Cảm biến quang điện – Photoelectric Sensors

Cảm biến quang điện Autonics có chất lượng tin cậy, với nhiều tính năng nổi bật, độ bền cao và giá tốt của Hãng Autonics. Trong kỷ nguyên tự động hóa thông minh và sản xuất tốc độ cao, cảm biến quang điện (Photoelectric Sensors) đóng vai trò như “đôi mắt” của hệ thống điều khiển PLC. Bằng cách sử dụng chùm ánh sáng (hồng ngoại, laser hoặc ánh sáng nhìn thấy), thiết bị này có khả năng phát hiện vật thể, đo khoảng cách, phân biệt màu sắc và kiểm soát vị trí từ khoảng cách rất xa mà hoàn toàn không cần tiếp xúc cơ học.

Tại thị trường Việt Nam, Cảm biến quang điện Autonics (Hàn Quốc) chiếm thị phần áp đảo nhờ sở hữu dải sản phẩm phong phú, tích hợp bộ xử lý IC chuyên dụng chống nhiễu vượt trội và khả năng đáp ứng tần số cực cao. Cuốn cẩm nang chuyên sâu gồm 8 phần dưới đây sẽ giúp các kỹ sư làm chủ hoàn toàn dòng thiết bị này.

Các bước lựa chọn Cảm biến quang điện – Photoelectric Sensors

Đối tượng phát hiện

Kiểm tra chất liệu, kích thước, và màu sắc của đối tượng phát hiện.

Vật liệu mờ đục trên Ø12mm, vật liệu trong mờ, vật liệu trong suốt, chất lỏng, bảng mạch in, vật liệu có màu…

Khoảng cách phát hiện

Kiểm tra khoảng cách giữa cảm biến và đối tượng phát hiện. 15m, 10m, 7m, 3m, 1m, 700mm, 300mm, 100mm…

Môi trường lắp đặt

Kiểm tra các yếu tố môi trường của khu vực lắp đặt cảm biến, bao gồm màu sắc và chất liệu của nền, đặc điểm, nhiệt độ. Nền bóng, nền phản quang, nền tối, nền sáng, môi trường nhiều dầu mỡ…

Loại phát hiện

Chọn loại cảm biến phù hợp với đối tượng phát hiện, khoảng cách phát hiện, và môi trường lắp đặt.  Thu phát độc lập, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán, phản xạ loại bỏ nền, phản xạ hội tụ…

Chất liệu vỏ cảm biến

Chọn chất liệu phù hợp với môi trường lắp đặt: Nhựa, đồng thau, SUS316L…

Nguồn cấp

Chọn loại nguồn cấp phù hợp. Loại AC, loại DC, loại 24-240VDC/VAC…

Ngõ ra điều khiển

Ngõ ra NPN cực thu hở, ngõ ra PNP cực thu hở. Chọn loại ngõ ra điều khiển ngõ ra NPN/PNP cực thu hở, ngõ ra relay…

Kết nối

Chọn loại kết nố dây cáp, loại giắc cắm, loại dây cáp có giắc cắm, loại đấu dây…

Bảng lựa chọn mã Cảm biến quang điện – Photoelectric Sensors

 

Catalog Cảm biến quang điện – Photoelectric Sensors Hãng Autonics

PHẦN 1: PHÂN LOẠI CHI TIẾT HỆ THỐNG 3 NGUYÊN LÝ CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN AUTONICS

Autonics phân chia cảm biến quang điện thành 3 nhóm nguyên lý cốt lõi, phục vụ cho từng bài toán khoảng cách và vật liệu khác nhau:

1.1 Loại Thu – Phát Độc Lập (Through-Beam Sensors)

• Cơ chế hoạt động: Hệ thống gồm 2 thiết bị tách rời hoàn toàn: Bộ phát ánh sáng (Emitter) và Bộ thu ánh sáng (Receiver) lắp đối diện nhau. Vật thể được phát hiện khi nó đi vào giữa và che khuất chùm tia sáng truyền trực tiếp từ bộ phát sang bộ thu.

• Đặc tính đặc trưng: Sở hữu khoảng cách phát hiện xa nhất (có thể lên tới 15m – 20m ở dòng BR, BJ, BEN). Độ tin cậy cực cao, không bị ảnh hưởng bởi màu sắc hoặc độ bóng bề mặt của phôi. Thường ứng dụng trong đếm xe, phát hiện phôi lớn trên băng tải dài.

