Chi tiết cách đấu cảm biến 3 dây – Dễ hiểu, dễ thực hiện

Trong các hệ thống tự động hóa và đo lường, cảm biến 3 dây đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện, điều khiển và truyền tín hiệu. Việc đấu dây chính xác không chỉ giúp cảm biến hoạt động ổn định mà còn đảm bảo an toàn cho thiết bị và người vận hành. Trong bài viết này sẽ cung cấp hướng dẫn chi tiết, dễ hiểu nhất về cách đấu cảm biến 3 dây, giúp bạn tự tin triển khai hệ thống của mình.

1/ Cảm biến 3 dây là gì? Tầm quan trọng của việc đấu dây chính xác

Cảm biến 3 dây là loại cảm biến công nghiệp phổ biến nhất, được thiết kế để phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của đối tượng (kim loại, phi kim, vật cản) mà không cần tiếp xúc vật lý. Đúng như tên gọi, loại cảm biến này gồm 3 dây dẫn: hai dây dùng để cấp nguồn và một dây dùng làm tín hiệu đầu ra (Output).

Việc hiểu cách đấu cảm biến 3 dây là vô cùng quan trọng. Khi đấu đúng, cảm biến hoạt động ổn định, cung cấp tín hiệu tin cậy cho bộ điều khiển như PLC hay vi điều khiển. Ngược lại, chỉ một dây đấu sai cũng có thể gây chập điện, làm hỏng cảm biến ngay lập tức, hoặc tệ hơn là làm hỏng cổng vào/ra (I/O) của PLC – dẫn đến chi phí sửa chữa cao và mất nhiều thời gian.

Đọc thêm bài viết khác: Cách đo điện trở cách điện động cơ 3 pha đúng kỹ thuật

2/ Cấu tạo và nguyên lý cơ bản của cảm biến 3 dây 

Về cơ bản, một cảm biến 3 dây bao gồm một mạch tạo dao động, mạch xử lý tín hiệu và mạch công suất đầu ra. Khi vật thể đi vào vùng cảm ứng, mạch xử lý sẽ kích hoạt mạch công suất, làm cho tín hiệu đầu ra chuyển trạng thái (ON hoặc OFF).

Để dễ dàng hơn trong cách đấu cảm biến 3 dây, chúng ta sẽ phân tích màu sắc tiêu chuẩn của 3 dây này và phân biệt 2 loại cảm biến đầu ra cơ bản.

2.1 Phân tích 3 dây dẫn theo màu tiêu chuẩn

Cảm biến 3 dây thường được thiết kế với ba dây màu khác nhau để người sử dụng dễ dàng phân biệt và kết nối đúng chức năng:

• Dây màu nâu hoặc đỏ: Đây là dây nguồn dương (+V DC), cung cấp điện áp cho cảm biến hoạt động. Dây này thường được nối với cực dương của nguồn điện một chiều.
• Dây màu xanh dương hoặc đen: Đây là dây nguồn âm (GND/ground), tạo thành mạch kín cho dòng điện chạy qua cảm biến.
• Dây màu đen hoặc trắng: Đây là dây tín hiệu đầu ra (Output), truyền tín hiệu phát hiện của cảm biến đến thiết bị điều khiển như PLC, relay hoặc bộ đếm.

Trước khi đấu nối, bạn bắt buộc phải tham khảo datasheet hoặc nhãn thông tin trên thân cảm biến. Việc kiểm tra kỹ lưỡng này không chỉ đảm bảo kết nối đúng mà còn giúp tránh những sự cố đáng tiếc do nhầm lẫn màu dây. 

2.2 Phân biệt 2 loại cảm biến 3 dây cơ bản

Cảm biến 3 dây được chia thành hai loại chính dựa trên cấu trúc bán dẫn bên trong: NPN và PNP. Việc xác định đúng loại cảm biến là điều kiện tiên quyết để đấu nối thành công.

Cảm biến NPN

• Có đầu ra kiểu transistor NPN.
• Khi cảm biến phát hiện vật thể, nó nối dây tín hiệu với nguồn âm (0V hoặc GND), tạo ra tín hiệu mức thấp (LOW) để kích hoạt thiết bị điều khiển.
• Thường được sử dụng phổ biến ở châu Á, đặc biệt là Nhật Bản và Hàn Quốc.
• Phù hợp với logic điều khiển “common positive”, tức thiết bị cung cấp điện áp dương chung và nhận tín hiệu thông qua việc nối mass.

Cảm biến PNP

• Có đầu ra kiểu transistor PNP.
• Khi phát hiện vật thể, nó nối dây tín hiệu với nguồn dương (+V), tạo ra tín hiệu mức cao (HIGH) để kích hoạt thiết bị điều khiển.
• Phổ biến hơn ở châu Âu và Mỹ.
• Phù hợp với logic điều khiển “common negative”, tức thiết bị cung cấp mass chung và nhận tín hiệu thông qua điện áp dương.

3/ Hướng dẫn chi tiết cách đấu cảm biến 3 dây NPN và PNP

Sau khi đã nắm rõ cấu tạo và phân loại, chúng ta sẽ đi vào phần hướng dẫn đấu nối chi tiết cho từng loại cảm biến với tải (Load) như cuộn dây rơ-le hoặc đầu vào của PLC. 

1. Cách đấu cảm biến 3 dây NPN (Nối nguồn dương)

Cảm biến NPN hoạt động bằng cách “chìm” (sink) dòng điện vào nó. Tức là, khi cảm biến được kích hoạt, nó sẽ đóng công tắc bên trong để nối dây tín hiệu (đen) về dây âm nguồn (xanh dương).

