“步進”程序設計中由手動模式切換到自動模式引發的誤動作問題的產生原因及解決方法

張益民 孫柏林 宋曉東

北方華安工業集團公司總裝二廠 黑龍江齊齊哈爾 161046

1 問題的提出

我公司自法國引進的鉆孔機采用“步進”程序設計，具體工作流程是：托盤由上料工位上料，每個托盤裝有4個工件，然后鉆孔間室內軌道電機正傳，把托盤傳送至防爆鉆孔工作間內，托盤壓合托盤到位開關SQ431→鉆孔間室內軌道抬起壓合軌道抬起到位開關SQ191→關防爆門壓合防爆門關到位開關SQ171→下橫梁上升壓合下橫梁上升到位開關SQ161→托盤旋轉使工件到達鉆孔工位，對第1個工件鉆孔→托盤旋轉使第2個工件到達鉆孔工位，對第2個工件鉆孔→托盤旋轉使第3個工件到達鉆孔工位，對第3個工件鉆孔→托盤旋轉使第4個工件到達鉆孔工位，對第4個工件鉆孔→托盤旋轉至壓合托盤旋轉一周到位開關SQ8→下橫梁下降壓合下橫梁下降到位開關SQ160→打開防爆門壓合防爆門開到位開關SQ170→鉆孔間室內軌道下落壓合軌道落下到位開關SQ190→鉆孔間室內軌道電機反傳，把托盤傳送至防爆鉆孔工作間以外→再由室外軌道電機把托盤傳送至下料工位下料，然后再上料，再下料，反復工作。

可是實際生產中，經常出現“托盤已經到位，但是托盤到位行程開關SQ431沒有壓合上，或者其它開關損壞，或者鉆孔間室內軌道抬起電磁閥YV191閥體出現故障、YV191線圈損壞等原因都造成鉆孔間室內軌道不能抬起，防爆門也關不上，結果設備停止了自動運行，不能完成后續的鉆孔工作”的現象。

于是，操作工人必須到防爆鉆孔工作間內去更換、調整開關，或者檢修電磁閥閥體、更換電磁閥線圈。

鉆孔工作間屬于高危險場所，按照安全生產的有關法律、法規規定，必須把自動運行模式切換到手動運行模式以后，工人才能進入防爆鉆孔工作間，否則，在自動運行模式下，操作工人是絕不允許進入鉆孔工作間的，我們火工區的鉆孔工作間之所以設置防爆門和防爆墻，就是因為在自動運行模式下，隨時有可能出現火災、爆炸事故的危險。

每次操作工人進入防爆鉆孔工作間檢修完畢，操作工人都以為由手動模式再切換至自動模式以后，設備就會自動按照程序繼續往下進行。然而，實際發生的奇怪現象卻是，每次由手動模式切換至自動模式以后，鉆孔間室內軌道抬起，然后關防爆門，可是沒等防爆門關到位，防爆門卻馬上又被自動“開”到位了，然后鉆孔間室內軌道開始下落，沒有等到鉆孔間室內軌道下落到壓合軌道落下到位開關，鉆孔間室內軌道又馬上抬起，鉆孔間室內軌道抬起到位后，又馬上關防爆門了，沒等防爆門關到位，防爆門又馬上打開了，反復不停地重復這一誤動作。我們聽到幾百斤重的鋼鐵防爆門像打機關槍一樣一個勁兒不停地叮咣叮咣的響，觀察的現象是鋼鐵防爆門一個勁兒地“伸出后馬上后縮回去，縮回去后又馬上伸出”，防爆門不停地晃動；同時鉆孔間室內軌道不停地重復“抬起后又馬上落下，落下后又馬上抬起”這一誤動作。每次這樣由手動運行模式再切換至自動運行模式以后，都會出現這種誤動作。并且，因為我們始終無法查清這個采用“步進”程序設計，所導致的“由手動模式切換到自動模式引發的誤動作”問題產生的原因，所以始終沒有辦法根除此誤動作，結果使此誤動作存在了20多年之久。另外，此類誤動作問題在我公司其他使用“步進”程序設計的設備上同樣出現過許多次。就不一一敘述了。

