1 结构原理 清棉机的任务是对经过初步开松和混和的原棉进行精细开松，并除去其中的杂质。FA109型三辊筒清棉机结构如图1所示。该机的清棉系统由3只直径相同，依次为粗针、粗锯齿和细锯齿辊筒组成，并附有除尘刀和分梳板[1,2]。其速度可根据原料的等级进行调整，控制速度按1.7∶1的比例递增，根据给棉情况，由交流变频器进行无级调速，以利于纤维的开松和转移[3,4]。该机主控单元为SZ⁃4（即DL205）型可编程控制器，配有1块Z⁃16D2输入模块，2块Z⁃8TR1输出模块，1块Z⁃CTIE高速计数模块，1块Z⁃4AD24通道模拟量输入模块。生产过程各种信息和工艺参数可在触摸屏上显示与设定。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.012.F001 图1 FA109A型清棉机的结构图 1-打手3电动机；2-打手2电动机；3-打手1电动机；4-给棉电动机；5-输棉帘；6-压棉罗拉；7-SQ4棉层超厚检测；8-上下给棉罗拉；9-SQ1门限；10-打手测速开关；11-出棉口 2 故障现象 某企业在消化吸收了国外先进技术的基础上[5]，研制的清梳联以其质优、价廉、高产得到用户和专家的好评，某纺织厂长期使用该清梳联，其中FA109型清棉机在使用过程中出现第二打手胶带断后打手停止旋转，触摸屏还是显示正常速度且给棉正常，导致设备噎车,使打手梳针损坏。 3 原因分析 检查电气部分没有发现问题，怀疑PLC内部损坏，可在另外1台FA109型清棉机上试验，去掉第二打手接近开关后速度仍然不变。判定并非是普通的电气故障，而是设备程序有问题。与打手测速相关的电路如图2所示。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.012.F002 图2 原打手测速电路图 在图2中可以看到，设备有3个打手测速接近开关B1、B2、B3，PLC的测速计数模块Z⁃CTIE为2通道计数模块[6,7]，由于该SZ⁃4型PLC只能使用1块计数模块，因此转速最高的第三辊筒测速接近开关所测脉冲数送入计数模块的第一通道，第一和第二辊筒测速接近开关所测脉冲数送入计数模块的第二通道。Z⁃CTIE只有1个通道AB相或2通道单相输入高速计数器，无法满足设备要求，用一个继电器K10切换使第一打手和第二打手共用一个高速计数器。观察设备运行情况，K10继电器在启动和运行过程中一直吸合，不知道B2接近开关到底起什么作用。 电话咨询该企业技术人员，技术人员答复:最初由于Z⁃CTIF计数器模块只有2路高速计数，而选用四路高速计数模块Z⁃02Z价位太高，就设计用K10继电器每隔5 s切换一次B1、B2输入。设计开始没有发现有问题，后来用户反应与K10连接的PLC输出模块继电器触点频繁损坏（10 s吸合/断开一次，1年工作6 000 h就动作216万次）。在2003年就在程序上改为K10常闭，不再对第二打手测速，程序上显示的第二打手速度是第一打手速度×1.7得到的数据，所以第二打手即使不转速度也会显示。2005年改为西门子S7⁃226PLC，不再存在类似问题。 4 改进方法 基于厂家介绍的情况，如要克服以上故障,似乎只有更换PLC重新编写程序，但这样一来成本较高。那么能不能利用现有PLC加以改进呢?仔细分析发现，打手一的速度比较低，在600 r/min左右，用笔记本电脑查看FA109型清棉机的扫描时间在12 ms/次，接近开关脉冲60个/s，周期在16 ms，如果用普通计数器对第一打手计数基本可行。后通过修改PLC程序，去掉一些没有用的级式程序后扫描时间缩短到7 ms/次~10 ms/次，后试验用普通计数器对打手一测速，显示测试速偏低（打手实际速度630 r/min显示500 r/min左右）。PLC扫描时间无法继续降低，如果降低每秒打手脉冲数量（以前6脉冲/周），需要重新制作与接近开关对应的信号盘。后查阅Z⁃CITF说明书发现以下内容。 使用SZ⁃4型PLC时 加减计数器 1点 （90°相位差2相信号 /加、减个别信号 5 kcps、24段设定） 加法计数器 2点 （5 kcps、24段设定） 外部中断输入 4点 （0.1 ms脉冲） 脉冲捕捉输入 4点 （0.1 ms脉冲） 普通输入 4点 （带软件滤波） 脉冲输出 1点 （40 kcps~50 kcps） 从上面内容可以看到，Z⁃CTIF模块在SZ⁃4 CPU模块下可以实现1路A/B 5 KHz或2路加法5 KHz计数；也可设置后当作4路外部中断输入（1 KHz）。由于FA109型清棉机最高打手速度也不会超过4 000 r/min，折合接近开关脉冲400脉冲/s，完全可以利用Z⁃CTIF中断代替高速计数器来实现同时对3路打手测速功能。改中断后Z⁃CTIF模块接线如图3所示，K10继电器拆除不用。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.012.F003 图3 改进后打手电路接线图 程序修改部分如下：修改Z⁃CTIF模块为4路中断输入。 原程序： LDS K10 OUTW R7633∥设置R7633=K10，设置模块为加法计数。 LDC K10001 OUTD R7634∥设置 I0/I1输入为0001—加法计数，绝对值设定值方式。 LDC K70007 OUTD R7636∥设置 I2/I3输入为0007—外部复位输入（计数用，无中断）。 LDS K40 OUTW R7633∥设置R7633=K40，设置模块为中断。 LDC K40004 OUTD R7634∥设置 I0/I1输入为0004—中断输入。 LDC K40004 OUTD R7636∥设置 I2/I3输入为0004—中断输入。 这样该模块的C0⁃C3就变成外部中断输入，下一步设计中断子程序。在中断子程序中，在I0（I1/I2）上升沿对R3000（R3100/R3200）寄存器加一，随后可以每隔5 s取出后乘以2就是打手1的转速。修改后中断子程序梯形图如图5所示。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.012.F004 图4 修改后设置中断程序梯形图 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.012.F005 图5 修改后中断子程序梯形图 5 结语 经过对Z⁃CTIF模块计数方式的重新设计，在不增加成本的基础上，取消了K10继电器，对接线相应做了调整，仅改写了控制程序就圆满解决了设备设计上的先天缺陷。经使用表明，设备能长期稳定运行，并且杜绝了以前经常发生的故障，设备改进获得了成功。