1.2 Loại Phản Xạ Gương (Retro-reflective Sensors)

• Cơ chế hoạt động: Bộ phát và bộ thu ánh sáng cùng nằm trong một thân cảm biến. Chùm sáng phát ra sẽ truyền tới một tấm gương phản xạ (Reflector – Mã MS-2A…) đặt đối diện và dội ngược lại bộ thu. Vật thể được phát hiện khi cắt ngang chùm sáng phản xạ này.

• Tính năng nâng cao (Mạch lọc phân cực MSR): Các dòng cao cấp của Autonics tích hợp bộ lọc phân cực. Cảm biến chỉ nhận lại ánh sáng đã được xoay góc pha từ tấm gương. Do đó, ngay cả khi phôi là một chai nhựa bóng hoặc tấm inox gương, cảm biến vẫn phân biệt được chính xác phôi và gương mà không bị nhầm lẫn. Khoảng cách phát hiện trung bình từ 0.1m đến 5m.

1.3 Loại Phản Xạ Khuếch Tán (Diffuse-reflective Sensors)

• Cơ chế hoạt động: Thu và phát nằm chung một thân. Ánh sáng phát ra đập trực tiếp vào bề mặt vật thể và tán xạ khuếch tán ngược lại mắt thu của cảm biến.

• Đặc tính đặc trưng: Lắp đặt cực kỳ đơn giản vì chỉ cần đi dây cho một đầu cảm biến, không cần gương hay bộ thu đối diện. Tuy nhiên, khoảng cách phát hiện ngắn (từ 10cm đến 1m) và phụ thuộc lớn vào màu sắc phôi (Màu trắng phản xạ tốt nhất, màu đen hấp thụ ánh sáng nên khoảng cách quét bị giảm sâu).

PHẦN 2: CÁC TÍNH NĂNG CÔNG NGHỆ CỐT LÕI VÀ MẠCH LỌC NHIỄU ĐỘC QUYỀN

2.1 Vi mạch A-IC chuyên dụng chống nhiễu ánh sáng ngoại vi

Một trong những lỗi nghiêm trọng của cảm biến quang điện thông thường là bị kích ảo hoặc mất nhạy do ánh sáng từ đèn LED nhà xưởng hoặc ánh nắng mặt trời chiếu vào. Autonics giải quyết triệt để vấn đề này bằng dòng vi mạch IC chuyên dụng (A-IC). Mạch này mã hóa chùm sáng phát ra theo một tần số xung riêng biệt và chỉ bộ thu nội bộ mới giải mã được, giúp loại bỏ 100% tạp nhiễu ánh sáng bên ngoài.

2.2 Chức năng ngăn ngừa nhiễu chéo tự động (Mutual Interference Prevention)

Khi gá đặt nhiều cảm biến quang điện sát cạnh nhau trên cùng một cụm máy, mắt thu của cảm biến A rất dễ ăn nhầm tia sáng của cảm biến B. Bằng thuật toán thay đổi tần số phát xung luân phiên tự động bằng phần mềm nội bộ, Autonics cho phép lắp đặt 2 cảm biến quang phản xạ khuếch tán hoặc phản xạ gương sát khít nhau mà không gây nhiễu chéo.

2.3 Thiết kế vỏ mỏng tối ưu không gian và các dòng tia Laser siêu nhỏ

• Dòng BTS Series: Thân máy siêu mỏng chỉ 7.2mm, tích hợp thấu kính sát rìa, phát hiện được các vật thể nhỏ như chân linh kiện điện tử, sợi dây đồng đường kính 0.15mm.

• Dòng BND / BH Series: Sử dụng chùm tia Laser class 1 (an toàn cho mắt) với điểm hội tụ (Spot) siêu nhỏ, cho phép định vị chính xác vị trí mép giấy, mép tôn chạy tốc độ cao.

PHẦN 3: THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỞ RỘNG VÀ TIÊU CHUẨN BẢO VỆ CÔNG NGHIỆP

Bảng 3.1: Đặc tính điện và thời gian đáp ứng dòng DC thông dụng (BJ, BR, BM, BTS)

