Học Automation cùng MINATA #25: Rơ-le thời gian: ON-delay, OFF-delay và ứng dụng

Một tủ điện có biến tần chạy nóng. Quạt làm mát tủ tắt cùng lúc với máy, nên ngay sau khi dừng, nhiệt tích trong biến tần không được thổi ra, linh kiện nóng lâu hơn cần thiết. Sửa lỗi này không cần thay gì đắt tiền — chỉ cần một rơ‑le thời gian OFF‑delay để quạt chạy thêm vài phút sau khi máy tắt rồi mới ngừng. Một khí cụ nhỏ, một chức năng "trễ", giải quyết đúng vấn đề.

Rơ‑le thời gian đưa yếu tố thời gian vào mạch điều khiển: làm một việc sau một khoảng trễ, giữ một trạng thái thêm một khoảng, hay tạo xung/nhấp nháy theo nhịp. Nó là mảnh ghép còn thiếu để dựng các trình tự có bước chờ — từ sao–tam giác (bài #24), độ trễ đảo chiều (bài #23), đến vô số quy trình "chờ rồi mới làm".

Bài này giải thích hai loại cơ bản ON‑delay và OFF‑delay qua biểu đồ thời gian, các loại khác (tạo xung, nhấp nháy), ứng dụng thực tế, và cách chuyển sang timer TON/TOF/TP trong PLC.

Bài viết trình bày nguyên tắc. Loại rơ‑le, dải thời gian, độ chính xác phải theo thiết bị thật và yêu cầu ứng dụng.

Đọc biểu đồ thời gian

Cách hiểu rơ‑le thời gian nhanh nhất là nhìn biểu đồ thời gian (timing chart): trục ngang là thời gian, hai đường biểu diễn đầu vào (điều kiện kích) và ngõ ra (tiếp điểm rơ‑le). Sự khác nhau giữa các loại nằm ở chỗ ngõ ra "lệch" so với đầu vào thế nào.

Biểu đồ thời gian ON-delay và OFF-delay: quan hệ giữa đầu vào và ngõ ra với khoảng trễ T

ON-delay (trễ khi bật)

Đây là loại phổ biến nhất:

Đầu vào bật → rơ‑le bắt đầu đếm; sau thời gian T, ngõ ra mới bật.
Đầu vào tắt → ngõ ra tắt ngay, và bộ đếm reset.

Nói cách khác: ngõ ra chỉ bật nếu đầu vào giữ đủ lâu (≥ T). Ứng dụng:

Chờ ổn định: đợi áp suất/nhiệt độ/tốc độ đạt ngưỡng trước khi cho bước tiếp.
Trình tự có bước chờ: khởi động thiết bị này T giây sau thiết bị kia (khởi động lần lượt để không dồn dòng).
Lọc tín hiệu thoáng qua: một tín hiệu chỉ được coi là thật nếu tồn tại ≥ T — chống nhiễu, chống rung tiếp điểm (bài #10, #18). Nếu tín hiệu chớp ngắn hơn T, ngõ ra không bao giờ bật.

OFF-delay (trễ khi tắt)

Ngược lại với ON‑delay:

Đầu vào bật → ngõ ra bật ngay.
Đầu vào tắt → ngõ ra giữ thêm thời gian T rồi mới tắt.

Ứng dụng điển hình chính là ví dụ đầu bài:

Quạt làm mát chạy thêm sau khi tắt máy/biến tần để xả nhiệt.
Giữ bôi trơn/đèn thêm một lúc sau khi dừng.
Bỏ qua khoảng mất tín hiệu ngắn: giữ ngõ ra qua những lần đầu vào chớp tắt ngắn hơn T (ví dụ vật đi qua cảm biến có khe hở nhỏ).

Các loại khác: tạo xung và nhấp nháy

Ngoài hai loại cơ bản, rơ‑le thời gian còn nhiều biến thể:

Tạo xung (one-shot / pulse): đầu vào bật thì ngõ ra bật đúng một khoảng T rồi tự tắt, bất kể đầu vào còn giữ hay không. Dùng để tạo một "nhịp" độ dài cố định.
Nhấp nháy (flasher): ngõ ra bật–tắt luân phiên theo chu kỳ, cho đèn báo nhấp nháy hoặc tạo nhịp.
Trễ cả bật lẫn tắt, đóng–mở theo chu kỳ, khởi động lại (retriggerable): nhiều họ chức năng cho các trình tự đặc thù.
Rơ‑le thời gian sao–tam giác chuyên dụng: tích hợp logic nhả‑Y / trễ / đóng‑Δ cho bài #24.

Nhiều rơ‑le thời gian đa năng cho chọn chức năng và dải thời gian bằng công tắc xoay trên thân, một thiết bị dùng được cho nhiều việc.

