一种高速计数器计数失效故障的解决方法

摘 要：文章以西门子S7200 PLC为例，讲述了在应用高速计数器对旋转编码器脉冲进行计数时，出现的故障及其排除方法。

关键词：旋转编码器；高速计数；故障

引言

旋转编码器安装于电机减速机旋转轴上，PLC对旋转编码器发出的脉冲进行计数，可以实现定位、定长距离运行功能。

1 应用情形

在一个应用中，链条的两端连着夹盘和配重，升降电机通过链条带动夹盘上升和下降。升降电机正转，夹盘上升；升降电机反转，夹盘下降。升降电机带抱闸。夹盘可停止在行程内的任一高度，完成各层产品的码垛。升降电机减速机的轴上安装一个旋转编码器，PLC通过高速计数器对旋转编码器发出的脉冲进行计数，自动计算夹盘的当前高度。操作台上有急停、暂停按钮。（1）急停按钮（一个NC急停按钮）：按下急停按钮后直接使变频器断电、接触器线圈失电、PLC失电。（2）暂停按钮（一个NC急停按钮）：按下暂停按钮后，PLC不失电，程序使所有的输出复位，所有设备停止动作，恢复按钮后，设备接着暂停时的状态继续运行。

2 硬件选型

PLC：西门子CPU 226 CN、触摸屏：步科MT4414T、旋转编码器：欧姆龙E6B2-CWZ5B 1000P 2M、分辨率：1000、输出相：A、B、Z相、输出相位差：A相、B相的位相差90±45℃（1/4±1/8T）、输出方式：PNP集电极开路输出、最高响应频率：50kHz。

不选用单相编码器的原因：从升降电机的抱闸动作到机械抱死有一定的时间延迟，夹盘的重量加上夹盘里产品的重量，会导致夹盘往下遛。停止升降电机反转输出后，夹盘还会冲下去一点，然后被抱闸抱死停住；停止升降电机正转输出后，夹盘由于惯性会再上冲一点然后由于重力作用再掉下来一点，然后被抱闸抱死停住。

因此，停止升降电机输出瞬间的高度并不是夹盘最后真实高度，这就需要PLC做额外处理。使用单相的编码器来计算夹盘的当前高度不容易准确：停止升降电机正转输出后，不管夹盘由于惯性上冲还是因重力下遛，单相旋转编码器的脉冲数都是增加的，那么停止升降电机正转输出后到底下遛多少距离，PLC无法判定，这就会造成误差，升降动作有几个来回后，误差积累起来，就会使控制越来越不精准。

选型中的编码器有A、B、Z这3个输出相，完全可以通过高速计数器计到的脉冲数来计算夹盘当前的高度：升降电机正转，计数器值增加；升降电机反转，计数器值减小（可能会到负值），即使夹盘遛，高速计数器的值也会做出相应的反应，夹盘当前的高度都是准确的。旋转编码器的Z相不需要接到PLC，因为不需要旋转编码器自动复位。需要我们做的就是每次夹盘停在高度零位的时候，程序清一次高速计数器值。

3 故障现象

在调试过程中，当拍下了急停和暂停按钮，然后恢复急停和暂停按钮后，手动操作升降电机，发现升降电机运行时，夹盘的当前高度并没有变化。为什么高速计数器的脉冲值没变？这是很严重的故障，当PLC无法计算夹盘的当前高度，就无法控制升降电机自动上升和下降。而且，这种故障并不是每次都会发生，这次有，似乎还有发生机率。

4 故障排除

4.1 硬件检查

确保旋转编码器、PLC、线路正常工作。拧紧旋转编码器连轴器，使轴带动连轴器同步运转。

4.2 软件检查

针对上述故障，一种方法是：当升降电机运行时，对一定时间间隔的脉冲数作判断，如果在上个时间间隔的开始和下一个时间间隔的开始，PLC接收到的脉冲数相等或差值的绝对值小于一个设定的值，那么就表示旋转编码器出现故障，马上停止升降电机运行，并报警给出故障提示。但是，这个时间间隔不容易选取，时间间隔选大了，升降电机移动一大块距离的时候才发现夹盘的高度值未变，这时可能夹盘就已经过了工艺要求的高度或压到下一层的产品；时间间隔选小了，那么夹盘还没升降多少，就报夹盘当前高度故障了，特别是当升降电机慢速运行的情况下。这是被动的方法，它只能检测，检测到故障后还是解决不了。所以，必须从根本上解决这个问题，除非，旋转编码器坏了、线路坏了或PLC坏了，否则，PLC计算的高度就应该真实反映夹盘的当前真实高度。检查程序如图1所示。

发现主程序的第一句有跳转指令，这是为增加“暂停”功能而添加的，按下暂停按钮后，跳过中间的程序处理部分，直接到后面将输出复位。这个跳转指令跳过了Init子程序和HSC4_INIT子程序，对高速计数器的初始和定义就是在HSC4_INIT子程序完成的。

拍下急停按钮后，PLC断电。拍下暂停按钮后，恢复急停按钮，PLC重新上电，开始执行程序，但是Init和HSC4_INIT子程序被跳转过去，所以高速计数器未被初始化。这样当暂停按钮也被恢复后，操作员操作升降电机运行，高速计数器未对旋转编码器的脉冲进行计数，那么夹盘的当前高度就不会随着升降电机的运行而做相应变化。

为什么这种故障这次有，下次又没有呢？这是在急停、暂停按钮都被拍下的时候，操作员先恢复哪一个的顺序问题。如要操作员先恢复了暂停按钮，再恢复急停按钮，那么高速计数器被初始，所以高速计数器能正常工作，由此计算出的夹盘高度也随升降电机运行而相应的变化。

解决方法：将用SM0.1调用的Init和HSC4_INIT子程序放在主程序的第一条，将跳转指令放在它们之后，这样，每次PLC上电，高速计数器都被初始和定义，就不会再发生高速计数器失效故障。（如图2所示）

开始时在主程序第一句的跳转指令，是为了实现暂停功能而添加。暂停是非常实用的一个功能，可以使PLC暂时停止输出，给设备或操作员一定的时间，当条件成立时，再从刚才暂停的地方继续输出，使系统非常灵活。

“差之毫厘，失之千里”，虽然只是简单的调换主程序中网络1和网络2代码的位置，但设备表现的结果却有很大差别，导致无法自动。

5 结束语

这种故障现象并不容易捕捉，比较隐蔽，不是每次都会发生，而是视操作员的操作顺序而定。这要求编写程序时全面考虑、不想当然、尊重科学和现实规律、不要将知识只停留在书本上，对指令的用法有比较深刻的理解，在添加新的功能时，一定要注意程序前后的逻辑关系，新添加的程序不要对原来的程序功能造成影响。有时，程序的执行结果可能不是我们所预料的结果，需要多实践，多发现问题，多积累。