Quy trình đấu nối:

1. Cấp nguồn cho cảm biến: Dây Nâu (BN) được nối với cực dương nguồn (+DC). Dây Xanh Dương (BU) được nối với cực âm nguồn (GND/0V).
2. Nối tải (Load): Tải (ví dụ: đèn báo, cuộn rơ-le) được nối một đầu với cực dương của nguồn (+DC).
3. Nối tín hiệu: Đầu còn lại của tải được nối với dây Đen (BK) của cảm biến.

Khi cảm biến NPN phát hiện vật, công tắc bên trong đóng lại, tạo thành một mạch kín từ cực dương qua tải, qua dây đen và dây xanh dương của cảm biến, về cực âm. Dòng điện chạy qua tải và kích hoạt tải.

1. Cách đấu cảm biến 3 dây NPN (Nối nguồn âm)

Cảm biến PNP hoạt động bằng cách “phát” (source) dòng điện. Tức là, khi cảm biến được kích hoạt, nó sẽ đóng công tắc bên trong để nối dây tín hiệu (đen) về dây dương nguồn (nâu).

Quy trình đấu nối:

1. Cấp nguồn cho cảm biến: Tương tự, Dây Nâu (BN) nối với cực dương nguồn (+DC), và Dây Xanh Dương (BU) nối với cực âm nguồn (GND/OV).
2. Nối tải (Load): Tải (ví dụ: đèn báo, cuộn rơ-le) được nối một đầu với cực âm của nguồn (GND/OV).
3. Nối tín hiệu: Đầu còn lại của tải được nối với dây Đen (BK) của cảm biến.

Khi cảm biến PNP phát hiện vật, công tắc bên trong đóng lại, tạo thành một mạch kín từ cực dương qua dây nâu và dây đen của cảm biến, qua tải, về cực âm. Dòng điện chạy qua tải và kích hoạt tải.

4/ Những lỗi thường gặp và lưu ý an toàn

Mặc dù cách đấu cảm biến 3 dây khá đơn giản, nhưng vẫn tồn tại một số lỗi phổ biến có thể gây hỏng hóc hoặc khiến hệ thống không hoạt động. Việc nắm rõ những lỗi này giúp phòng tránh hiệu quả. 

1 – Lỗi đấu ngược dây nguồn

Đây là lỗi cơ bản nhưng cực kỳ nghiêm trọng, xảy ra khi dây Nâu và dây Xanh Dương bị đấu ngược với cực tính của nguồn cấp. Hầu hết các cảm biến hiện đại đều có mạch bảo vệ chống ngược cực (Reverse Polarity Protection).

Tuy nhiên, nếu cảm biến không có chức năng này, hậu quả có thể là cảm biến bị cháy hỏng ngay lập tức. Trong một số trường hợp, dù cảm biến không hỏng, việc đấu ngược vẫn có thể tạo ra điện áp không mong muốn trên dây tín hiệu, gây nhiễu hoặc làm hỏng cổng vào PLC/thiết bị điều khiển.

2 – Lỗi đấu sai loại (NPN/PNP)

Lỗi này thường xảy ra khi cảm biến NPN được đấu vào đầu vào kiểu PNP của PLC hoặc ngược lại. Ví dụ, nếu sử dụng cảm biến PNP (phát tín hiệu +V) để kích hoạt đầu vào NPN (đang chờ tín hiệu  để kích hoạt), cảm biến sẽ không thể kích hoạt được tải vì mạch điện không thể khép kín đúng cách. 

Ngược lại, nếu đấu sai hoàn toàn (ví dụ: đấu dây tín hiệu NPN về +V và tải về ), có thể khiến cảm biến hoạt động liên tục hoặc không bao giờ kích hoạt, gây ra sự cố nghiêm trọng trong hệ thống tự động hóa. Luôn kiểm tra tài liệu của PLC để biết loại đầu vào (sinking/sourcing) mà nó sử dụng.

3 – Lưu ý an toàn

An toàn điện luôn là ưu tiên hàng đầu. Luôn đảm bảo rằng nguồn điện cấp cho hệ thống đã được ngắt hoàn toàn trước khi thực hiện bất kỳ thao tác đấu nối hay kiểm tra nào. 

Ngoài ra, trước khi cấp nguồn, hãy kiểm tra chính xác điện áp làm việc của cảm biến (thường là ) để đảm bảo nó tương thích với nguồn điện của bạn. Việc cấp sai điện áp (ví dụ: cấp  cho cảm biến ) sẽ ngay lập tức phá hủy cảm biến.

Lưu ý: Việc đấu nối các thiết bị điện và tự động hóa luôn tiềm ẩn rủi ro về điện giật và hỏng hóc thiết bị. Bài viết chỉ mang tính tham khảo và cung cấp kiến thức nền tảng; quá trình thực hiện thực tế cần do người có chuyên môn về điện, điện tử và tự động hóa công nghiệp thực hiện, tuân thủ tuyệt đối các quy tắc an toàn.

Trên đây là hướng dẫn chi tiết cách đấu cảm biến 3 dây. Tuy nhiên, việc đấu nối chỉ thực sự an toàn và hiệu quả khi người thực hiện nắm vững kiến thức về điện, điện tử và các nguyên tắc an toàn lao động. Luôn kiểm tra kỹ loại cảm biến (NPN hay PNP), màu dây và điện áp làm việc trước khi kết nối.