Tiêu chí kỹ thuật	Dòng Cảm Biến Mini BJ	Dòng Hình Trụ M18 BR	Dòng Siêu Mỏng BTS
Nguồn cấp định mức	12 – 24V DC $\pm10\%$	12 – 24V DC $\pm10\%$	12 – 24V DC $\pm10\%$
Dòng tiêu thụ nội bộ	Tối đa 30 mA	Tối đa 45 mA	Tối đa 20 mA
Thời gian đáp ứng (Response)	Tối đa 1 ms (Siêu tốc)	Tối đa 1 ms	Tối đa 0.25 ms (250 $\mu s$)
Dòng tải ngõ ra cực đại	Tối đa 100 mA	Tối đa 200 mA	Tối đa 50 mA
Điện áp sụt dư ngõ ra	Tối đa 1 V DC	Tối đa 1.5 V DC	Tối đa 1 V DC
Nguồn sáng phát chất lượng	LED hồng ngoại (850nm) hoặc LED đỏ (660nm)	LED hồng ngoại (850nm)	LED đỏ nhìn thấy

3.2 Tiêu chuẩn chống chịu môi trường khắc nghiệt

• Đạt chuẩn bảo vệ IP67 & IP69K (Dòng BJR): Phần vỏ nhựa cao cấp ABS/PC được đúc kín bằng công nghệ ép resin chân không. Thiết bị chịu được áp lực tia nước tẩy rửa dội thẳng ở nhiệt độ cao, chuyên dụng cho dây chuyền sản xuất bia, nước giải khát, sữa.

• Chứng nhận quốc tế: Đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật toàn cầu: CE, UL Listed, UKCA.

PHẦN 4: HỆ THỐNG BẢNG MÃ CHỌN HÀNG DIỆN RỘNG (COMPREHENSIVE ORDERING MATRIX)

Hệ thống ký tự mã hàng của Autonics thể hiện trực quan kích thước, nguyên lý và cấu hình mạch ngõ ra.

Bảng 4.1: Danh mục mã chọn hàng dòng Compact BJ Series (Nguồn cấp DC, Cáp đúc sẵn 2m)

Nguyên lý phát hiện	Khoảng cách quét	Ngõ ra Logic NPN – NO/NC	Ngõ ra Logic PNP – NO/NC
Thu – Phát Độc Lập	15 Mét	BJ15M-TDT (Cặp Thu-Phát)	BJ15M-TDT-P
Phản Xạ Gương (Có MSR)	3 Mét	BJ3M-PDT (Kèm gương)	BJ3M-PDT-P
Phản Xạ Khuếch Tán	1 Mét	BJ1M-DDT	BJ1M-DDT-P
Phản Xạ Khuếch Tán	30 cm	BJ300-DDT	BJ300-DDT-P
Phát Hiện Vật Trong Suốt	1 Mét	BJG30-DDT (Chuyên chai kính)	BJG30-DDT-P

Bảng 4.2: Danh mục mã chọn hàng dòng Thân Trụ Tròn M18 BR Series (Kim loại mạ Chrome)

Nguyên lý phát hiện	Khoảng cách quét	Loại kết nối dây đuôi	Mã đặt hàng NPN – NO
Thu – Phát Độc Lập	20 Mét	Cáp đúc sẵn dài 2 mét	BR20M-TDTD
Phản Xạ Khuếch Tán	40 cm	Cáp đúc sẵn dài 2 mét	BR400-DDTD
Phản Xạ Khuếch Tán	40 cm	Giắc cắm nhanh M12 (Plug-in)	BRC400-DDTD

PHẦN 5: HƯỚNG DẪN SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI DÂY CHI TIẾT CHO TỪNG DÒNG LOGIC NGÕ RA

Việc đấu nối cảm biến quang điện dòng DC 3 dây hoặc 4 dây cần tuân thủ nghiêm ngặt bảng màu quy chuẩn quốc tế để tránh gây cháy nổ tầng đệm transistor (BJT):

5.1 Sơ đồ đấu nối mạch ngõ ra NPN (Sinking Output)

• Bản chất: Khi cảm biến ở trạng thái tác động, nó dập chân tín hiệu đầu ra xuống mức điện áp nguồn âm 0V DC.

• Quy trình đi dây:

  1. Kết nối dây màu Nâu (Brown) vào cực Dương +12V đến +24V DC của bộ nguồn tổng.

  2. Kết nối dây màu Xanh dương (Blue) vào cực Âm 0V DC (GND).

  3. Kết nối dây màu Đen (Black) vào chân ngõ vào (Digital Input) của PLC Mitsubishi, Omron, Keyence (Common Input đấu lên 24V). Nếu đấu ra Relay trung gian, chân còn lại của cuộn hút rơ le phải nối lên +24V DC.

