一種高速計數(shù)器計數(shù)失效故障的解決方法

摘 要：文章以西門子S7200 PLC為例，講述了在應(yīng)用高速計數(shù)器對旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖進(jìn)行計數(shù)時，出現(xiàn)的故障及其排除方法。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)編碼器；高速計數(shù)；故障

引言

旋轉(zhuǎn)編碼器安裝于電機(jī)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上，PLC對旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖進(jìn)行計數(shù)，可以實現(xiàn)定位、定長距離運(yùn)行功能。

1 應(yīng)用情形

在一個應(yīng)用中，鏈條的兩端連著夾盤和配重，升降電機(jī)通過鏈條帶動夾盤上升和下降。升降電機(jī)正轉(zhuǎn)，夾盤上升；升降電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾盤下降。升降電機(jī)帶抱閘。夾盤可停止在行程內(nèi)的任一高度，完成各層產(chǎn)品的碼垛。升降電機(jī)減速機(jī)的軸上安裝一個旋轉(zhuǎn)編碼器，PLC通過高速計數(shù)器對旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖進(jìn)行計數(shù)，自動計算夾盤的當(dāng)前高度。操作臺上有急停、暫停按鈕。（1）急停按鈕（一個NC急停按鈕）：按下急停按鈕后直接使變頻器斷電、接觸器線圈失電、PLC失電。（2）暫停按鈕（一個NC急停按鈕）：按下暫停按鈕后，PLC不失電，程序使所有的輸出復(fù)位，所有設(shè)備停止動作，恢復(fù)按鈕后，設(shè)備接著暫停時的狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。

2 硬件選型

PLC：西門子CPU 226 CN、觸摸屏：步科MT4414T、旋轉(zhuǎn)編碼器：歐姆龍E6B2-CWZ5B 1000P 2M、分辨率：1000、輸出相：A、B、Z相、輸出相位差：A相、B相的位相差90±45℃（1/4±1/8T）、輸出方式：PNP集電極開路輸出、最高響應(yīng)頻率：50kHz。

不選用單相編碼器的原因：從升降電機(jī)的抱閘動作到機(jī)械抱死有一定的時間延遲，夾盤的重量加上夾盤里產(chǎn)品的重量，會導(dǎo)致夾盤往下遛。停止升降電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出后，夾盤還會沖下去一點，然后被抱閘抱死停住；停止升降電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出后，夾盤由于慣性會再上沖一點然后由于重力作用再掉下來一點，然后被抱閘抱死停住。

因此，停止升降電機(jī)輸出瞬間的高度并不是夾盤最后真實高度，這就需要PLC做額外處理。使用單相的編碼器來計算夾盤的當(dāng)前高度不容易準(zhǔn)確：停止升降電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出后，不管夾盤由于慣性上沖還是因重力下遛，單相旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)都是增加的，那么停止升降電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出后到底下遛多少距離，PLC無法判定，這就會造成誤差，升降動作有幾個來回后，誤差積累起來，就會使控制越來越不精準(zhǔn)。

選型中的編碼器有A、B、Z這3個輸出相，完全可以通過高速計數(shù)器計到的脈沖數(shù)來計算夾盤當(dāng)前的高度：升降電機(jī)正轉(zhuǎn)，計數(shù)器值增加；升降電機(jī)反轉(zhuǎn)，計數(shù)器值減小（可能會到負(fù)值），即使夾盤遛，高速計數(shù)器的值也會做出相應(yīng)的反應(yīng)，夾盤當(dāng)前的高度都是準(zhǔn)確的。旋轉(zhuǎn)編碼器的Z相不需要接到PLC，因為不需要旋轉(zhuǎn)編碼器自動復(fù)位。需要我們做的就是每次夾盤停在高度零位的時候，程序清一次高速計數(shù)器值。

3 故障現(xiàn)象

在調(diào)試過程中，當(dāng)拍下了急停和暫停按鈕，然后恢復(fù)急停和暫停按鈕后，手動操作升降電機(jī)，發(fā)現(xiàn)升降電機(jī)運(yùn)行時，夾盤的當(dāng)前高度并沒有變化。為什么高速計數(shù)器的脈沖值沒變？這是很嚴(yán)重的故障，當(dāng)PLC無法計算夾盤的當(dāng)前高度，就無法控制升降電機(jī)自動上升和下降。而且，這種故障并不是每次都會發(fā)生，這次有，似乎還有發(fā)生機(jī)率。

