Công tắc hành trình (Limit Switch) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp, dân dụng đến tự động hóa. Vậy Công tắc hành trình là gì, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống như thế nào?

1. Công tắc hành trình - Limit Switch

- Công tắc hành trình là một thiết bị điện cơ khí hoạt động theo nguyên tắc tác động cơ học hoặc không tiếp xúc, tùy vào loại công tắc, sử dụng để phát hiện vị trí hoặc giới hạn chuyển động của một bộ phận trong hệ thống máy móc.

- Nguyên lý hoạt động: Khi một vật thể di chuyển và chạm vào phần động của công tắc hành trình, nó sẽ tác động đến bộ phận chuyển mạch, làm thay đổi trạng thái của mạch điện (từ đóng sang mở hoặc ngược lại).

cau-tao-cong-tac-hanh-trinh

1.1 Các bước hoạt động của công tắc hành trình

- Bước 1: Tiếp xúc cơ học. Một bộ phận chuyển động của máy móc hoặc thiết bị tác động vào bộ phận truyền động của công tắc (cần gạt, nút nhấn, bánh xe...).

- Bước 2: Kích hoạt chuyển mạch. Khi bộ phận truyền động di chuyển đủ một khoảng nhất định, cơ cấu bên trong công tắc sẽ thay đổi trạng thái, làm đóng hoặc mở mạch điện.

+ Nếu công tắc là loại thường mở (NO – Normally Open), khi bị tác động, nó sẽ đóng mạch và cho dòng điện chạy qua.
+ Nếu công tắc là loại thường đóng (NC – Normally Closed), khi bị tác động, nó sẽ ngắt mạch, dừng dòng điện.

- Bước 3: Phát tín hiệu điều khiển. Khi công tắc thay đổi trạng thái, tín hiệu điện sẽ được gửi đến bộ điều khiển hoặc thiết bị liên quan (như động cơ, relay, PLC...).

- Bước 4: Trở về trạng thái ban đầu. Khi vật thể di chuyển ra khỏi công tắc, bộ phận truyền động trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị, làm mạch điện trở về trạng thái gốc.

1.2 Cấu tạo cơ bản

Cấu tạo gồm 3 phần chính như sau:

- Phần truyền động: Cần gạt, bánh xe, nút nhấn… tiếp xúc trực tiếp với vật thể cần kiểm soát.
- Bộ phận chuyển mạch: Đóng/ngắt dòng điện khi công tắc được kích hoạt.
- Vỏ bảo vệ: Bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi bụi, nước hoặc va đập.

Limit-Switch-hanyoung

2. Phân loại công tắc hành  trình theo nguyên lý hoạt động và cấu tạo

2.1.Theo cấu tạo cơ học

- Công tắc hành trình cơ khí (Mechanical Limit Switch)

Hoạt động bằng cách tác động trực tiếp lên bộ phận cơ khí (tay gạt, bánh xe, nút nhấn…).

Ưu điểm: Bền, giá thành rẻ, dễ sử dụng.

Ứng dụng: Máy CNC, cửa tự động, băng tải…

- Công tắc hành trình không tiếp xúc (Non-contact Limit Switch)

Hoạt động bằng cảm biến (cảm biến quang, cảm biến từ, cảm biến siêu âm…).

Ưu điểm: Không cần tiếp xúc vật lý, độ bền cao, độ chính xác cao.

Ứng dụng: Robot tự động, hệ thống an toàn, kiểm soát vị trí máy móc.

2.2. Theo cơ chế tác động

- Công tắc hành trình đơn (Single Limit Switch)

Chỉ có một trạng thái đóng/mở khi tác động.

Dùng trong các hệ thống cơ bản như đóng/ngắt động cơ khi chạm điểm dừng.

- Công tắc hành trình đa điểm (Multiple Limit Switch)

Có nhiều mức tiếp điểm để điều khiển nhiều chức năng khác nhau.

Dùng trong hệ thống băng tải, máy móc tự động.

- Công tắc hành trình có lò xo (Spring Limit Switch)

Dùng lực đàn hồi của lò xo để phục hồi vị trí ban đầu khi không còn tác động.

Ứng dụng trong máy móc sản xuất có hành trình liên tục.

2.3. Theo nguyên lý cảm biến

- Công tắc hành trình cảm biến quang (Photoelectric Limit Switch)

Hoạt động bằng tia hồng ngoại hoặc laser.

Ứng dụng: Dây chuyền sản xuất, kiểm tra vật thể trên băng tải.

- Công tắc hành trình cảm biến từ (Magnetic Limit Switch)

Sử dụng từ trường để đóng/ngắt.

Ứng dụng: Cửa cuốn, robot tự động.

- Công tắc hành trình cảm biến tiệm cận (Proximity Limit Switch)

Phát hiện vật thể đến gần mà không cần tiếp xúc.

Ứng dụng: Máy đóng gói, thiết bị tự động hóa.

- Công tắc hành trình cảm biến siêu âm (Ultrasonic Limit Switch)

Sử dụng sóng siêu âm để phát hiện vật thể.

Ứng dụng: Hệ thống kiểm tra sản phẩm, đo mức chất lỏng.

