自动除泡机直线电机的控制与抗干扰改进

2020-08-20姜慧慧

山西电子技术 2020年4期

姜慧慧

(中电科风华信息装备股份有限公司，山西太原 030024)

随着近年来平板显示行业的发展，大尺寸屏幕的需求日益增长，设备的尺寸也逐渐向大尺寸、快节拍发展，运动控制的轴数也逐渐增多，小型PLC已满足不了需求。目前全自动连线式除泡机控制系统大部分采用的是三菱的Q系列，定位模块采用三菱的QD77MS系列和QD75D系列；伺服控制采用三菱的总线式，玻璃的上下料因为产线的节拍平均4S左右，速度较快，为了平稳快速的运行因而采用直线电机从托盘或腔体来取放料。由于三菱的总线采用的是SSCNET3/H光纤网络，不支持EtherCAT协议，使得对于除了三菱控制器以外的直线电机的控制只能采用脉冲式控制方式。

1 总线控制与脉冲控制的对比

总线控制可以做到分布式，省配线，扩展性好，设备调试维护更加简单，但是成本较高。而脉冲控制布线繁多，线路一多就存在信号干扰问题导致设备不稳定。总线型方式相对于脉冲型不仅仅是体积上面小巧很多，控制程序的编写也会相对于PLC梯形程序简单许多，而且还能做到电机电流、电压、温度、堵转等的时时反馈，电流、细分的时时改变，s形加减速、模拟量、同步指令、离线控制等的简单控制[1]。

2 直线电机的控制与抗干扰

2.1 直线电机的控制

由于三菱总线的通讯限制，只能采用脉冲式的控制方式来控制直线电机。自动除泡机中直线电机的控制如图2所示。

图1 指令的构成图

图2 直线电机控制框图

如图3所示，控制脉冲形式主要为AB相脉冲，脉冲+方向，正反向脉冲。

◆ AB相脉冲： A相与B相脉冲的相位相差90°，若B相领先于A相90°，则电机正向运行；若A相领先于B相90°，则电机反向运行。

◆ 正反向脉冲：正向运行信号控制电机的正向运行，脉冲数量控制定位位置，脉冲速度控制定位速度；反向运行信号控制电机的反向运行，脉冲数量控制定位位置，脉冲速度控制定位速度。

◆ 脉冲+方向：脉冲控制电机的运行，通过脉冲数量实现定位控制，接收脉冲的速度实现电机运行速度的控制，方向信号实现电机正反转运行控制[2]。

图3 脉冲控制方式图

综合以上三种方式，PLC控制伺服电机的位置由发送给伺服电机的脉冲量确定，控制伺服电机的速度由发送给伺服电机的脉冲速度确定。自动除泡机系列设备主要采用的是正反向脉冲和脉冲+方向这两种控制方式。

2.2 直线电机的抗干扰改进

不同品牌直线电机的驱动器，他们的抗干扰能力也是不一样的。但个别品牌抗干扰能力很差，这就需要硬件上更好的来加强抗干扰的设计。驱动器电源要加装滤波器是基本条件，如有必要则一个驱动器配一个滤波器，此外还要做到以下几点：

1) 定位模块到驱动器侧的脉冲控制线缆选用双绞屏蔽线，不能单纯的采用屏蔽线；针对抗干扰能力很差的驱动器，驱动器需要的外部24 V电源线缆也需要采用双绞屏蔽线。线缆的屏蔽层一定要良好接地,且要距离最小化接地。电缆线原则上尽量要与动力线分开布线。

2) 定位模块到驱动器侧的脉冲线中间不能用端子或其它元件转接，必须直连。

3) 定位模块由原来的QD75P系列换为QD75D系列。QD75P是集电极，QD75D是差分。差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180°，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。

差分信号的优点：

优点一，相对于单端信号，差分信号减小了潜在的电磁干扰(EMI)。使用差分方式传输，信号的电压峰峰值会被放大一倍，但是单根线上的电流却保持不变。如果采用传统的单线传输方式，在驱动相同的信号时，更容易造成EMI问题。

优点二，差分信号的值很大程度上与“地”的精确值无关，能很好的抵抗电源的干扰。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内地的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与地的精确值无关，而在某一范围内。假如两条信号都收到同样的(同向、等幅度)的干扰信号，由于接收端是对接收的两条线信号进行减法处理，因此干扰信号会被基本抵消。也就是说，一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏，但是它却能够对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。

优点三，差分对内每根信号都有自己的返回路径，能够减轻信号跨分割带来的影响。单线跨分割对传输线的影响很大，差分线对跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分对两线可以互为参考，两根线可以相互作为返回路径。

差分抗干扰具体波形分析：理想状态下，波形可能是图4这样的：