Trong các hệ thống tự động hóa, cảm biến đảm nhiệm việc phát hiện sản phẩm, xác định vị trí, đo nhiệt độ, áp suất, khoảng cách và nhiều trạng thái vận hành khác. Chỉ một tín hiệu không chính xác cũng có thể khiến PLC xử lý sai, máy dừng bất thường, đếm thiếu sản phẩm hoặc thực hiện thao tác không đúng thời điểm.
Tuy nhiên, cảm biến báo sai không đồng nghĩa với cảm biến đã hỏng. Trong thực tế, lỗi có thể xuất phát từ vị trí lắp đặt, bụi bẩn, thay đổi vật liệu sản phẩm, nguồn cấp không ổn định, nhiễu tín hiệu hoặc tốc độ dây chuyền tăng lên.
Vì vậy, khi cảm biến bắt đầu hoạt động chập chờn hoặc cho tín hiệu không chính xác, cần kiểm tra theo từng nhóm nguyên nhân để xác định đúng vấn đề, tránh tình trạng thay thiết bị nhưng lỗi vẫn tiếp tục xảy ra.
1. Những dấu hiệu cảm biến đang hoạt động không ổn định
Tùy loại cảm biến và ứng dụng, tình trạng báo sai có thể xuất hiện theo nhiều cách khác nhau:
- Cảm biến lúc nhận sản phẩm, lúc không.
- Không có vật nhưng ngõ ra cảm biến vẫn chuyển trạng thái.
- Một sản phẩm đi qua nhưng PLC ghi nhận nhiều lần.
- Khoảng cách phát hiện ngắn hơn trước.
- Cảm biến chỉ nhận khi vật tiến rất gần đầu cảm biến.
- Giá trị nhiệt độ, áp suất hoặc vị trí liên tục dao động.
- Máy hoạt động bình thường ở tốc độ thấp nhưng bắt đầu bỏ sót khi tăng tốc.
- Cảm biến ổn định khi máy dừng nhưng chập chờn khi động cơ hoặc biến tần hoạt động.
- Đã thay cảm biến mới nhưng lỗi vẫn còn.
Những biểu hiện trên cho thấy cần kiểm tra toàn bộ điều kiện làm việc của cảm biến, thay vì chỉ tập trung vào bản thân thiết bị.
Một số dấu hiệu thường gặp khi cảm biến hoạt động không ổn định
Cảm biến quang báo sai – Kiểm tra vật thể và điều kiện phát hiện
Cảm biến quang sử dụng ánh sáng để nhận biết vật thể nên khả năng phát hiện phụ thuộc khá nhiều vào màu sắc, bề mặt, khoảng cách và môi trường xung quanh.
Một cảm biến đang nhận tốt hộp carton sáng màu chưa chắc hoạt động ổn định khi dây chuyền chuyển sang sản phẩm màu đen, bề mặt bóng hoặc vật liệu trong suốt.
Những nguyên nhân thường gặp
- Thấu kính bị bụi, hơi dầu hoặc nước bám.
- Cảm biến và gương phản xạ bị lệch.
- Khoảng cách phát hiện quá sát giới hạn cho phép.
- Màu sắc hoặc bề mặt sản phẩm thay đổi.
- Ánh sáng môi trường tác động vào đầu thu.
- Giá đỡ rung khiến tia phát không ổn định.
- Độ nhạy được cài quá cao hoặc quá thấp.
Cách kiểm tra
- Trước tiên nên vệ sinh bề mặt cảm biến, căn chỉnh lại vị trí và thử trực tiếp bằng sản phẩm thực tế đang chạy trên dây chuyền.
- Nếu máy sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau, cần kiểm tra khả năng phát hiện với cả vật sáng, tối, bóng hoặc trong suốt thay vì chỉ thử với một mẫu.
- Độ nhạy cũng không nên mặc định đặt ở mức cao nhất. Cảm biến quá nhạy có thể nhận cả khung máy, vật phía sau hoặc ánh sáng phản xạ không mong muốn.
Yếu tố thường ảnh hưởng đến khả năng phát hiện của cảm biến quang
Cảm biến tiệm cận và cảm biến từ – Kiểm tra khoảng cách và vị trí lắp
Cảm biến tiệm cận thường dùng để phát hiện chi tiết kim loại, xác định điểm cuối hành trình hoặc kiểm tra vị trí cơ cấu. Cảm biến từ lại thường xuất hiện trên xy lanh và các cơ cấu có nam châm.
Điểm chung của hai nhóm này là vị trí lắp đặt rất quan trọng.
Với cảm biến tiệm cận
- Khoảng cách giữa vật và đầu cảm biến.
- Vật liệu cần phát hiện có thay đổi không.
- Giá đỡ có bị rung hoặc dịch chuyển không.
- Có kim loại khác nằm quá gần vùng phát hiện không.
