姜慧慧

(中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

隨著近年來(lái)平板顯示行業(yè)的發(fā)展，大尺寸屏幕的需求日益增長(zhǎng)，設(shè)備的尺寸也逐漸向大尺寸、快節(jié)拍發(fā)展，運(yùn)動(dòng)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(dòng)連線式除泡機(jī)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?yàn)楫a(chǎn)線的節(jié)拍平均4S左右，速度較快，為了平穩(wěn)快速的運(yùn)行因而采用直線電機(jī)從托盤或腔體來(lái)取放料。由于三菱的總線采用的是SSCNET3/H光纖網(wǎng)絡(luò)，不支持EtherCAT協(xié)議，使得對(duì)于除了三菱控制器以外的直線電機(jī)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(duì)比

總線控制可以做到分布式，省配線，擴(kuò)展性好，設(shè)備調(diào)試維護(hù)更加簡(jiǎn)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(hào)干擾問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)備不穩(wěn)定?？偩€型方式相對(duì)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(huì)相對(duì)于PLC梯形程序簡(jiǎn)單許多，而且還能做到電機(jī)電流、電壓、溫度、堵轉(zhuǎn)等的時(shí)時(shí)反饋，電流、細(xì)分的時(shí)時(shí)改變，s形加減速、模擬量、同步指令、離線控制等的簡(jiǎn)單控制[1]。

2 直線電機(jī)的控制與抗干擾

2.1 直線電機(jī)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(lái)控制直線電機(jī)。自動(dòng)除泡機(jī)中直線電機(jī)的控制如圖2所示。

圖1 指令的構(gòu)成圖

圖2 直線電機(jī)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(lǐng)先于A相90°，則電機(jī)正向運(yùn)行；若A相領(lǐng)先于B相90°，則電機(jī)反向運(yùn)行。

◆ 正反向脈沖： 正向運(yùn)行信號(hào)控制電機(jī)的正向運(yùn)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(yùn)行信號(hào)控制電機(jī)的反向運(yùn)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(jī)的運(yùn)行，通過(guò)脈沖數(shù)量實(shí)現(xiàn)定位控制，接收脈沖的速度實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行速度的控制，方向信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)的位置由發(fā)送給伺服電機(jī)的脈沖量確定，控制伺服電機(jī)的速度由發(fā)送給伺服電機(jī)的脈沖速度確定。自動(dòng)除泡機(jī)系列設(shè)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(jī)的抗干擾改進(jìn)

不同品牌直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，他們的抗干擾能力也是不一樣的。但個(gè)別品牌抗干擾能力很差，這就需要硬件上更好的來(lái)加強(qiáng)抗干擾的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)器電源要加裝濾波器是基本條件，如有必要?jiǎng)t一個(gè)驅(qū)動(dòng)器配一個(gè)濾波器，此外還要做到以下幾點(diǎn)：

1) 定位模塊到驅(qū)動(dòng)器側(cè)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(duì)抗干擾能力很差的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)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(dòng)力線分開(kāi)布線。

2) 定位模塊到驅(qū)動(dòng)器側(cè)的脈沖線中間不能用端子或其它元件轉(zhuǎn)接，必須直連。

3) 定位模塊由原來(lái)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(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號(hào)線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)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?hào)就是差分信號(hào)。

差分信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)一，相對(duì)于單端信號(hào)，差分信號(hào)減小了潛在的電磁干擾(EMI)。使用差分方式傳輸，信號(hào)的電壓峰峰值會(huì)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(qū)動(dòng)相同的信號(hào)時(shí)，更容易造成EMI問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)二，差分信號(hào)的值很大程度上與“地”的精確值無(wú)關(guān)，能很好的抵抗電源的干擾。在一個(gè)地做基準(zhǔn)，單端信號(hào)方案的系統(tǒng)里，測(cè)量信號(hào)的精確值依賴系統(tǒng)內(nèi)地的一致性。信號(hào)源和信號(hào)接收器距離越遠(yuǎn)，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(hào)恢復(fù)的信號(hào)值在很大程度上與地的精確值無(wú)關(guān)，而在某一范圍內(nèi)。假如兩條信號(hào)都收到同樣的(同向、等幅度)的干擾信號(hào)，由于接收端是對(duì)接收的兩條線信號(hào)進(jìn)行減法處理，因此干擾信號(hào)會(huì)被基本抵消。也就是說(shuō)，一個(gè)差分放大器的輸入有效信號(hào)幅度只需要幾毫伏，但是它卻能夠?qū)σ粋€(gè)高達(dá)幾伏特的共模信號(hào)無(wú)動(dòng)于衷。

優(yōu)點(diǎn)三，差分對(duì)內(nèi)每根信號(hào)都有自己的返回路徑，能夠減輕信號(hào)跨分割帶來(lái)的影響。單線跨分割對(duì)傳輸線的影響很大，差分線對(duì)跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分對(duì)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(shí)際存在干擾的情況下，波形圖可能會(huì)變成圖5這樣：

圖5 實(shí)際波形圖

雖然波形不同，但上下兩個(gè)波形的電壓差是相同的，而差分信號(hào)識(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置有一項(xiàng)濾波參數(shù)，這個(gè)一定要設(shè)置，否則也會(huì)出現(xiàn)脈沖丟失的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

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

本文主要就自動(dòng)除泡機(jī)的定位控制、直線電機(jī)的脈沖控制及抗干擾措施做了詳細(xì)闡述，對(duì)后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性有了大幅度的提升，也降低了設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)難度。