自動除泡機直線電機的控制與抗干擾改進

姜慧慧

(中電科風華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

隨著近年來平板顯示行業(yè)的發(fā)展，大尺寸屏幕的需求日益增長，設備的尺寸也逐漸向大尺寸、快節(jié)拍發(fā)展，運動控制的軸數(shù)也逐漸增多，小型PLC已滿足不了需求。目前全自動連線式除泡機控制系統(tǒng)大部分采用的是三菱的Q系列，定位模塊采用三菱的QD77MS系列和QD75D系列；伺服控制采用三菱的總線式，玻璃的上下料因為產線的節(jié)拍平均4S左右，速度較快，為了平穩(wěn)快速的運行因而采用直線電機從托盤或腔體來取放料。由于三菱的總線采用的是SSCNET3/H光纖網絡，不支持EtherCAT協(xié)議，使得對于除了三菱控制器以外的直線電機的控制只能采用脈沖式控制方式。

1 總線控制與脈沖控制的對比

總線控制可以做到分布式，省配線，擴展性好，設備調試維護更加簡單，但是成本較高。而脈沖控制布線繁多，線路一多就存在信號干擾問題導致設備不穩(wěn)定?？偩€型方式相對于脈沖型不僅僅是體積上面小巧很多，控制程序的編寫也會相對于PLC梯形程序簡單許多，而且還能做到電機電流、電壓、溫度、堵轉等的時時反饋，電流、細分的時時改變，s形加減速、模擬量、同步指令、離線控制等的簡單控制[1]。

2 直線電機的控制與抗干擾

2.1 直線電機的控制

由于三菱總線的通訊限制，只能采用脈沖式的控制方式來控制直線電機。自動除泡機中直線電機的控制如圖2所示。

圖1 指令的構成圖

圖2 直線電機控制框圖

如圖3所示，控制脈沖形式主要為AB相脈沖，脈沖+方向，正反向脈沖。

◆ AB相脈沖： A相與B相脈沖的相位相差90°，若B相領先于A相90°，則電機正向運行；若A相領先于B相90°，則電機反向運行。

◆ 正反向脈沖： 正向運行信號控制電機的正向運行，脈沖數(shù)量控制定位位置，脈沖速度控制定位速度；反向運行信號控制電機的反向運行，脈沖數(shù)量控制定位位置，脈沖速度控制定位速度。

◆ 脈沖+方向：脈沖控制電機的運行，通過脈沖數(shù)量實現(xiàn)定位控制，接收脈沖的速度實現(xiàn)電機運行速度的控制，方向信號實現(xiàn)電機正反轉運行控制[2]。

圖3 脈沖控制方式圖

綜合以上三種方式，PLC控制伺服電機的位置由發(fā)送給伺服電機的脈沖量確定，控制伺服電機的速度由發(fā)送給伺服電機的脈沖速度確定。自動除泡機系列設備主要采用的是正反向脈沖和脈沖+方向這兩種控制方式。

2.2 直線電機的抗干擾改進

不同品牌直線電機的驅動器，他們的抗干擾能力也是不一樣的。但個別品牌抗干擾能力很差，這就需要硬件上更好的來加強抗干擾的設計。驅動器電源要加裝濾波器是基本條件，如有必要則一個驅動器配一個濾波器，此外還要做到以下幾點：

1) 定位模塊到驅動器側的脈沖控制線纜選用雙絞屏蔽線，不能單純的采用屏蔽線；針對抗干擾能力很差的驅動器，驅動器需要的外部24 V電源線纜也需要采用雙絞屏蔽線。線纜的屏蔽層一定要良好接地,且要距離最小化接地。電纜線原則上盡量要與動力線分開布線。

2) 定位模塊到驅動器側的脈沖線中間不能用端子或其它元件轉接，必須直連。

3) 定位模塊由原來的QD75P系列換為QD75D系列。QD75P是集電極，QD75D是差分。差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相差180°，極性相反。在這兩根線上傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴?/p>

差分信號的優(yōu)點：

優(yōu)點一，相對于單端信號，差分信號減小了潛在的電磁干擾(EMI)。使用差分方式傳輸，信號的電壓峰峰值會被放大一倍，但是單根線上的電流卻保持不變。如果采用傳統(tǒng)的單線傳輸方式，在驅動相同的信號時，更容易造成EMI問題。

優(yōu)點二，差分信號的值很大程度上與“地”的精確值無關，能很好的抵抗電源的干擾。在一個地做基準，單端信號方案的系統(tǒng)里，測量信號的精確值依賴系統(tǒng)內地的一致性。信號源和信號接收器距離越遠，他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分信號恢復的信號值在很大程度上與地的精確值無關，而在某一范圍內。假如兩條信號都收到同樣的(同向、等幅度)的干擾信號，由于接收端是對接收的兩條線信號進行減法處理，因此干擾信號會被基本抵消。也就是說，一個差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但是它卻能夠對一個高達幾伏特的共模信號無動于衷。

優(yōu)點三，差分對內每根信號都有自己的返回路徑，能夠減輕信號跨分割帶來的影響。單線跨分割對傳輸線的影響很大，差分線對跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分對兩線可以互為參考，兩根線可以相互作為返回路徑。

差分抗干擾具體波形分析：理想狀態(tài)下，波形可能是圖4這樣的：

圖4 理想波形圖

但實際存在干擾的情況下，波形圖可能會變成圖5這樣：

圖5 實際波形圖

雖然波形不同，但上下兩個波形的電壓差是相同的，而差分信號識別的就是電壓差，因此就具備比較好的抗干擾能力[3]。

4) 直線電機驅動器的參數(shù)設置有一項濾波參數(shù)，這個一定要設置，否則也會出現(xiàn)脈沖丟失的現(xiàn)象。

3 結束語

隨著科技的發(fā)展，設備的需求也在不斷變化，大型設備受運輸、搬運等條件的限制，只能分體；為了裝配、運輸方便，因而部分設備的直線電機也采用了分體式的連接方法。

本文主要就自動除泡機的定位控制、直線電機的脈沖控制及抗干擾措施做了詳細闡述，對后續(xù)設備的穩(wěn)定性、可靠性有了大幅度的提升，也降低了設備使用現(xiàn)場的維護難度。