4 故障排除

4.1 硬件檢查

確保旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、線路正常工作。擰緊旋轉(zhuǎn)編碼器連軸器，使軸帶動連軸器同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 軟件檢查

針對上述故障，一種方法是：當(dāng)升降電機(jī)運(yùn)行時，對一定時間間隔的脈沖數(shù)作判斷，如果在上個時間間隔的開始和下一個時間間隔的開始，PLC接收到的脈沖數(shù)相等或差值的絕對值小于一個設(shè)定的值，那么就表示旋轉(zhuǎn)編碼器出現(xiàn)故障，馬上停止升降電機(jī)運(yùn)行，并報警給出故障提示。但是，這個時間間隔不容易選取，時間間隔選大了，升降電機(jī)移動一大塊距離的時候才發(fā)現(xiàn)夾盤的高度值未變，這時可能夾盤就已經(jīng)過了工藝要求的高度或壓到下一層的產(chǎn)品；時間間隔選小了，那么夾盤還沒升降多少，就報夾盤當(dāng)前高度故障了，特別是當(dāng)升降電機(jī)慢速運(yùn)行的情況下。這是被動的方法，它只能檢測，檢測到故障后還是解決不了。所以，必須從根本上解決這個問題，除非，旋轉(zhuǎn)編碼器壞了、線路壞了或PLC壞了，否則，PLC計算的高度就應(yīng)該真實反映夾盤的當(dāng)前真實高度。檢查程序如圖1所示。

發(fā)現(xiàn)主程序的第一句有跳轉(zhuǎn)指令，這是為增加“暫停”功能而添加的，按下暫停按鈕后，跳過中間的程序處理部分，直接到后面將輸出復(fù)位。這個跳轉(zhuǎn)指令跳過了Init子程序和HSC4_INIT子程序，對高速計數(shù)器的初始和定義就是在HSC4_INIT子程序完成的。

拍下急停按鈕后，PLC斷電。拍下暫停按鈕后，恢復(fù)急停按鈕，PLC重新上電，開始執(zhí)行程序，但是Init和HSC4_INIT子程序被跳轉(zhuǎn)過去，所以高速計數(shù)器未被初始化。這樣當(dāng)暫停按鈕也被恢復(fù)后，操作員操作升降電機(jī)運(yùn)行，高速計數(shù)器未對旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖進(jìn)行計數(shù)，那么夾盤的當(dāng)前高度就不會隨著升降電機(jī)的運(yùn)行而做相應(yīng)變化。

為什么這種故障這次有，下次又沒有呢？這是在急停、暫停按鈕都被拍下的時候，操作員先恢復(fù)哪一個的順序問題。如要操作員先恢復(fù)了暫停按鈕，再恢復(fù)急停按鈕，那么高速計數(shù)器被初始，所以高速計數(shù)器能正常工作，由此計算出的夾盤高度也隨升降電機(jī)運(yùn)行而相應(yīng)的變化。

解決方法：將用SM0.1調(diào)用的Init和HSC4_INIT子程序放在主程序的第一條，將跳轉(zhuǎn)指令放在它們之后，這樣，每次PLC上電，高速計數(shù)器都被初始和定義，就不會再發(fā)生高速計數(shù)器失效故障。（如圖2所示）

開始時在主程序第一句的跳轉(zhuǎn)指令，是為了實現(xiàn)暫停功能而添加。暫停是非常實用的一個功能，可以使PLC暫時停止輸出，給設(shè)備或操作員一定的時間，當(dāng)條件成立時，再從剛才暫停的地方繼續(xù)輸出，使系統(tǒng)非常靈活。

“差之毫厘，失之千里”，雖然只是簡單的調(diào)換主程序中網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2代碼的位置，但設(shè)備表現(xiàn)的結(jié)果卻有很大差別，導(dǎo)致無法自動。

5 結(jié)束語

這種故障現(xiàn)象并不容易捕捉，比較隱蔽，不是每次都會發(fā)生，而是視操作員的操作順序而定。這要求編寫程序時全面考慮、不想當(dāng)然、尊重科學(xué)和現(xiàn)實規(guī)律、不要將知識只停留在書本上，對指令的用法有比較深刻的理解，在添加新的功能時，一定要注意程序前后的邏輯關(guān)系，新添加的程序不要對原來的程序功能造成影響。有時，程序的執(zhí)行結(jié)果可能不是我們所預(yù)料的結(jié)果，需要多實踐，多發(fā)現(xiàn)問題，多積累。