一種高速計數器計數失效故障的解決方法

摘 要：文章以西門子S7200 PLC為例，講述了在應用高速計數器對旋轉編碼器脈沖進行計數時，出現的故障及其排除方法。

關鍵詞：旋轉編碼器；高速計數；故障

引言

旋轉編碼器安裝于電機減速機旋轉軸上，PLC對旋轉編碼器發(fā)出的脈沖進行計數，可以實現定位、定長距離運行功能。

1 應用情形

在一個應用中，鏈條的兩端連著夾盤和配重，升降電機通過鏈條帶動夾盤上升和下降。升降電機正轉，夾盤上升；升降電機反轉，夾盤下降。升降電機帶抱閘。夾盤可停止在行程內的任一高度，完成各層產品的碼垛。升降電機減速機的軸上安裝一個旋轉編碼器，PLC通過高速計數器對旋轉編碼器發(fā)出的脈沖進行計數，自動計算夾盤的當前高度。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位，所有設備停止動作，恢復按鈕后，設備接著暫停時的狀態(tài)繼續(xù)運行。

2 硬件選型

PLC：西門子CPU 226 CN、觸摸屏：步科MT4414T、旋轉編碼器：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、最高響應頻率：50kHz。

不選用單相編碼器的原因：從升降電機的抱閘動作到機械抱死有一定的時間延遲，夾盤的重量加上夾盤里產品的重量，會導致夾盤往下遛。停止升降電機反轉輸出后，夾盤還會沖下去一點，然后被抱閘抱死停住；停止升降電機正轉輸出后，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前高度不容易準確：停止升降電機正轉輸出后，不管夾盤由于慣性上沖還是因重力下遛，單相旋轉編碼器的脈沖數都是增加的，那么停止升降電機正轉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。

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器計到的脈沖數來計算夾盤當前的高度：升降電機正轉，計數器值增加；升降電機反轉，計數器值減小（可能會到負值），即使夾盤遛，高速計數器的值也會做出相應的反應，夾盤當前的高度都是準確的。旋轉編碼器的Z相不需要接到PLC，因為不需要旋轉編碼器自動復位。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器值。

3 故障現象

在調試過程中，當拍下了急停和暫停按鈕，然后恢復急停和暫停按鈕后，手動操作升降電機，發(fā)現升降電機運行時，夾盤的當前高度并沒有變化。為什么高速計數器的脈沖值沒變？這是很嚴重的故障，當PLC無法計算夾盤的當前高度，就無法控制升降電機自動上升和下降。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)生機率。

4 故障排除

4.1 硬件檢查

確保旋轉編碼器、PLC、線路正常工作。擰緊旋轉編碼器連軸器，使軸帶動連軸器同步運轉。

4.2 軟件檢查

針對上述故障，一種方法是：當升降電機運行時，對一定時間間隔的脈沖數作判斷，如果在上個時間間隔的開始和下一個時間間隔的開始，PLC接收到的脈沖數相等或差值的絕對值小于一個設定的值，那么就表示旋轉編碼器出現故障，馬上停止升降電機運行，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，升降電機移動一大塊距離的時候才發(fā)現夾盤的高度值未變，這時可能夾盤就已經過了工藝要求的高度或壓到下一層的產品；時間間隔選小了，那么夾盤還沒升降多少，就報夾盤當前高度故障了，特別是當升降電機慢速運行的情況下。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，旋轉編碼器壞了、線路壞了或PLC壞了，否則，PLC計算的高度就應該真實反映夾盤的當前真實高度。檢查程序如圖1所示。

發(fā)現主程序的第一句有跳轉指令，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位。這個跳轉指令跳過了Init子程序和HSC4_INIT子程序，對高速計數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子程序被跳轉過去，所以高速計數器未被初始化。這樣當暫停按鈕也被恢復后，操作員操作升降電機運行，高速計數器未對旋轉編碼器的脈沖進行計數，那么夾盤的當前高度就不會隨著升降電機的運行而做相應變化。

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，操作員先恢復哪一個的順序問題。如要操作員先恢復了暫停按鈕，再恢復急停按鈕，那么高速計數器被初始，所以高速計數器能正常工作，由此計算出的夾盤高度也隨升降電機運行而相應的變化。

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

開始時在主程序第一句的跳轉指令，是為了實現暫停功能而添加。暫停是非常實用的一個功能，可以使PLC暫時停止輸出，給設備或操作員一定的時間，當條件成立時，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”，雖然只是簡單的調換主程序中網絡1和網絡2代碼的位置，但設備表現的結果卻有很大差別，導致無法自動。

5 結束語

這種故障現象并不容易捕捉，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、不想當然、尊重科學和現實規(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)行結果可能不是我們所預料的結果，需要多實踐，多發(fā)現問題，多積累。