3. Ứng dụng của công tắc hành trình trong thực tiễn

3.1. Trong máy CNC và máy công cụ

- Ứng Dụng: Xác định vị trí giới hạn di chuyển của trục máy.

- Ví dụ: Trên máy CNC, công tắc hành trình được đặt ở đầu và cuối hành trình của các trục X, Y, Z để đảm bảo khi đầu cắt di chuyển đến giới hạn, hệ thống sẽ tự động dừng, tránh va chạm gây hư hỏng máy. Khi dao cắt di chuyển đến vị trí gia công nhất định, công tắc hành trình sẽ gửi tín hiệu để thay đổi chế độ hoạt động hoặc dừng máy khi hoàn thành công đoạn.

3.2. Trong cửa cuốn, cửa tự động

- Ứng Dụng: Dừng cửa khi chạm giới hạn trên/dưới.

- Ví dụ: Cửa cuốn có công tắc hành trình gắn ở vị trí trên cùng và dưới cùng. Khi cửa kéo lên hoặc hạ xuống đến giới hạn, công tắc sẽ ngắt nguồn điện để tránh cửa tiếp tục di chuyển, bảo vệ động cơ khỏi quá tải. Trong cửa kính tự động, khi có người đi qua, cảm biến hồng ngoại kích hoạt cửa mở. Công tắc hành trình sẽ dừng cửa khi mở hết hoặc đóng hoàn toàn, tránh lực kéo quá mức gây hỏng động cơ.

3.3. Trong băng tải công nghiệp

- Ứng Dụng: Điều khiển dừng băng tải khi sản phẩm đến điểm dừng.

- Ví dụ: Khi sản phẩm trên băng tải di chuyển đến cuối dây chuyền, nó chạm vào công tắc hành trình, làm băng tải dừng hoặc kích hoạt một hệ thống xử lý khác như đóng gói, kiểm tra chất lượng.
Trong hệ thống phân loại hàng, công tắc hành trình có thể kích hoạt một cơ chế đẩy để chuyển sản phẩm sang băng tải khác theo từng nhóm phân loại.

3.4. Trong thang máy

- Ứng Dụng: Xác định vị trí tầng và đảm bảo an toàn.

- Ví dụ: Công tắc hành trình được lắp đặt tại mỗi tầng để đảm bảo khi cabin thang máy đến đúng vị trí, hệ thống sẽ tự động dừng và mở cửa đúng thời điểm.
Khi thang máy vượt quá giới hạn tầng, công tắc hành trình khẩn cấp sẽ ngắt điện để đảm bảo an toàn.

3.5. Trong dây chuyền sản xuất ô tô

- Ứng Dụng: Điều khiển vị trí robot hàn, sơn, lắp ráp.

- Ví dụ: Khi khung xe di chuyển đến vị trí hàn tự động, công tắc hành trình phát tín hiệu để robot thực hiện quá trình hàn. Công tắc hành trình đảm bảo robot sơn chỉ hoạt động khi xe ở đúng vị trí, tránh phun sơn sai lệch gây lãng phí và giảm chất lượng sản phẩm.

3.6. Trong máy dập, máy ép công nghiệp

- Ứng Dụng: Kiểm soát hành trình ép, dập chính xác.

- Ví dụ: Máy dập khuôn sử dụng công tắc hành trình để đảm bảo khi piston ép xuống đến vị trí yêu cầu, máy sẽ tự động dừng hoặc thay đổi chế độ để bảo vệ khuôn và sản phẩm.

3.7. Trong nông nghiệp - máy thu hoạch

- Ứng Dụng: Kiểm soát hành trình máy cắt, máy gieo hạt.

- Ví dụ: Máy thu hoạch lúa sử dụng công tắc hành trình để kiểm soát lưỡi cắt, giúp nó hoạt động hiệu quả theo từng hàng, tránh cắt quá sâu làm hư hỏng cây trồng. Trong máy gieo hạt, công tắc hành trình giúp đảm bảo khi máy chạy đến một khoảng cách nhất định, nó sẽ tự động nhả hạt theo đúng khoảng cách mong muốn.

3.8. Trong Robot tự động

- Ứng Dụng: Giới hạn phạm vi di chuyển của cánh tay robot.

- Ví dụ: Trong robot hàn, công tắc hành trình giúp xác định góc quay tối đa của cánh tay, tránh di chuyển quá mức gây hỏng hóc. Trong robot gắp hàng, công tắc hành trình giúp robot xác định đúng vị trí cần lấy và đặt sản phẩm.

4. Tổng kết

- Trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất công nghiệp, dân dụng, cho đến tự động hóa hiện đại. Với khả năng kiểm soát chính xác vị trí và hành trình chuyển động thì công tắc hành trình giúp bảo vệ máy móc, nâng cao hiệu suất hoạt động và đảm bảo an toàn.

- Để đảm bảo hiệu suất, độ bền và an toàn trong quá trình vận hành thì khi chọn thiết bị cần chọn đúng loại, lắp đặt chuẩn xác và bảo trì thường xuyên trong quá trình vận hành.