Chương 2: Cảm biến và cơ cấu chấp hành

ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành



PHẦN I

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC)



CHƯƠNG 2
CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Chủ đề:
 Lắp ráp cảm biến
 Các loại cảm biến logic và liên tục
 Một số cơ cấu chấp hành

Mục đích:
 Nắm rõ hoạt động của các cảm biến, cơ cấu chấp hành và cách
sử dụng chúng.
 Nối kết thiết bò ngoại vi với PLC.

21
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

2.1. CẢM BIẾN
2.1.1. Giới thiệu
Các cảm biến giúp cho PLC phát hiện các trạng thái và đo lường các giá trò của
một quá trình. Cảm biến Logic chỉ xác đònh trạng thái đúng hay sai của một hiện tượng vật
lý, còn cảm biến liên tục biến đổi hiện tượng vật lý thành các tín hiệu đo lường được là
dưới dạng điện áp hay dòng điện.
Các loại cảm biến logic cơ bản thường gặp:
 Cảm ứng điện từ;
 Cảm ứng điện dung;
 Cảm ứng quang; Cảm biến siêu âm;
 Tiếp xúc cơ.
Các loại cảm biến tương tự cơ bản thường gặp:
 Góc quay hay vò trí;
 Gia tốc;
 Nhiệt độ;
 Áp suất hay lưu lượng;
 Ứng suất, biến dạng, lực;
 nh sáng;
Hầu hết các cảm biến liên tục dựa trên cơ sở thuộc tính nhạy cảm về điện của các
vật liệu và thiết bò. Kết quả là tín hiệu thường đòi hỏi xử lý tín hiệu bằng cách khuếch đại

dòng hay áp để đạt được ngưỡng dòng và áp thích hợp.
Đôi khi, các cảm biến liên tục cũng được gọi là các bộ chuyển đổi (Transducer). Bởi vì
chúng chuyển đổi hiện tượng vào thành hiện tượng ra dưới dạng khác , chẳng hạn như :”
áp suất – điện áp”.
2.1.2. Cảm biến Logic
Khi cảm biến phát hiện sự thay đổi trạng thái vật lý của đối tượng thì sẽ truyền tín
hiệu đến PLC dưới dạng điện áp hay dòng điện. đầu ra từ cảm biến (đầu vào của PLC)
thường là transistor mắc theo kiểu NPN (gọi là sinking) hình 2.1 hoặc PNP (gọi là
sourcing), Hình 2.2.












Hình 2.1 – Kiểu NPN (Sinking)


22
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

Hình 2.2 – Kiểu PNP (Sourcing)

Giao tiếp đầu vào của PLC đối với Sinking sensor được thể hiện như hình 2.3 và đối với
Sourcing sensor như hình 2.4.
Hình 2.3 – Ngõ vào PLC cho Sinking sensor

Hình 2.4 – Đầu vào PLC cho Sourcing sensor












23

ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

Nối dây là mối quan tâm chính trong các ứng dụng điều khiển PLC, vì vậy để giảm
thiểu số dây nối, cảm biến hai dây trở nên thònh hành. Cảm biến hai dây dược mô tả ở
hình 2.5.
2.1.2.1. Công tắc từ
Công tắc từ là rất giống với rờ le, chỉ khác ở chỗ là nam châm vónh cửu thay bằng
cuộn dây. Khi nam châm ra xa thì công tắc hở, nhưng khi nam châm được mang đến gần
hơn thì công tắc đóng lại, mô tả trên hình 2.6.
Ngõ vào PLC cho Sinking sensor
Ngõ vào PLC cho Sourcing sensor
Hình 2.5 – Lắp cảm biến 2 dây
Công tắc này thường được sử dụng cho cửa và màn hình an toàn.

Nam châm





Hình 2.6 – Công tắc từ


Ví dụ công tắc từ dùng trong giới hạn hành trình của xy lanh khí nén. Hình 2.7.

b) Đã cảm ứng
a) Chưa cảm ứn
g
1. Nam châm vónh cửu

1
1







Hình 2.7 Cảm ứng từ pittông khí nén


24
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

2.1.2.2. Cảm biến quang
Cảm biến quang gồm bộ phát và bộ thu ánh sáng. Bộ phát sẽ tạo ra tia sáng nằm
trong phổ thấy được hoặc không thấy bằng đèn LED hoặc đi ốt laser. Bộ thu được làm
bằng các đi ốt quang hay transistor quang. Bộ thu và bô nhận có thể bố trí thành một khối
hoặc tách rời tùy theo yêu cầu sử dụng. Cảm biến quang cơ bản được mô tả ở hình 2.8.

