摘要：本文介绍了如何利用编码器结合PLC的高速计数器指令，高速比较置位指令在开门机控制系统上的工程设计改造实例。通过此实例讲述了编码器配合三菱FX1SPLC的高速计数器和高速比较置位指令在实际工程中的灵活应用。
关键词：PLC高速计数器编码器开门机设计改造
一、引言
自动开门机是车库和仓库常用的设备。其控制核心是单轴定位控制。我公司有一台美国马斯特自动开门机，其驱动定位系统是由单片机控制的。因电脑板子的电源部分和几块集成块都被烧掉，又找不到同型号或能代换的集成块，板子无法修复。此控制系统是早期产品，厂家也没有此系统的配件，只能采取改造这一途径。于是我想利用三菱PLC的高速计数器功能结合编码器和三菱PLC的CALL,HSCS应用指令对自动开门机进行程序设计和改造。
二、改造的可行性分析
马斯特开门机的工作原理：该马斯特开门机是利用单片机首先通过加、减、调整三个按钮手动调整好门的上限位和下限位，同时由编码器把门在上限位和下限位时的门的驱动电机的脉冲数送入单片机储存记忆起来。在要开门和关门时按开门或关门的按钮，由带机械离合器的直流电机驱动带动卷闸门上升或下降，在上升到单片机记忆的上限位或下降到单片机记忆的下限位时电机停转，并由机械离合器抱闸制动。
现在的大多数PLC都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足升降的精度要求。利用PLC对驱动电机进行脉冲计数成为可能;而开门机对上升，下将系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过PLC对开门机升降系统驱动电机的上升和下降脉冲数的计算，在升降过程中，让PLC对所接收的两个脉冲数与设定好的两个脉冲数值进行比较，根据比较结果确定是否到达门限，控制电机是否运转。从而保证了门的升降的可行性;所有PLC都具有可擦写的软元件，使软元件中的内容可根据要求随时动态更新。在需要更改上限位和下限位时可把手动调整的上限位和下限位的驱动电机分别的脉冲数存储到PLC的辅助继电器中记忆起来，使用PLC做开门机的电子定位也成为可能。在控制系统中，可以利用原来的24V直流电源(电源部分的电容，二极管有配件，24V电源可修复)作为需要24V的控制系统和直流电机的供给电源。从而简化了直流电源部分。还有可以利用开门机的四个按钮，不需另外增加输入按钮。
三、主要控制部件的选取
(一)PLC的选取
首先确定PLC的输入输出点数及分配情况。开门、关门要分别各用一个输入点，调试要用一输入点，防上限位冲程，防下限位冲程要分别各用一个输入点，停止要用一个输入点，高速计数器要占用两个输入点，合计要用8个输入点。驱动电机正转要用一个输出点，驱动电机反转要用一个输出点，合计要用2个输出点。共计输入8点输出2点。因没有用到PWM脉冲输出，只用继电器控制卷闸门电机的正反转，所以选用继电器输出型，再加上220V电源方便提取，因此要选用交流输入型PLC。在这里我选用三菱的可编程序控制器，由于输入要有8点，输出要2点，所以我选用FX1S-14MR-001，FX1S-14MR-001的输入点有8点，6点继电器输出(交流220V供电)，它带有高速计数器指令，高速计数器等功能，另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，再加上FX1S-14MR-001的性价比高，因此选用FX1S-14MR-001完全可以满足开门机的要求。
开门机需要的输入输出点分配如下：
X0：脉冲输入X1：脉冲输入X2：下降
X3：上升X4：停止X5：调试
X6：防下限位超程X7：防上限位超程Y1：下降
Y2：上升
(二)编码器的选取
编码器的选取要符合两个方面，一是PLC接收的最高脉冲频率，二是进给的精度。我选用旋转编码器，旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，最简单的只有A相。输出两相脉冲的旋转编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源"-"端要与编码器的COM端连接，"+"与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。
我选用的是宜科EB28A4H6微型增量型编码器。编码器EB是宜科的EB系列，A是代表法兰式，4代表轴径4mm,H6代表10V∽30V供电,分辨率是500P/R(每转每相输出500个脉冲)的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机最高转速是1500转/分(25转/秒)、门高是3m。本系统脉冲最高频率=25转/秒×500个/转×2(A/B两相)=25KHz。由于此工程中对编码器的A/B两相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速比较置位指令，则此PLC可处理的最高脉冲频率为60/2=30(千赫)，30千赫大于25千赫，因此满足要求。
四、PLC程序的编写
此工程中程序的难点主要在于数据的记忆与比较处理上。在开门机工作过程中，要用一个上升按钮或下降按钮分别设定上限位和下限位，还要用同一个上升按钮或下降按钮来控制门的上升和下将。
为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器C235和C236。C236通过增、减计数方式计算上升、下降进行的脉冲数，再把上升、下降的脉冲数分别储存到PLC的数据寄存器D210,D200中。C235用于计数正常工作中的上升、下降脉冲数。当门下降时，C235减计数的脉冲数等于D200中的数据时，M50常闭触点断开，下降到位自动停止。当上升时，C235增计数的脉冲数等于D210中的数据时，M60常闭触点断开，上升到位自动停止。
设定上、下门限的控制程序段见下图：
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开、关门动作的控制程序段见下图：
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另外，还要用到子程序调用指令：CALL，SRET。在进行门的上下限设定时就调用设定上下门限的控制程序段，设定完成后返回主程序执行。
PLC与编码器的接线图如下：
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五、操作说明
在设定下限门限位时，要先按住X5,再按X2点动门到合适的下限位置时，先松掉X2，在没设定下限门限位时不能松掉调试按钮X5;在设定下限门限位时，也要先按住调试按钮X5，再按X3点动门到合适的上限位置，再松掉X3，最后才能松掉X5.在设定门限的动作中千万不要松开X5。否则不能完成设定门限记忆。在工作中按停止，驱动电机中间停止，或紧急停止。在门停止时，由开门机原本有的机械离合器自动制动停机，并锁住电机轴，确保卷闸门不会因自身重量掉下来。还有，利用了它以前配有的手动链条离合器，在控制系统坏了，或没电时，可以用手拉动链条，使离合器分离，并带动电机主轴旋转，从而带动门的主轴旋转，完成开门或关门动作。在开门或关门过程中，都有程序定位保护，当门开或关到程序记忆的数值时使电机停止，完成开门或关门动作，但万一系统故障没有停机时，还有加装在门上档和门的下档的两个限位超程开关可完成停机动作，确保门不会冲出外面或门顶牢地面而使电机过载。还有在电机主电路有短路和过载保险进行保护。
六、结束语
通过上述的设计改造过程，我只花了一千来块就能替代5千多元的开门机系统，并能完全恢复了我厂开门机的功能。解决了要急于使用卷闸门而开门机故障不能使卷闸门打开的紧急问题。由这个应用实例可以看出利用编码器结合PLC的高速计数器、传送指令，合理的进行应用，可以作为具有记忆功能的电子限位使用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统最优的性价比。