5.2 Sơ đồ đấu nối mạch ngõ ra PNP (Sourcing Output)

• Bản chất: Khi tác động, cảm biến đẩy mức điện áp nguồn dương +24V DC ra chân tín hiệu màu đen.

• Quy trình đi dây:

  1. Kết nối dây màu Nâu (Brown) vào nguồn +24V DC.

  2. Kết nối dây màu Xanh dương (Blue) vào nguồn 0V DC.

  3. Kết nối dây màu Đen (Black) vào chân Input của PLC Siemens, Schneider (Common Input đấu xuống 0V). Nếu đấu qua rơ le kiếng phụ, chân còn lại của cuộn hút rơ le nối xuống 0V DC.

PHẦN 6: QUY TRÌNH THAO TÁC CÀI ĐẶT CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG (LIGHT-ON / DARK-ON)

Cảm biến quang điện Autonics cho phép người dùng đảo ngược trạng thái logic ngõ ra tùy theo yêu cầu công nghệ (Muốn rơ le đóng khi có vật hay đóng khi mất vật) thông qua switch gạt cơ học hoặc dây chọn chế độ:

6.1 Chế độ Light-ON (Kích hoạt khi nhận ánh sáng)

• Nguyên lý đối với dòng Phản xạ khuếch tán: Ngõ ra sẽ ON khi vật thể xuất hiện trước mặt cảm biến (vì vật phản xạ ánh sáng dội lại mắt thu).

• Nguyên lý đối với dòng Thu – Phát độc lập / Phản xạ gương: Ngõ ra sẽ luôn ON khi không có vật cản, và sẽ ngắt (OFF) khi vật xuất hiện che khuất tia sáng.

6.2 Chế độ Dark-ON (Kích hoạt khi tối / Che khuất ánh sáng)

• Nguyên lý đối với dòng Thu – Phát độc lập / Phản xạ gương: Ngõ ra sẽ chuyển sang trạng thái ON ngay khi vật xuất hiện che khuất chùm tia sáng (Thường ứng dụng để đếm sản phẩm chạy qua).

6.3 Thao tác cấu hình trên thiết bị

• Cách 1 (Dòng dùng Switch gạt – Ví dụ BJ Series): Trên thân cảm biến có một núm gạt nhỏ ký hiệu chữ L (Light-ON) và D (Dark-ON). Dùng tuốc nơ vít nhỏ xoay mũi kim chỉ về chữ cái mong muốn.

• Cách 2 (Dòng dùng dây điều khiển – Cáp 4 dây): Dây màu Trắng (White) đóng vai trò là dây cấu hình (Control Input). Để chạy chế độ Light-ON, kết nối dây Trắng chung vào dây Nâu (+24V). Để chạy chế độ Dark-ON, kết nối dây Trắng chung vào dây Xanh dương (0V) hoặc để hở mạch.

PHẦN 7: CẨM NĂNG HIỆU CHỈNH ĐỘ NHẠY BIẾN TRỞ VÀ ỨNG DỤNG NÚT NHẤN BẰNG PHẦN MỀM

Để cảm biến phát hiện phôi một cách chính xác mà không bị bắt nhầm vào vách tường phía sau hoặc bỏ sót các vật thể có màu sắc tối, quy trình hiệu chuẩn độ nhạy cần được thực hiện nghiêm ngặt.

7.1 Quy trình hiệu chuẩn bằng Biến trở xoay (Sensitivity Adjuster)

Áp dụng cho các dòng thông dụng như BJ, BR, sử dụng biến trở xoay liên tục (thường là dải quay 1 vòng hoặc 3 vòng):

• Bước 1 (Xác định điểm A): Đặt vật thể cần phát hiện vào vị trí làm việc chuẩn. Xoay biến trở từ min sang phải cho đến khi đèn LED chỉ thị ngõ ra (màu đỏ) vừa bật sáng. Đánh dấu vị trí này là Điểm A.

• Bước 2 (Xác định điểm B): Nhấc vật thể ra khỏi vùng quét (chỉ còn nền vách phía sau). Xoay tiếp biến trở sang phải cho đến khi đèn LED đỏ lại bật sáng (lúc này cảm biến bắt vào nền xa). Xoay ngược nhẹ lại cho đến khi đèn vừa tắt. Đánh dấu vị trí này là Điểm B. (Nếu xoay hết cỡ sang phải mà đèn vẫn không sáng khi mất vật, thì vị trí Max chính là điểm B).

