Trong thế giới tự động hóa và cơ điện hiện đại, công tắc hành trình (limit switch) là một thiết bị không thể thiếu trong việc kiểm soát vị trí và đảm bảo an toàn cho hệ thống máy móc. Nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ, loại công tắc này giúp phát hiện chính xác điểm dừng hoặc giới hạn hành trình của các bộ phận cơ khí, từ đó truyền tín hiệu điều khiển cho các thiết bị như PLC, relay hay motor. Vậy công tắc hành trình hoạt động như thế nào, gồm những loại nào và cần lưu ý gì khi chọn mua? Hãy cùng Bảo An tìm hiểu chi tiết ngay trong bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như những ứng dụng thực tiễn của thiết bị này trong công nghiệp và đời sống.
Công tắc hành trình (hay còn gọi là limit switch) là một thiết bị điện cơ khí dùng để giám sát và kiểm soát vị trí hoặc giới hạn chuyển động của các bộ phận trong hệ thống máy móc. Khi một đối tượng di chuyển và chạm vào phần động của công tắc, nó sẽ tác động đến bộ phận chuyển mạch, làm thay đổi trạng thái của mạch điện (từ đóng sang mở hoặc ngược lại).
Thiết bị gồm hai bộ phận chính:
Bộ truyền động (actuator): có thể là đòn bẩy, bánh xe, pít-tông, nút nhấn…, tiếp xúc với vật thể chuyển động để kích hoạt công tắc (contacts)
Tiếp điểm (contacts): Thường gồm tiếp điểm thường mở (NO) và thường đóng (NC), chịu trách nhiệm đóng/ngắt mạch điện khi cơ cấu truyền động di chuyển đến vị trí giới hạn
Công tắc hành trình hoạt động dựa trên nguyên lý cơ–điện chuyên dùng để chuyển đổi chuyển động cơ thành tín hiệu điện phục vụ điều khiển và giám sát trong các hệ thống tự động hóa
Tác động cơ học: Khi bộ truyền động của công tắc tiếp xúc với chi tiết máy hoặc vật di chuyển và trượt đến vị trí hành trình định trước
Kích hoạt cơ cấu bên trong: Lực tác động làm dịch chuyển bộ truyền đồng (Đòn bẩy, cần gạt hoặc pít tông...), ép lò xo và vận hành hệ thống tiếp điểm
Đóng/ngắt mạch điện: Tiếp điểm NO sẽ đóng và tiếp điểm NC sẽ mở, hoặc ngược lại, truyền tín hiệu điện đến bộ điều khiển (PLC, relay…) kích hoạt quy trình kế tiếp hoặc tắt nguồn để bảo vệ
Trạng thái hồi vị: Khi chi tiết máy lùi ra, lò xo đẩy cơ cấu truyền động trở về vị trí ban đầu, tiếp điểm trở về trạng thái mặc định
Ví dụ minh họa: Hãy tưởng tượng một cửa thang máy được trang bị công tắc hành trình. Khi cửa đóng hoàn toàn, một bộ phận của cửa sẽ chạm vào công tắc, kích hoạt nó và gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển rằng cửa đã đóng, cho phép thang máy di chuyển. Nếu cửa chưa đóng hoàn toàn, công tắc không được kích hoạt, và thang máy sẽ không hoạt động, đảm bảo an toàn cho hành khách.
Công tắc hành trình được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau để phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Dưới đây là các cách phân loại công tắc hành trình phổ biến:
Dựa trên cấu tạo vật lý và cơ chế hoạt động, công tắc hành trình được chia thành các loại sau:
Cơ cấu tác động là một nút nhấn hoặc trụ trượt, được kích hoạt khi bị đẩy trực tiếp bởi vật thể chuyển động. Loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu phát hiện vị trí chính xác hoặc giới hạn hành trình. Tuy nhiên, do tiếp xúc trực tiếp, chúng có thể bị mài mòn nhanh hơn trong môi trường có tần suất hoạt động cao.
