến hay soạn thảo RFP. Vui lòng liên hệ qua trang liên hệ.
Thông tin tham khảo
- OMRON, Technical Guide: Proximity Sensors — Introduction: https://www.ia.omron.com/support/guide/41/introduction.html
- OMRON, Technical Guide: Proximity Sensors — Explanation of Terms: https://www.ia.omron.com/support/guide/41/explanation_of_terms.html
- OMRON, Technical Guide: Proximity Sensors — Further Information: https://www.ia.omron.com/support/guide/41/further_information.html
- OMRON, Safety Precautions for All Proximity Sensors: https://www.ia.omron.com/product/cautions/41/safety_precautions.html
- OMRON, E2E NEXT Proximity Sensor / Specifications: https://www.ia.omron.com/products/family/3790/specification.html
- OMRON, E2E NEXT Proximity Sensor / Features: https://www.ia.omron.com/products/family/3790/
- Pepperl+Fuchs, Factory Automation SENSORS AND SYSTEMS catalogue (bản năm 2012): https://files.pepperl-fuchs.com/online-catalogs/245613/files/assets/basic-html/page31.html
- Contrinex, Datasheet INDUCTIVE SENSOR DW-Ax-50x-065: https://static.rapidonline.com/pdf/08-8302_v1.pdf
- Balluff, Steel Face Factor 1 and Ferrous / Non-Ferrous Proximity Sensors (Doc. no. 941972): https://assets.balluff.com/WebBinary1/DRW_941972_01_000.pdf
- ifm electronic, Inductive Kplus sensors with correction factor 1: https://www.ifm.com/my/en/shared/technologies/kplus/one-sensing-range-for-all-metals
- ifm electronic, IO-Link device features: https://www.ifm.com/sg/en/shared/io-link/technology/device-features
- autosen, Correction factors for inductive sensors – Factor 1: https://autosen.com/en/Worth-knowing/Applications-solutions/Correction-factors-for-inductive-sensors
- KEYENCE, Sensor Basics: What is an Inductive Proximity Sensor?: https://www.keyence.com/ss/products/sensor/sensorbasics/proximity/info/
- KEYENCE, Sensor Basics: Categorization: https://www.keyence.com/ss/products/sensor/sensorbasics/proximity/classification/
- KEYENCE, Sensor Basics: Features: https://www.keyence.com/ss/products/sensor/sensorbasics/proximity/feature/
- IEC Webstore, IEC 60947-5-2:2019: https://webstore.iec.ch/en/publication/32517
- Thông cáo báo chí BOI No.117/2569 (23/7/2026): https://www.boi.go.th/upload/content/PR117_2569EN.pdf
- Thông cáo báo chí BOI No.124/2569 (4/8/2026): https://www.boi.go.th/upload/content/No.124_2569.pdf
- IFR, Executive Summary World Robotics 2026 – Industrial Robots: https://ifr.org/img/worldrobotics/Executive_Summary_WR_2026_-_Industrial_Robots.pdf
