Cảm biến - "Giác quan" của Hệ thống Tự động hóa

Nếu PLC là "bộ não" của nhà máy, thì cảm biến là "giác quan" - mắt, tai, tay cảm nhận của cả hệ thống. Không có cảm biến, PLC không biết sản phẩm ở đâu, nhiệt độ bao nhiêu, hay bình đã đầy chưa.

Một xưởng đóng gói tại Huế từng dùng công nhân đứng đếm sản phẩm trên băng tải. Sau khi lắp 2 cảm biến quang (tổng 1.5 triệu), PLC tự đếm chính xác 100%, công nhân được chuyển sang công việc khác.

Bài viết này giới thiệu 5 loại cảm biến phổ biến nhất trong nhà máy, cách chọn đúng, và lỗi thường gặp khi sử dụng.

5 Loại Cảm biến Công nghiệp Phổ biến

1. Cảm biến Tiệm cận (Proximity Sensor)

Chức năng: Phát hiện vật thể kim loại hoặc phi kim không cần tiếp xúc, trong khoảng cách 1-30mm.

Phân loại:

Loại	Phát hiện	Khoảng cách	Ưu điểm	Giá tham khảo
Cảm biến từ (Inductive)	Chỉ kim loại	1-15mm	Bền, chống nước IP67, giá rẻ	150k-500k
Cảm biến điện dung (Capacitive)	Kim loại + phi kim (nhựa, gỗ, nước)	1-20mm	Đa dụng, phát hiện mức chất lỏng	300k-800k

Ứng dụng phổ biến tại nhà máy:

• Phát hiện sản phẩm kim loại trên băng tải (đếm, phân loại)
• Phát hiện vị trí xi lanh khí nén (piston ra/vào)
• Đếm vòng quay trục, bánh răng
• Phát hiện mức nước/dầu trong bình (capacitive)

✅ Mẹo chọn: Nếu chỉ cần phát hiện kim loại → dùng Inductive (rẻ, bền). Nếu cần phát hiện nhựa, gỗ, nước → dùng Capacitive.

2. Cảm biến Quang (Photoelectric Sensor)

Chức năng: Phát hiện vật thể bằng tia sáng (hồng ngoại hoặc laser), khoảng cách lên đến 10-30 mét.

Phân loại:

Loại	Nguyên lý	Khoảng cách	Ưu điểm	Giá
Thu-phát (Through-beam)	Phát 1 bên, thu 1 bên, vật cắt tia	Đến 30m	Chính xác nhất, khoảng cách xa	300k-1 triệu/bộ
Phản xạ gương (Retro-reflective)	Phát-thu cùng bên, dùng tấm phản xạ	Đến 10m	Lắp dễ (1 bên + gương)	200k-700k
Phản xạ khuếch tán (Diffuse)	Phát-thu cùng bên, phản xạ từ vật	10-500mm	Gọn nhất, không cần gương	150k-500k

Ứng dụng:

• Phát hiện sản phẩm trên băng tải (bất kể vật liệu)
• Đếm chai/lon trên dây chuyền chiết rót
• Phát hiện vật cản tại cửa an toàn (light curtain)
• Đo khoảng cách, kiểm tra chiều cao sản phẩm (laser)

3. Cảm biến Nhiệt độ (Temperature Sensor)

Chức năng: Đo nhiệt độ và chuyển thành tín hiệu điện để PLC đọc.

Loại	Dải đo	Độ chính xác	Ứng dụng	Giá
Thermocouple Type K	-200 đến 1200°C	±2°C	Lò nung, lò sấy, đúc	200k-800k
Thermocouple Type J	-40 đến 750°C	±2°C	Ép nhựa, sấy gỗ	200k-600k
PT100 (RTD)	-200 đến 600°C	±0.5°C	Thực phẩm, dược phẩm (cần chính xác)	300k-1.5 triệu
Thermistor NTC	-40 đến 200°C	±1°C	Đo nhiệt tủ điện, motor	50k-200k

✅ Mẹo chọn: Nhiệt độ cao (trên 500°C) → Thermocouple. Cần chính xác cao (thực phẩm, dược) → PT100. Đo đơn giản (motor, tủ điện) → Thermistor NTC.

4. Cảm biến Áp suất (Pressure Sensor/Transmitter)

Chức năng: Đo áp suất chất lỏng hoặc khí, chuyển thành tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V cho PLC.

Ứng dụng phổ biến:

• Hệ thống khí nén: Giám sát áp suất đường ống, tự động bật/tắt máy nén
• Hệ thống bơm: Điều khiển bơm theo áp suất đường ống cấp nước
• Hệ thống thủy lực: Giám sát áp suất dầu, cảnh báo quá áp
• Lò hơi: Giám sát áp suất hơi, bảo vệ quá áp

Thông số quan trọng khi chọn:

Thông số	Ý nghĩa	Ví dụ
Dải đo (Range)	Giới hạn áp suất	0-10 bar, 0-16 bar, 0-250 bar
Tín hiệu (Output)	Loại tín hiệu ra	4-20mA (phổ biến nhất), 0-10V
Ren kết nối	Kiểu ren lắp vào đường ống	G1/4", G1/2", M20×1.5
Vật liệu tiếp xúc	Chống ăn mòn	Thép 316L (hóa chất), đồng (nước)

Giá tham khảo: 500k-3 triệu (tùy dải đo và hãng).

