Khóa liên động: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng cụ thể

Trong các hệ thống điện - điện tử và tự động hóa, khóa liên động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển logic và ngăn chặn các hoạt động ngoài ý muốn. Vậy khóa liên động là gì? Khóa liên động khác khóa thông thường như thế nào? Bạn có thể tìm hiểu trong bài viết sau đây của chúng tôi. 

Khái niệm khóa liên động

Khóa liên động (tên tiếng Anh là Interlock hoặc Airlock) là một cơ chế an toàn, được thiết kế để ngăn chặn thiết bị, máy móc hoạt động sai trình tự hoặc các thành phần trong hệ thống xung đột với nhau, cho đến khi đáp ứng được điều kiện an toàn hoặc logic cụ thể trong quy trình vận hành. 

Mục đích chính của việc sử dụng khóa liên động là để bảo vệ người vận hành, tránh làm hư hỏng máy móc và đảm bảo quy trình làm việc chính xác. Loại khóa này có thể điều khiển thủ công bằng nút nhấn/ công tắc/ chìa khóa hoặc tự động thông qua cảm biến và các thiết bị điều khiển khác. 

Chức năng của khóa liên động

Khóa liên động cho phép thiết lập một “hàng rào” logic nhằm nâng cao tính an toàn và tính chính xác tuyệt đối trong quá trình vận hành. 

Bảo vệ người vận hành

Đây là chức năng quan trọng nhất của khóa liên động, giúp ngăn chặn các tai nạn lao động có thể xảy ra do sự vô tình hoặc thiếu hiểu biết. 

Ví dụ, trong hệ thống thang máy, robot công nghiệp, điện cao áp, khóa liên động đảm bảo con người không thể tiếp cận vùng nguy hiểm khi hệ thống đang hoạt động. Hay trong các máy cắt công nghiệp, khóa liên động sẽ ngắt nguồn điện ngay lập tức khi phát hiện sự can thiệp không an toàn từ con người. 

Ngăn ngừa sự cố gây hỏng hóc thiết bị

Trong mạch đảo chiều động cơ, khóa liên động ngăn không cho cả 2 contactor thuận - nghịch đóng cùng lúc, tránh gây ra hiện tượng ngắn mạch. 

Trong hệ thống truyền tải, khóa liên động được sử dụng để ngăn việc hòa điện từ máy phát vào lưới điện quốc gia một cách mất kiểm soát, cả khi nguồn điện lưới đã ổn định. 

Đảm bảo máy móc, thiết bị vận hành đúng quy trình

Nhiều hệ thống công nghiệp, thương mại yêu cầu máy móc phải thực hiện theo một trình tự nhất định. Trong trường hợp này, khóa liên động sẽ “khóa” bước B cho đến khi bước A được máy móc hoàn thành, giúp loại bỏ các lỗi vận hành từ người điều khiển. 

Ví dụ: Trong máy ép thủy lực, khóa liên động đảm bảo nắp che phải đóng hoàn toàn thì mới khởi động được máy. Hay trong hệ thống lò hơi, quạt thổi gió phải chạy đủ thời gian để đuổi khí dư thì hệ thống đánh lửa mới được phép hoạt động. 

Duy trì điều kiện môi trường đặc biệt

Trong các phòng sạch, phòng thí nghiệm và nghiên cứu, phòng mổ… khóa liên động kiểm soát việc mở 2 hoặc nhiều cửa cùng lúc, đảm bảo chỉ có 1 cửa được mở tại một thời điểm nhất định, nhằm ngăn chặn nguy cơ nhiễm chéo; bụi bẩn, vi khuẩn từ bên ngoài xâm nhập và giữ áp suất phòng sạch luôn ổn định. Lúc này, chỉ có 1 cửa được mở, cửa còn lại sẽ bị khóa cứng. 

Nguyên lý hoạt động của khóa liên động

Bản chất, khóa liên động hoạt động dựa trên việc thiết lập các “điều kiện tiên quyết” hoặc trình tự logic mà hệ thống bắt buộc phải thực hiện trước khi chuyển tiếp sang hành động tiếp theo. 

Quy trình này trải qua 3 bước như sau: 

• Cảm biến - Nhận biết trạng thái hiện tại của thiết bị, hệ thống.
• So sánh - Đối chiếu trạng thái với trình tự logic đã thiết lập. 
• Thực thi - Cho phép hoặc ngăn chặn năng lượng đến thiết bị thực thi. 

Ngoài ra, khóa liên động còn hoạt động theo một nguyên lý nâng cao là an toàn khi hỏng hóc. Điều này có nghĩa là nếu bản thân khóa bị hỏng, hệ thống sẽ dừng toàn bộ máy móc. 

Các loại khóa liên động phổ biến

Có 3 loại khóa liên động phổ biến là dạng cơ khí, điện và điện tử/logic. 

Khóa liên động cơ khí (Mechanical Interlock)

Loại khóa này kết nối vật lý với các thiết bị khác thông qua thanh truyền, đòn bẩy, chốt chặn để ngăn chặn chuyển động trái quy trình, hoàn toàn không dùng đến điện. Khi thiết bị A chuyển động đến vị trí làm việc, khóa liên động sẽ đẩy thanh chốt chặn vào đường di chuyển của thiết bị B. Nếu thiết bị B muốn hoạt động, thiết bị A bắt buộc phải trở về vị trí nghỉ.

