Cảm biến an toàn là gì ? Phân loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Trong môi trường sản xuất công nghiệp hiện đại, việc đảm bảo an toàn cho người lao động và máy móc là yếu tố vô cùng quan trọng. Cảm biến an toàn là một trong những thiết bị được sử dụng phổ biến để phát hiện người hoặc vật thể đi vào khu vực nguy hiểm, từ đó đưa ra tín hiệu cảnh báo hoặc dừng máy kịp thời.

1. Cảm biến an toàn là gì?

Cảm biến an toàn là thiết bị được sử dụng để giám sát khu vực nguy hiểm của máy móc và hệ thống sản xuất. Khi phát hiện người, tay chân hoặc vật thể xâm nhập vào vùng bảo vệ, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển để thực hiện các tác động như dừng máy, ngắt nguồn, giảm tốc độ hoặc kích hoạt cảnh báo.

Khác với các loại cảm biến thông thường chỉ phục vụ mục đích phát hiện vật thể, cảm biến an toàn được thiết kế đặc biệt để đảm bảo khả năng hoạt động đáng tin cậy trong các hệ thống có yêu cầu cao về bảo vệ con người và thiết bị.

Cảm biến an toàn thường được sử dụng tại các vị trí như:

• Máy dập, máy cắt và máy ép
• Robot công nghiệp
• Dây chuyền sản xuất tự động
• Máy đóng gói
• Hệ thống gia công CNC
• Khu vực có máy móc chuyển động nguy hiểm

2. Các loại cảm biến an toàn

2.1. Cảm biến vùng an toàn

Cảm biến vùng an toàn (Safety Light Curtain) sử dụng các tia hồng ngoại giữa bộ phát và bộ thu để tạo vùng bảo vệ. Khi người hoặc vật thể đi vào vùng này và làm gián đoạn tia sáng, cảm biến sẽ kích hoạt ngõ ra an toàn, truyền tín hiệu đến bộ điều khiển để dừng hoặc ngăn máy hoạt động.

Các thông số cần quan tâm gồm chiều cao vùng bảo vệ, độ phân giải, khoảng cách hoạt động, thời gian đáp ứng và ngõ ra OSSD.

2.2. Cảm biến laser an toàn

Cảm biến laser an toàn sử dụng tia laser để quét và giám sát một khu vực xác định. Thiết bị có thể thiết lập nhiều vùng bảo vệ với phạm vi khác nhau.

Khi phát hiện người hoặc vật thể xâm nhập vùng nguy hiểm, cảm biến sẽ kích hoạt tín hiệu an toàn để đưa về hệ thống điều khiển. Loại này thường được sử dụng cho robot, AGV/AMR và các khu vực cần giám sát không gian rộng.

2.3. Công tắc cửa an toàn

Công tắc cửa an toàn được lắp tại cửa bảo vệ, nắp máy hoặc hàng rào an toàn để giám sát trạng thái đóng/mở. Khi cửa mở, công tắc thay đổi trạng thái ngõ ra và gửi tín hiệu về hệ thống điều khiển để dừng hoặc ngăn máy vận hành.

Tùy ứng dụng, có thể lựa chọn công tắc tiếp điểm cơ khí, loại không tiếp xúc hoặc loại có cơ cấu khóa cửa an toàn.

3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến an toàn

Cảm biến an toàn có nhiều loại khác nhau nên nguyên lý hoạt động cũng không hoàn toàn giống nhau. Tùy theo cấu tạo và ứng dụng, thiết bị có thể phát hiện sự xâm nhập vào vùng nguy hiểm hoặc giám sát trạng thái của cửa và hàng rào bảo vệ.

3.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến vùng an toàn

Cảm biến vùng an toàn thường hoạt động dựa trên nguyên lý quang học. Hệ thống gồm bộ phát và bộ thu, tạo ra các tia quang để hình thành vùng bảo vệ.

Hệ thống thường bao gồm hai bộ phận chính:

• Bộ phát (Emitter): Phát ra các tia hồng ngoại.
• Bộ thu (Receiver): Nhận các tia hồng ngoại từ bộ phát.

Nhiều tia quang được bố trí song song tạo thành một vùng bảo vệ an toàn. Trong điều kiện bình thường, các tia sáng được truyền liên tục từ bộ phát đến bộ thu.

Khi một người hoặc vật thể đi vào vùng bảo vệ và làm gián đoạn một hoặc nhiều tia quang, bộ thu sẽ phát hiện sự thay đổi và gửi tín hiệu an toàn đến hệ thống điều khiển.

3.2. Nguyên lý hoạt động của công tắc cửa an toàn

Công tắc cửa an toàn được lắp tại các cửa bảo vệ, cửa máy hoặc khu vực có nguy cơ gây nguy hiểm cho người vận hành. Thiết bị có nhiệm vụ giám sát trạng thái đóng/mở của cửa và gửi tín hiệu về hệ thống điều khiển an toàn của máy.

Khi cửa bảo vệ đóng đúng vị trí, công tắc xác nhận trạng thái an toàn và cho phép máy hoạt động. Khi cửa bị mở, cơ cấu bên trong công tắc sẽ thay đổi trạng thái tiếp điểm hoặc tín hiệu an toàn, gửi tín hiệu đến bộ điều khiển an toàn (Safety Relay/Safety Controller) để ngắt hoặc dừng các cơ cấu chuyển động nguy hiểm.

Quá trình hoạt động :

Cửa đóng → Công tắc xác nhận trạng thái an toàn → Máy được phép hoạt động

Cửa mở → Công tắc phát hiện → Gửi tín hiệu an toàn → Máy dừng hoặc không cho phép khởi động

Tùy từng loại công tắc, thiết bị có thể sử dụng tiếp điểm cơ khí, cơ cấu khóa an toàn hoặc cảm biến không tiếp xúc. Một số loại còn có chức năng khóa cửa, chỉ cho phép mở cửa sau khi máy đã dừng hoàn toàn, giúp tăng mức độ bảo vệ cho người vận hành.

4. Những tiêu chí cần lưu ý khi lựa chọn cảm biến an toàn

Xem thêm: Danh mục cảm biến an toàn

Xem thêm: Cảm biến vùng an toàn , công tắc cửa an toàn,.....