• Bước 3 (Thiết lập tối ưu): Xoay mũi biến trở về vị trí chính giữa của đoạn thẳng nối giữa điểm A và điểm B. Đây là điểm nhạy lý tưởng, giúp cảm biến chạy ổn định bất chấp sự già hóa của thấu kính theo thời gian.

7.2 Quy trình hiệu chuẩn thông minh bằng nút nhấn Teach-In (Ví dụ dòng sợi quang)

Với các dòng cao cấp, Autonics loại bỏ biến trở và thay bằng nút nhấn SET:

1. Đặt vật thể vào vị trí: Nhấn nút SET 1 lần (Máy nhấp nháy lưu trạng thái 1).

2. Nhấc vật thể ra ngoài: Nhấn nút SET thêm 1 lần nữa. Vi xử lý nội bộ sẽ tự động tính toán mức năng lượng ánh sáng chênh lệch và gài đặt ngưỡng (Threshold) cắt mạch tối ưu nhất.

PHẦN 8: BẢNG TRA CỨU MÃ LỖI HỆ THỐNG, QUY TRÌNH XỬ LÝ SỰ CỐ VÀ BẢO TRÌ ĐỊNH KỲ

Bảng 8.1: Chẩn đoán lỗi nhanh ngoài hiện trường nhà xưởng

Hiện tượng trục trặc	Nguyên nhân bản chất	Giải pháp xử lý sự cố lập tức
Đèn LED chỉ thị nguồn không sáng, cảm biến hoàn toàn im lìm	1. Đứt dây nguồn Nâu hoặc Xanh. 2. Chập mạch ngõ ra gây sập nguồn bảo vệ tổng tủ điện.	1. Dùng đồng hồ VOM kiểm tra áp nguồn tại terminal tủ. 2. Đo thông mạch dây cáp xem có bị chuột cắn hoặc co kéo đứt ngầm không.
Cảm biến liên tục báo ON ảo (LED đỏ sáng liên tục) dù không có phôi	1. Biến trở điều chỉnh độ nhạy gài quá cao làm bắt vào tường nền sau. 2. Thấu kính thu/phát bị bám dính lớp màng dầu máy hoặc bụi mạt sắt.	1. Thực hiện lại quy trình hiệu chuẩn độ nhạy ở Phần 7 để loại bỏ nền sau. 2. Dùng khăn vải mềm ẩm lau sạch bề mặt thấu kính nhựa của cảm biến.
Đèn LED đỏ trên cảm biến sáng, nhưng PLC không nhận tín hiệu	1. Mua sai logic mạch (PLC nhận PNP nhưng lắp cảm biến NPN). 2. Đứt dây tín hiệu màu Đen hoặc hỏng transistor ngõ ra do ngắn mạch trước đó.	1. Kiểm tra chân Common của PLC nối nguồn nào để chọn lại mã hàng tương thích. 2. Dùng rơ le kiếng trung gian làm cầu nối chuyển đổi logic tín hiệu từ NPN sang PNP.

8.2 Quy trình bảo dưỡng định kỳ nâng cao tuổi thọ thiết bị

• Vệ sinh thấu kính quang học (3 tháng/lần): Sử dụng cồn nhẹ hoặc nước sạch cùng khăn mềm để lau bề mặt thấu kính nhựa PMMA. Tuyệt đối không dùng các hóa chất tẩy rửa mạnh như xăng, axeton vì sẽ làm mờ đục và rạn nứt thấu kính, làm suy giảm nghiêm trọng khoảng cách quét sáng.

• Kiểm tra gá đỡ cơ khí chống rung: Rung động từ động cơ hoặc cơ cấu dập có thể làm lệch trục hướng tâm của bộ Thu – Phát hoặc lệch góc gương phản xạ. Định kỳ siết chặt các ê-cu kẹp nhựa hoặc gá sắt bảo vệ của cảm biến.

KẾT LUẬN

Hệ thống cảm biến quang điện Autonics là mảnh ghép hoàn hảo, mang lại năng lực giám sát vị trí tốc độ cao, chính xác và đáng tin cậy cho toàn bộ dây chuyền sản xuất của bạn. Việc hiểu rõ 3 nguyên lý phát hiện ánh sáng, nắm vững sơ đồ đi dây chuẩn logic NPN/PNP cùng cẩm nang hiệu chuẩn độ nhạy 8 phần trên đây sẽ giúp doanh nghiệp làm chủ 100% thiết bị, kéo dài tuổi thọ vận hành hệ thống và giảm thiểu tối đa thời gian dừng máy (Downtime) không đáng có cho nhà xưởng.