- Khoảng cách giữa các cảm biến có đáp ứng yêu cầu lắp đặt của nhà sản xuất không.
- Kiểu lắp chìm hoặc không chìm có đúng hướng dẫn không.
Khoảng cách phát hiện của cảm biến tiệm cận có thể thay đổi theo vật liệu. Vì vậy, cùng một vị trí nhưng khi đổi loại chi tiết kim loại, khả năng nhận biết có thể khác.
Với cảm biến từ
- Vị trí của nam châm hoặc piston có nam châm so với cảm biến.
- Hành trình thực tế và điểm dừng của cơ cấu.
- Độ chắc chắn của vị trí gá lắp cảm biến.
- Rung động hoặc sự dịch chuyển của cơ cấu khi máy vận hành.
- Ảnh hưởng của từ trường bên ngoài tại khu vực lắp đặt.
Nếu cơ cấu bị rơ, rung động hoặc hành trình thay đổi, vị trí tương đối giữa nam châm và cảm biến có thể không ổn định. Khi đó, cảm biến có thể chuyển trạng thái sai hoặc chập chờn dù bản thân thiết bị vẫn hoạt động bình thường.
Khoảng cách và vị trí lắp ảnh hưởng đến khả năng phát hiện của cảm biến
Giá trị cảm biến dao động – Chưa chắc cảm biến đã hỏng
Với cảm biến áp suất, nhiệt độ hoặc vị trí, giá trị trên PLC hoặc màn hình dao động chưa chắc đồng nghĩa với cảm biến bị lỗi.
Trước tiên cần xác định: Đại lượng thực tế đang thay đổi hay tín hiệu đo đang bị sai?
Cảm biến áp suất
- Áp suất nguồn có ổn định không.
- Đường ống có rung hoặc xuất hiện xung áp không.
- Đầu lấy áp có bị nghẹt không.
- Nguồn cấp cảm biến có ổn định không.
- Dây tín hiệu có đi gần cáp động lực hoặc nguồn gây nhiễu không.
- Thang đo trên PLC có được cấu hình đúng không.
Nếu áp suất thực tế biến động, tín hiệu cảm biến thay đổi có thể là phản ánh đúng trạng thái hệ thống.
Cảm biến nhiệt độ
- Đầu đo có đặt đúng vị trí và tiếp xúc tốt không.
- Có nằm gần nguồn nhiệt hoặc luồng khí lạnh không.
- Dây tín hiệu có quá dài hoặc đấu nối không phù hợp với loại cảm biến không.
- Tín hiệu có bị ảnh hưởng bởi thiết bị công suất lớn không.
Vị trí lắp không phù hợp cũng có thể làm giá trị nhiệt độ dao động dù cảm biến vẫn hoạt động bình thường.
Cảm biến vị trí
- Vị trí lắp và điểm chuẩn của cảm biến.
- Khe hở hoặc độ rơ cơ khí.
- Hành trình đo có nằm trong dải cho phép không.
- Giá đỡ cảm biến có chắc chắn không.
- Nguồn cấp và dây tín hiệu.
- Thang đo hoặc logic xử lý trên PLC.
Nếu tín hiệu cảm biến ổn định nhưng giá trị trên máy vẫn sai, nguyên nhân có thể nằm ở cơ khí, thang đo hoặc chương trình điều khiển.
Khi giá trị đo dao động, cần kiểm tra cả điều kiện đo và tín hiệu
Nguồn và nhiễu điện – Vì sao máy chạy mới xuất hiện lỗi?
Đây là một tình huống khá điển hình trong nhà máy:
Máy dừng → cảm biến hoạt động bình thường
Động cơ hoặc biến tần chạy → tín hiệu bắt đầu chập chờn
Khi hiện tượng này xuất hiện, nên kiểm tra vấn đề về nguồn và đường tín hiệu.
Dây cảm biến đi gần dây động lực
Biến tần, bộ điều khiển Servo (Servo Drive), động cơ, contactor, máy hàn và cáp công suất lớn đều có thể ảnh hưởng đến dây tín hiệu.
Nếu dây cảm biến được đi song song với dây động lực trên khoảng cách dài, khả năng tín hiệu bị ảnh hưởng sẽ tăng.
- Tách dây tín hiệu và dây động lực thành các tuyến riêng.
- Hạn chế đi song song trong khoảng cách dài.
- Sử dụng cáp chống nhiễu khi ứng dụng yêu cầu.
- Kiểm tra cách xử lý lớp chống nhiễu (shield) và tiếp địa.
Nguồn 24 VDC không ổn định
Nhiều cảm biến trong tủ điện thường dùng chung một bộ nguồn 24 VDC.
Khi nguồn bị quá tải hoặc điện áp dao động lúc các thiết bị đóng cắt, cảm biến có thể:
- Reset trong thời gian rất ngắn.