Sử dụng một cần gạt để kích hoạt công tắc khi bị đẩy bởi vật thể. Cần gạt có thể có nhiều hình dạng khác nhau, phù hợp với các ứng dụng đa dạng. Loại này thường được sử dụng trong các hệ thống băng tải hoặc máy móc công nghiệp.
Tương tự như loại cần gạt, nhưng có thêm bánh xe ở đầu cần để giảm ma sát khi tiếp xúc với vật thể. Điều này giúp tăng tuổi thọ của công tắc và phù hợp với các ứng dụng có chuyển động liên tục.
Sử dụng một dây kéo dài dọc theo thiết bị hoặc băng tải. Khi dây bị kéo, công tắc sẽ được kích hoạt, thường dùng như một thiết bị dừng khẩn cấp trong các hệ thống dài.
Sử dụng một cần mỏng và linh hoạt, thường được gọi là "whisker", để phát hiện sự tiếp xúc nhẹ từ vật thể. Loại này phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ nhạy cao và lực tác động nhỏ.
Sử dụng một trục quay để kích hoạt công tắc khi có chuyển động xoay. Thường được sử dụng trong các ứng dụng cần phát hiện góc quay hoặc giới hạn xoay của thiết bị.
Là một loại công tắc cơ điện được thiết kế với cơ cấu tác động dạng bản lề, cho phép phát hiện chuyển động hoặc vị trí của các bộ phận cơ khí trong hệ thống tự động hóa. Khi một lực tác động lên cần gạt bản lề, nó sẽ xoay quanh trục, kích hoạt hoặc ngắt mạch điện bên trong công tắc.
Tùy vào mục đích sử dụng, công tắc hành trình được phân loại như sau:
Đặc điểm:
Thiết kế linh hoạt với nhiều loại cơ cấu tác động như cần gạt, nút nhấn, cần xoay.
Vỏ bằng kim loại hoặc nhựa, đáp ứng tiêu chuẩn IP67, chống bụi và nước hiệu quả.
Ứng dụng thực tế: Hệ thống băng tải, máy đóng gói, thang máy, và các thiết bị tự động hóa công nghiệp nhẹ.
Đặc điểm:
Kích thước nhỏ gọn, phù hợp với không gian hạn chế.
Cơ cấu tác động nhạy, thường là dạng nút nhấn hoặc cần gạt nhỏ.
Thiết kế đơn giản, dễ dàng tích hợp vào các thiết bị điện tử và cơ khí nhỏ.
Ứng dụng thực tế: Thiết bị điện tử tiêu dùng, máy in, máy photocopy, và các thiết bị tự động hóa nhỏ.
Ứng dụng thực tế: Máy móc công nghiệp nặng, thiết bị khai thác mỏ, cần cẩu, và các hệ thống tự động hóa trong môi trường khắc nghiệt.
Công tắc hành trình an toàn (Safety Limit Switch) là thiết bị cơ điện được thiết kế đặc biệt để giám sát và kiểm soát vị trí của các bộ phận chuyển động trong máy móc, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị. Chúng thường được tích hợp trong các hệ thống tự động hóa, nơi yêu cầu mức độ an toàn cao.
Việc sử dụng công tắc hành trình mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong cả công nghiệp và dân dụng:
Công tắc hành trình cung cấp khả năng xác định chính xác vị trí của các bộ phận máy móc, giúp đảm bảo hoạt động đúng và nhất quán.
Bằng cách ngăn ngừa các bộ phận di chuyển vượt quá giới hạn an toàn, công tắc hành trình giúp bảo vệ máy móc và người vận hành khỏi nguy hiểm.
Công tắc hành trình cho phép máy móc hoạt động tự động bằng cách chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện, giảm thiểu sự cần thiết của con người trong việc giám sát và điều khiển.
Bằng cách tự động tắt thiết bị khi không cần thiết, công tắc hành trình giúp tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện.
Công tắc hành trình được thiết kế để hoạt động ổn định trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt như bụi bẩn, độ ẩm cao và nhiệt độ thay đổi.