Rơ-le thời gian trong trình tự nhiều bước

Sức mạnh thật của rơ‑le thời gian lộ ra khi ghép nhiều cái để tạo trình tự tuần tự. Ví dụ một quy trình khởi động ba thiết bị lần lượt cách nhau vài giây (để không dồn dòng khởi động):

Nhấn Start → thiết bị 1 chạy, đồng thời một ON‑delay T1 bắt đầu đếm.
Sau T1 → thiết bị 2 chạy, một ON‑delay T2 bắt đầu.
Sau T2 → thiết bị 3 chạy.

Mỗi bước "mở đường" cho bước sau bằng một khoảng trễ. Đây là cách các dây chuyền cũ tạo trình tự trước khi có PLC — và hiểu nó giúp bạn đọc được những tủ điều khiển thuần khí cụ vẫn còn rất nhiều ngoài hiện trường.

Tuy nhiên, khi trình tự phức tạp (nhiều bước, nhiều điều kiện rẽ nhánh, xử lý lỗi), ghép nhiều rơ‑le thời gian vật lý trở nên rối và khó sửa. Đó là lúc PLC thắng thế: cùng một trình tự viết bằng timer + máy trạng thái (sẽ học ở Chặng 5) rõ ràng và dễ bảo trì hơn nhiều. Rơ‑le thời gian vật lý phù hợp cho vài bước đơn giản; trình tự lớn nên chuyển sang PLC.

Loại cơ, khí nén hay điện tử

Rơ‑le thời gian có nhiều công nghệ, chọn theo độ chính xác và môi trường:

Điện tử (phổ biến nhất): dùng mạch định thời điện tử, dải rộng, chính xác, chỉnh được nhiều chức năng trên một thân. Là lựa chọn mặc định cho tủ hiện đại.
Cơ khí/động cơ đồng bộ: dùng cơ cấu quay theo thời gian; bền, ít nhạy nhiễu điện, nhưng cồng kềnh và kém linh hoạt. Còn gặp ở thiết bị cũ.
Khí nén (pneumatic timer): trễ nhờ khí thoát qua lỗ tiết lưu (giống van tiết lưu ở bài #19); gắn kèm công tắc tơ, không cần điện tử, chịu môi trường khắc nghiệt, nhưng độ chính xác vừa phải và trôi theo nhiệt độ.

Với đa số ứng dụng ngày nay, rơ‑le thời gian điện tử là đủ tốt và kinh tế. Chỉ chọn loại khác khi có lý do riêng (môi trường đặc thù, tương thích thiết bị cũ, yêu cầu không dùng điện tử).

Chọn và đấu rơ-le thời gian

Dải thời gian: chọn dải bao trùm giá trị cần, đặt ở khoảng giữa dải cho chính xác (giống chọn rơ‑le nhiệt, bài #13).
Độ chính xác và độ lặp lại: với trình tự nhạy thời gian, quan tâm sai số; rơ‑le điện tử ổn định hơn loại cơ.
Điện áp nguồn nuôi và loại kích: một số cần nguồn nuôi riêng, một số kích bằng chính điện áp điều khiển; đọc kỹ sơ đồ chân.
Tiếp điểm ngõ ra: dòng/loại tải phù hợp; đóng tải lớn thì qua rơ‑le trung gian (bài #11).

Trong PLC: TON, TOF, TP

Khi dùng PLC, rơ‑le thời gian vật lý thường được thay bằng khối timer chuẩn IEC 61131‑3 (sẽ đi sâu ở bài #48):

TON = ON‑delay: ngõ ra lên sau khi đầu vào giữ đủ thời gian đặt.
TOF = OFF‑delay: ngõ ra giữ thêm thời gian đặt sau khi đầu vào tắt.
TP = tạo xung: ngõ ra bật một khoảng cố định.

Ưu điểm của timer PLC: chỉnh thời gian bằng phần mềm, dùng bao nhiêu timer tùy ý mà không tốn khí cụ, dễ giám sát giá trị đang đếm. Nhưng nguyên lý đọc giống hệt biểu đồ thời gian ở trên — nắm chart là hiểu cả rơ‑le vật lý lẫn timer PLC.

Dùng ON-delay để lọc nhiễu: một mẹo thực dụng

Một trong những công dụng ít được nhắc nhưng rất hữu ích của ON‑delay là lọc tín hiệu chập chờn. Giả sử một cảm biến báo "có vật" nhưng thỉnh thoảng chớp nhiễu vài chục mili‑giây do rung hoặc nhiễu điện. Nếu logic phản ứng tức thì, nó có thể đếm nhầm hoặc chuyển bước sai.