- Mất tín hiệu.
- Chuyển trạng thái bất thường.
- Cho giá trị analog dao động.
Vì vậy, khi đo nguồn nên kiểm tra trong lúc máy đang vận hành, không chỉ khi toàn bộ hệ thống đang đứng yên.
Tăng tốc dây chuyền có thể khiến cảm biến bỏ sót
Một cảm biến hoạt động ổn định ở tốc độ thấp chưa chắc đáp ứng tốt khi máy được nâng năng suất.
Ví dụ, một sản phẩm nhỏ chỉ đi qua vùng phát hiện trong thời gian rất ngắn. Nếu thời gian đáp ứng của cảm biến hoặc khả năng đọc đầu vào của PLC không phù hợp, tín hiệu có thể bị bỏ qua.
Khi tăng tốc máy cần kiểm tra đồng thời:
- Thời gian đáp ứng của cảm biến.
- Tốc độ di chuyển của sản phẩm.
- Kích thước vật cần phát hiện.
- Thời gian tín hiệu tồn tại.
- Tần suất xuất hiện sản phẩm.
- Khả năng xử lý tín hiệu của PLC hoặc bộ đếm.
Tình trạng này thường đáng chú ý trên máy đóng gói, máy đếm, máy in, máy dán nhãn và các dây chuyền có tốc độ cao.
Nếu cảm biến chỉ bắt đầu bỏ sót sau khi tăng tốc độ máy, việc thay một cảm biến khác có cùng thời gian đáp ứng có thể không giải quyết được vấn đề.
Kiểm tra gì trước khi quyết định thay cảm biến?
Trước khi kết luận cảm biến đã hỏng, nên kiểm tra nhanh theo trình tự:
Vị trí lắp → Bề mặt cảm biến → Vật cần phát hiện → Nguồn cấp → Dây tín hiệu → Cài đặt → Tốc độ máy
Một bước rất hữu ích là so sánh đèn OUT trên cảm biến với trạng thái ngõ vào PLC.
- Đèn OUT chuyển trạng thái bất thường: ưu tiên kiểm tra vị trí lắp đặt, khoảng cách phát hiện, đặc tính vật thể, độ nhạy và tình trạng cảm biến.
- Đèn OUT bình thường nhưng PLC nhận không đúng: ưu tiên kiểm tra dây tín hiệu, nguồn cấp, module ngõ vào PLC hoặc ảnh hưởng của nhiễu điện.
Ngoài ra, nên thử cảm biến trong đúng điều kiện sản xuất thực tế, khi động cơ, biến tần và các thiết bị xung quanh cùng hoạt động. Không nên chỉ kiểm tra khi máy đứng yên hoặc chạy ở tốc độ thấp.
Có thể cân nhắc thay cảm biến nếu:
- Tín hiệu vẫn không ổn định khi thử độc lập.
- Khoảng cách phát hiện suy giảm rõ rệt.
- Cảm biến bị nứt, vỡ hoặc hư hỏng vật lý.
- Nước, dầu hoặc hóa chất đã xâm nhập vào thiết bị.
- Ngõ ra tiếp tục bất thường dù nguồn và dây tín hiệu ổn định.
- Điều kiện sản xuất đã thay đổi khiến loại cảm biến hiện tại không còn phù hợp.
Trong trường hợp máy chuyển sang sản phẩm mới, tốc độ cao hơn hoặc môi trường khắc nghiệt hơn, giải pháp phù hợp có thể là chọn loại cảm biến khác, thay vì chỉ thay đúng model cũ.
Kết luận
Việc xác định đúng nguyên nhân trước khi thay thiết bị giúp giảm thời gian dừng máy, hạn chế chi phí thay thế không cần thiết và nâng cao độ ổn định của toàn bộ hệ thống tự động hóa.
Nếu cảm biến hiện tại không còn phù hợp với vật cần phát hiện, tốc độ máy hoặc điều kiện môi trường, nên lựa chọn lại thiết bị dựa trên khoảng cách phát hiện, thời gian đáp ứng, kiểu ngõ ra, nguồn cấp và điều kiện lắp đặt thực tế. Việc chọn đúng cảm biến ngay từ đầu sẽ giúp hệ thống vận hành ổn định hơn và hạn chế lỗi phát sinh trong quá trình sử dụng.
Tham khảo thêm bài viết liên quan:
Cảm biến là gì? Nguyên lý, phân loại và ứng dụng
6 loại cảm biến công nghiệp: Phân biệt và cách lựa chọn
Tham khảo các sản phẩm cảm biến:
https://hanmyviet.vn/cam-bien/autonics.html
https://hanmyviet.vn/cam-bien/hanyoung.html
https://hanmyviet.vn/cam-bien/omron.html
https://hanmyviet.vn/cam-bien/schmersal.html