Khi lựa chọn công tắc hành trình phù hợp, cần cân nhắc các yếu tố sau:
Nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, rung động: Chọn công tắc có cấp bảo vệ IP phù hợp, ví dụ IP67 cho môi trường ẩm ướt hoặc bụi bẩn.
Chất liệu vỏ: Vỏ nhựa phù hợp với tải trọng nhẹ đến trung bình, trong khi vỏ kim loại thích hợp cho tải trọng lớn hoặc môi trường khắc nghiệt.
Nút nhấn (Plunger): Phù hợp với chuyển động tuyến tính.
Cần gạt (Lever): Thích hợp cho chuyển động quay hoặc trượt.
Cần gạt có bánh xe (Roller lever): Giảm ma sát, phù hợp với chuyển động liên tục.
Dây kéo (Pull wire): Sử dụng trong các hệ thống dài, như băng tải.
Điện áp và dòng điện định mức: Đảm bảo công tắc có thể xử lý điện áp và dòng điện của hệ thống.
Loại dòng điện: Chọn công tắc phù hợp với dòng AC hoặc DC của hệ thống.
Thường mở (NO) hoặc thường đóng (NC): Tùy thuộc vào yêu cầu điều khiển của hệ thống.
Số lượng tiếp điểm: Xác định số lượng tiếp điểm cần thiết cho ứng dụng.
Kích thước công tắc: Đảm bảo phù hợp với không gian lắp đặt.
Phương pháp lắp đặt: Chọn công tắc có phương pháp lắp đặt phù hợp với thiết bị hoặc hệ thống.
Tuổi thọ cơ học và điện: Chọn công tắc có tuổi thọ phù hợp với tần suất hoạt động của hệ thống.
Độ bền: Đảm bảo công tắc có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài mà không cần bảo trì thường xuyên.
Chứng nhận an toàn: Ưu tiên các công tắc có chứng nhận như UL, CE hoặc IEC để đảm bảo an toàn và chất lượng.
Để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của công tắc hành trình, cần thực hiện bảo trì và kiểm tra định kỳ:
Kiểm tra định kỳ: Thực hiện kiểm tra công tắc thường xuyên để phát hiện sớm các dấu hiệu hỏng hóc hoặc hao mòn.
Giữ sạch sẽ: Đảm bảo môi trường lắp đặt công tắc hành trình luôn sạch sẽ, tránh các yếu tố có thể gây hư hỏng như bụi bẩn và độ ẩm cao.
Bôi trơn và thay thế linh kiện hao mòn: Thực hiện bôi trơn các bộ phận cơ khí và thay thế các linh kiện bị hao mòn để đảm bảo hoạt động trơn tru.
Hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật: Kiểm tra và điều chỉnh các thông số kỹ thuật để đảm bảo công tắc hoạt động chính xác và hiệu quả.
Kết luận
Công tắc hành trình là thiết bị cơ điện dùng để giám sát vị trí hoặc giới hạn chuyển động của bộ phận máy móc. Khi vật thể chạm vào bộ phận tác động của công tắc, tiếp điểm bên trong sẽ thay đổi trạng thái (đóng hoặc mở), gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển như PLC hoặc relay.
Hiện nay có nhiều loại công tắc hành trình, như: dạng đầu nhấn, dạng cần gạt, dạng cần gạt có bánh xe, dạng dây kéo, dạng trục quay và dạng bản lề. Mỗi loại phù hợp với một dạng chuyển động hoặc môi trường công nghiệp khác nhau.
Công tắc hành trình được ứng dụng trong máy bơm, thang máy, băng tải, máy đóng gói, máy CNC và hệ thống an toàn. Thiết bị giúp xác định điểm dừng, kiểm soát chuyển động và đảm bảo an toàn cho người vận hành.
Khi chọn công tắc hành trình, cần xem xét: môi trường làm việc (bụi, ẩm, nhiệt), loại cơ cấu tác động, điện áp định mức, kiểu tiếp điểm (NO/NC), kích thước lắp đặt và tiêu chuẩn bảo vệ (IP65, IP67…).