5. Encoder (Bộ mã hóa Vòng quay)

Chức năng: Đo vị trí, tốc độ, và hướng quay của trục motor hoặc bánh xe. Gửi xung (pulse) về PLC để tính toán.

Phân loại:

Loại	Chức năng	Ứng dụng	Giá
Incremental Encoder	Đếm xung (đo tốc độ, khoảng cách tương đối)	Đo tốc độ băng tải, đếm chiều dài cắt	500k-3 triệu
Absolute Encoder	Đo vị trí tuyệt đối (luôn biết đang ở đâu)	Robot, máy CNC, cần vị trí chính xác	2-10 triệu

Ứng dụng thực tế:

• Máy cắt: Encoder đo chiều dài vật liệu đi qua → PLC ra lệnh cắt chính xác
• Băng tải: Đo tốc độ thực tế → PLC điều chỉnh biến tần cho khớp
• Máy quấn dây: Đếm số vòng quấn → PLC dừng khi đủ số vòng
• Servo motor: Encoder tích hợp sẵn trong servo để điều khiển vị trí

Bảng Tổng hợp - Chọn Cảm biến theo Ứng dụng

Cần làm gì?	Loại cảm biến	Gợi ý cụ thể	Giá
Phát hiện sản phẩm kim loại	Tiệm cận Inductive	Omron E2B, Autonics PR	150-500k
Phát hiện sản phẩm bất kỳ	Quang Diffuse	Omron E3Z, Autonics BJ	200-500k
Đếm sản phẩm tốc độ cao	Quang Through-beam	Omron E3F, Sick WL	300k-1tr
Đo nhiệt độ lò nung	Thermocouple Type K	Dây K 1mm/2mm	200-800k
Đo nhiệt chính xác	PT100	PT100 3-wire	300k-1.5tr
Giám sát áp suất khí nén	Pressure Transmitter	0-10 bar, 4-20mA	500k-2tr
Đo mức nước bình chứa	Capacitive / Siêu âm	Capacitive probe	300k-2tr
Đo tốc độ/chiều dài	Incremental Encoder	Autonics E40S, Omron E6B2	500k-3tr

5 Lỗi Thường gặp khi Dùng Cảm biến

STT	Lỗi	Hậu quả	Cách tránh
1	Chọn sai loại (inductive cho vật nhựa)	Cảm biến không nhận, dây chuyền lỗi	Xác định vật liệu trước khi chọn cảm biến
2	Lắp quá xa vật cần phát hiện	Nhận nhầm hoặc không nhận	Khoảng cách lắp bằng 60-70% khoảng cách danh định
3	Không chống nhiễu (cáp tín hiệu đi chung cáp động lực)	Tín hiệu nhiễu, PLC đọc sai	Tách cáp tín hiệu riêng, dùng cáp chống nhiễu
4	Sai loại ngõ ra (NPN vs PNP)	PLC không đọc được tín hiệu	PLC Nhật (Mitsubishi) dùng NPN (sink), PLC Châu Âu (Siemens) dùng PNP (source)
5	Không vệ sinh định kỳ	Cảm biến quang bị bụi che → không nhận	Lau mắt cảm biến mỗi tuần, tránh dầu mỡ bắn vào

Câu hỏi Thường gặp

NPN và PNP khác gì? Chọn loại nào?

NPN (Sink): Ngõ ra nối mass khi kích hoạt - phổ biến với PLC Nhật (Mitsubishi, Omron). PNP (Source): Ngõ ra cấp +24V khi kích hoạt - phổ biến với PLC Châu Âu (Siemens, ABB). Chọn theo loại input PLC đang dùng. Nếu không chắc → chọn loại 3 dây có cả NPN và PNP (nhiều hãng có sẵn).

Cảm biến hãng nào bền nhất?

Omron và Sick là 2 hãng uy tín nhất, bền, chính xác nhưng giá cao. Autonics (Hàn Quốc) là lựa chọn giá tốt, chất lượng ổn, phổ biến tại Huế. Keyence cao cấp nhất nhưng đắt gấp 3-5 lần.

Cần bao nhiều cảm biến cho 1 dây chuyền?

Tùy quy mô, trung bình mỗi trạm cần 2-5 cảm biến (phát hiện vật, vị trí xi lanh, đếm). Dây chuyền 5 trạm cần khoảng 15-25 cảm biến. Chi phí cảm biến thường chỉ chiếm 5-10% tổng chi phí tự động hóa.

Kết luận

Cảm biến là thành phần không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống tự động hóa nào. Chọn đúng loại cảm biến giúp hệ thống hoạt động ổn định, chính xác và tiết kiệm chi phí. Ngược lại, chọn sai sẽ gây lỗi liên tục, dừng dây chuyền.

Nếu bạn cần tư vấn chọn cảm biến, hoặc cần cung cấp cảm biến công nghiệp tại Huế, hãy liên hệ BeeCa Equipment & Technology.

Tham khảo thêm: Lập trình PLC là gì? | Tự động hóa Nhà máy