Hình 2.8 – Nguyên tắc cơ bản của cảm biến quang


2.1.2.3. Cảm nhận xuyên tia
Cảm nhận xuyên tia là bộ thu và bộ phát nằm đối diện nhau.









Nguyên tắc xuyên tia
Ví dụ: phát hiện gãy mũi dao cắt

2.1.2.4. Loại phản xạ ánh sáng
Bộ phát và thu ánh sáng được đặt trong một chỗ và có một gương phản xạ bố trí
phía đối diện.
Ví dụ: đếm sản phẩm Nguyên tắc phản xạ


25
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

2.1.2.5. Loại khuếch tán ánh sáng
Loại này hạn chế khả năng phát hiện vật thể do ánh sáng bò phân tán khi gặp đối

tượng.


Nguyên tắc phân tán

















Phát hiện trạng thái sản phẩm


2.1.2.6. Cảm biến từ
Cảm biến từ là biến đổi từ trường sang điện áp. Nguyên tắc được mô tả hình 2.9.
Tham khảo ở Bài giảng Điều khiển khí nén & thủy lực.

Hình 2.9 – Sơ đồ nguyên lý


2.1.2.7. Cảm biến điện dung

26
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

Cảm biến điện dung phát hiện hầu hết các loại vật liệu ở khoảng cách vài cm.Cảm
biến điện dung biến đổi điện dung sang điện áp. Nguyên tắc được mô tả hình 2.10.


Hình 2.10 - Sơ đồ nguyên lý

Tham khảo ở Bài giảng Điều khiển khí nén & thủy lực.
2.1.2.8. Cảm biến siêu âm
Nguyên tắc là dựa trên quá trình phát và phản hồi của sóng âm
thanh giữa đối tượng và bộ phận nhận. Tần số sóng âm thanh thường
trên ngưỡng nghe được là 16KHz.
Ví dụ
: hình bên là sắp xếp kích thước theo độ cao khác nhau.

2.1.3. Cảm biến tương tự
Cảm biến tương tự biến đổi trạng thái vật lý của đối tượng thành tín hiệu điện áp
hay dòng điện. Phần này chỉ đề cập đến một số cảm biến thường dùng phổ biến trong công
nghiệp.
2.1.3.1. Chuyển vò góc – chiết áp
Các chiết áp đo lường vò trí quay của trục sử dụng giống như một biến trở và được
mô tả hình 2.11.













Hình 2.11-Chiết áp

27
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 2 – Cảm biến và cơ cấu chấp hành

Chiết áp mô tả ở hình 2.12 là một bộ chia điện áp, khi càng gạt xoay thì điện áp ra
của nó tỉ lệ với góc xoay tương ứng.
Chiết áp là phổ biến vì giá thành rẽ, không cần các điều khiển xử lý tín hiệu đặc
biệt. Nhưng chúng bò giới hạn về độ chính xác, thường khoảng 1% và hao mòn cơ học.


Hình 2.12 - Bộ chia điện áp











2.1.3.2. Thiết bò mã hóa (Encoder)
 Bộ giải mã tuyệt đối ( Absolute Encoder ) :
Là loại thiết bò mã hóa mà các tín hiệu mã đầu ra song song để chỉ thò góc quay
tuyệt đối của trục. Loại này không cần bộ đếm để điếm xung mà vẫn có thể biết góc quay
của trục thiết bò mã hóa.
Cũng giống như nhiều loại Encoder khác, bộ giải mã tuyệt đối gồm một đóa tròn,

trên đó có những khoảng trong suốt và đục. nh sáng có thể xuyên qua những phần trong
suốt đến bộ cảm biến quang ( Photo transistor ), khi đóa quay thì bộ cảm biế bật lên 1 và
phần ánh sáng bò chặn bởi những phần đục làm cảm biến quang xuống 0. Như vậy cảm
biến quang sẽ tạo thành những xung tuần tự:
Khi thiết bò mã hóa này được sử dụng với cùng một thiết bò khác, thì vò trí 0 của trục
xem như góc tọa độ. Khi trục của thiết bò mã hóa quay về tọa độ góc này thì góc quay có
thể được hiển thò trên bộ chỉ thò của máy. Tín hiệu đầu ra của thiết bò mã hóa không bò ảnh
hưởng bởi nhiễu của thiết bò đóng, ngắt và không yêu cầu điều chỉnh góc quay chính xác.
Hơn nữa, thậm chí nếu tín hiệu mã hóa đầu ra không thể đọc vì trục quay quá nhanh, thì
góc quay chính xác được ghi khi tốc độ quay giảm xuống, hoặc ngay khi nguồn cho thiết bò
mã hóa bò ngắt. Thêm nữa, mã hóa sẽ không hoạt động do sự rung động của các thiết bòsử
dụng nó.
Loại thiết bò mã hóa tuyệt đối, có độ phân giải cao hơn và cho ra các giá trò thay
đổi trong phạm vi rộng hơn so với thiết bò mã hóa tăng dần ( Incremental Encoder ).
 Thiết bò mã hóa tăng dần ( Incremental Encoder ) :
Là loại thiết bò mã hóa có dãy xung ra phù hợp với góc của trục quay. Thiết bò mã
hóa này không có xung ra khi trục không làm việc. Do đó cần có một bộ đếám để xung ra.

28