Đặt một ON‑delay ngắn (ví dụ vài chục tới vài trăm mili‑giây) vào tín hiệu: chỉ khi tín hiệu giữ ổn định đủ lâu thì mới coi là thật. Mọi xung nhiễu ngắn hơn thời gian đặt sẽ bị bỏ qua. Đây chính là debounce đã nhắc ở bài #10 và #18, thực hiện bằng thời gian. Trong PLC, chỉ cần một TON nhỏ trên tín hiệu đầu vào là đủ.

Ngược lại, OFF‑delay giúp giữ ổn định tín hiệu hay chớp tắt: nếu một tín hiệu đúng nhưng đôi khi mất trong khoảnh khắc (vật có khe hở, tiếp xúc rung), OFF‑delay giữ ngõ ra qua các lần mất ngắn đó, cho trạng thái "mượt" hơn. Kết hợp hai loại đúng chỗ là công cụ đơn giản mà mạnh để làm sạch tín hiệu trước khi đưa vào logic điều khiển.

Tình huống kỹ thuật tham khảo

Minh họa dưới đây là một phương án tham khảo theo tư duy thiết kế MINATA; thông số và cấu hình cuối cùng phải được xác nhận theo hồ sơ, tiêu chuẩn và thiết bị thực tế.

Trên các cụm máy MINATA, yếu tố thời gian được dùng ở nhiều chỗ: TON để chờ áp khí đủ trước khi cho cơ cấu chạy; TOF cho quạt làm mát tủ chạy thêm sau khi dừng; TP để tạo một xung đẩy có độ dài cố định. Với Delta AX‑308E, tất cả làm bằng khối timer trong CODESYS, thời gian chỉnh trên HMI, không cần rơ‑le thời gian vật lý.

Ở phần khí cụ thuần (khi chưa có PLC), các cụm đơn giản vẫn dùng rơ‑le thời gian rời — ví dụ rơ‑le sao–tam giác chuyên dụng cho bơm. Dù ở dạng nào, cách đọc và tư duy "trễ bật / trễ tắt / tạo xung" là như nhau.

Sai lầm thường gặp

Nhầm ON‑delay với OFF‑delay → trình tự sai nhịp.
Chọn dải thời gian không bao trùm giá trị cần, hoặc đặt sát mép dải.
Dùng ON‑delay để lọc nhiễu nhưng đặt T quá ngắn → vẫn lọt nhiễu; quá dài → chậm phản ứng.
Đóng tải lớn trực tiếp qua tiếp điểm rơ‑le thời gian thay vì qua rơ‑le trung gian.
Trong PLC quên rằng TOF vẫn giữ ngõ ra sau khi đầu vào tắt → logic phía sau hiểu nhầm trạng thái.

Checklist rơ-le thời gian

[ ] Xác định đúng loại: ON‑delay, OFF‑delay, xung hay nhấp nháy.
[ ] Dải thời gian bao trùm giá trị cần, đặt gần giữa dải.
[ ] Chọn độ chính xác phù hợp trình tự nhạy thời gian.
[ ] Kiểm tra nguồn nuôi/kiểu kích và sơ đồ chân.
[ ] Đóng tải lớn qua rơ‑le trung gian.
[ ] Trong PLC: dùng TON/TOF/TP đúng loại, hiểu rõ hành vi giữ của TOF.
[ ] Cân nhắc ON‑delay ngắn để lọc nhiễu tín hiệu; trình tự phức tạp thì chuyển sang PLC.
[ ] Ghép nhiều rơ‑le thời gian cho trình tự đơn giản; đọc và kiểm bằng biểu đồ thời gian để tránh sai nhịp.

Rơ‑le thời gian nhỏ nhưng mở ra cả một lớp mạch trình tự: bất cứ khi nào cần "chờ rồi mới làm" hay "giữ thêm một lúc", nó là câu trả lời. Nắm vững biểu đồ thời gian ON‑delay/OFF‑delay ở đây là bạn đã có công cụ để đọc và dựng gần như mọi trình tự thời gian sau này, cả bằng khí cụ lẫn trong PLC.

Đọc thêm kiến thức tự động hóa tại MINATA: https://minatavn.com/vi/blog/tu-dong-hoa

Bài liền trước — #24: Khởi động sao–tam giác: giảm dòng khởi động động cơ: https://minatavn.com/vi/blog/hoc-automation-cung-minata-24-khoi-dong-sao-tam-giac

Bài tiếp theo — #26: Đọc sơ đồ điện điều khiển từ trái sang phải: https://minatavn.com/vi/blog/hoc-automation-cung-minata-26-doc-so-do-dien

Xem tất cả bài viết kỹ thuật MINATA