Khóa liên động cơ khí thường được dùng trong hệ thống chuyển mạch, tủ MCC, hệ thống thang máy hoặc thiết bị đóng cắt nhiều cấp với ưu điểm vận hành đơn giản, độ tin cậy cao và không phụ thuộc vào nguồn điện.

Khóa liên động điện (Electric Interlock)

Đây là loại khóa liên động phổ biến nhất trong các tủ điện điều khiển, hoạt động bằng cách sử dụng các tiếp điểm phụ (thường đóng/thường mở), relay trung gian hoặc cảm biến để ngắt/mở mạch điều khiển. 

Khóa liên động điện được sử dụng rộng rãi trong các mạch đảo chiều động cơ, hệ thống chuyển nguồn tự động để ngăn chặn động cơ quay thuận nghịch đồng thời hoặc ngăn nguồn lưới và máy phát điện khởi động cùng lúc. 

Khóa liên động điện tử/phần mềm (Software Interlock)

Tại các hệ thống tự động hóa hay cánh tay robot, khóa liên động sẽ được lập trình trong các bộ điều khiển như PLC, DCS hoặc HMI, cho phép kiểm tra trạng thái thông qua cảm biến và xử lý bằng thuật toán. 

Ứng dụng thực tế của khóa liên động

Khóa liên động có tính ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực liên quan đến điều khiển máy móc, trong đó, ứng dụng phổ biến nhất của thiết bị này là trong các môi trường như: 

• Phòng sạch: Ngăn nhiễm chéo giữa các phòng có cấp độ sạch khác nhau, hạn chế sự xâm nhập của bụi bẩn, vi khuẩn có thể gây ô nhiễm. 
• Phòng thí nghiệm: Ngăn chặn sự xâm nhập của chất độc hại hoặc chất gây ô nhiễm, đồng thời duy trì áp suất ổn định trong phòng. 
• Nhà máy thực phẩm, dược phẩm: Ngăn chặn sự xâm nhập của côn trùng, động vật hoặc kiểm soát truy cập trái phép vào khu vực nhạy cảm. 

Đối với các ứng dụng công nghiệp, khóa liên động thường được sử dụng trong các loại máy móc dây chuyền, như: 

• Trong dây chuyền robot hàn: Khóa liên động đính kèm chìa khóa được ưu tiên sử dụng để tắt/mở công tắc dừng hệ thống. Ở trạng thái robot hoạt động, chìa khóa ngắt nguồn luôn được giữ trong ổ. Chỉ có khi tín hiệu ngắt nguồn, chìa khóa khóa liên động mới có thể rút ra khỏi ổ. 

• Trong dây chuyền cuốn cell: Con lăn thường có quán tính nên cần một thời gian nhất định sau khi ngắt nguồn mới có thể dừng hẳn. Sau khi dây chuyền cuốn cell dừng mọi hoạt động, khóa liên động mới có thể mở để đảm bảo không có truy cập trái phép vào khu vực nguy hiểm.  

• Trong máy trộn bê tông: Khóa liên động đảm bảo máy sẽ không hoạt động khi các cửa/nắp bảo vệ chưa đóng chặt hoặc cửa xả sẽ không được mở trong bất kỳ trường hợp nào khi máy đang quay. 

• Trong thiết bị nâng hạ: Khóa liên động cơ - điện được dùng để ngăn chặn hành động mở cửa khi thang chưa đến tầng/ chưa dừng hẳn hoặc chống rơi sàn thang trong quá trình hoạt động. 
• Trong tủ điện trung - hạ thế: Khóa liên động có tác dụng ngăn đóng cầu dao cách ly khi hệ thống đang có tải, hoặc ngăn 2 nguồn điện lưới và máy phát cùng hoạt động… 

Một số câu hỏi về khóa liên động

Câu hỏi 1: Khóa liên động khác khóa an toàn thông thường như thế nào?

Trả lời: Khóa liên động khác khóa an toàn thông thường ở khía cạnh, loại khóa này quản lý các hoạt động, quy trình theo một trật tự logic nhất định để ngăn ngừa các hành động nguy hiểm hoặc truy cập trái phép. Trong khi đó, khóa an toàn thông thường chỉ đơn thuần là một cánh cửa bảo vệ vật lý, chỉ khóa mở một cánh cửa riêng biệt mà không liên quan đến trạng thái của cánh cửa khác. 

Câu hỏi 2: Tại sao phòng sạch bắt buộc phải sử dụng khóa liên động?

Trả lời: Phòng sạch được thiết kế với các tiêu chuẩn khắt khe về nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, không khí… Tuy nhiên, không phải tất cả các phòng sạch trong một cơ sở, nhà máy đều duy trì được các điều kiện đồng nhất như vậy. Ngoài ra, giữa phòng sạch và phòng thông thường sẽ có 1 khu vực gọi là airlock (phòng đệm) để ngăn chặn bụi bẩn từ bên ngoài xâm nhập vào khu vực được cách ly. 

Trong trường hợp này, khóa liên động ngăn không cho 2 cửa của phòng airlock được mở cùng lúc để hạn chế nhiễm chéo, duy trì áp suất giữa các phòng hoặc ngăn chặn vi khuẩn, bụi bẩn xâm nhập từ khu vực này sang khu vực khác