鉆孔間室內軌道起落開關，如圖1所示。幾百斤重的鋼鐵防爆門反復“關又開、開又關”，鋼鐵防爆門開合示意圖，如圖2所示。

圖1 鉆孔間室內軌道起落開關圖

圖2 鋼鐵防爆門開合示意圖

2 以下是“修改”前的部分程序（見圖3）

圖3 “修改”前程序總圖

3 采用“步進”程序設計中可能出現“由手動模式切換到自動模式引發的程控設備誤動作”問題的產生原因

防爆門關的輸出電信號和鉆孔間室內軌道抬起的輸出電信號都在步程序STEP HR0.01中，而防爆門開的輸出電信號和鉆孔間室內軌道落下的輸出電信號都在步程序STEP HR0.03中，防爆門關的輸出電信號只在步程序STEP HR0.01中有，沒等防爆門關到位，防爆門卻馬上又被自動打開了，證明首先防爆門關的輸出信號被由1變成了0，然后防爆門開的輸出信號由0變成了1。而鉆孔間室內軌道抬起后馬上落下，也證明了首先鉆孔間室內軌道抬起的輸出信號被由1變成了0，然后防爆門落下的輸出信號被由0變成了1。

防爆門開、關和鉆孔間室內軌道抬起、落下都是置位信號，正常情況，一旦關防爆門，防爆門關的輸出信號就被置“1”，必須防爆門關到位開關SQ171壓合后，防爆門關的輸出信號才可以置“0”。一旦鉆孔間室內軌道下落，就證明鉆孔間室內軌道下落的輸出信號被置“1”，必須鉆孔間室內軌道下落到位開關SQ190壓合后，防爆門落下的輸出信號才可以置“0”。沒等防爆門關到位，防爆門卻馬上又被自動打開了，證明實際防爆門關到位開關SQ171并沒有壓合，防爆門關的輸出信號YV171就由1變成了0，同樣，沒有等到鉆孔間室內軌道下落到壓合室內軌道落下開關SQ190，鉆孔間室內軌道又馬上抬起，證明實際鉆孔間室內軌道落下到位開關SQ190并沒有壓合，鉆孔間室內軌道下落的輸出信號YV190就由1變成了0，如果只進行了一個程序“步”，或者說如果在一個程序“步”里，那么，就只能通過壓合防爆門關到位開關SQ171把防爆門關的輸出信號置0，只能通過壓合鉆孔間室內軌道落下到位開關SQ190把鉆孔間室內軌道下落的輸出信號置0，如果只進行了一個程序“步”，如果在一個程序“步”里，因為實際到位開關SQ171和SQ190并沒有壓合，所以就不可能發生輸出信號YV171和YV190都被置0的事。

而現在既然發生了到位開關SQ171和SQ190并沒有壓合，而輸出信號YV171和YV190都被置0的事，就證明實際運行了兩個程序“步”，既運行了步程序STEPHR0.01，又運行了步程序STEP HR0.03。

先運行了STEP HR0.01，關防爆門，而實際防爆門關到位開關SQ171并沒有壓合，防爆門關的輸出信號YV171就由1變成了0，并且防爆門開的輸出信號YV170也由0變成了1，是因為這時運行了步程序STEP HR0.03，所以結束了STEP HR0.01，使步程序STEP HR0.01中的所有輸出信號都被置0，所以防爆門關的輸出信號YV171就由1變成了0。因此更證明了不是開關SQ171把防爆門關的輸出信號YV171置0的，這就是實際防爆門關到位開關SQ171并沒有壓合，防爆門關的輸出信號YV171卻由1變成0的原因。 而防爆門開的輸出信號YV170只在STEP HR0.03中才有，在STEP HR0.01中并沒有輸出信號YV170，而防爆門關的輸出信號YV171只在步程序STEP HR0.01中才有，在步程序STEP HR0.03中并沒有輸出信號YV171，所以關防爆門就證明運行了STEP HR0.01，開防爆門就證明運行了STEP HR0.03，反復開、關防爆門，就證明反復交替運行了STEP HR0.03和STEP HR0.01。同樣，先運行了STEP HR0.01，使鉆孔間室內軌道抬起，又馬上運行了STEP HR0.03，使鉆孔間室內軌道下落，再沒等鉆孔間室內軌道下落到位，又運行了STEP HR0.01，使鉆孔間室內軌道再次抬起，又再次落下，也是這個道理。可是，按照許多程控系統的程序設計的慣例，正常程序都應該先運行STEP HR0.01，再運行STEP HR0.02，然后才能運行STEP HR0.03。那么，為何會不運行STEP HR0.02，而只是反復交替運行步程序STEP HR0.01和STEP HR0.03？其原因很有必要探討。

本例采用歐姆龍“步進”程序設計，在宋伯生的《PLC編程理論·算法及技巧》第256頁有以下論述：“歐姆龍步指令的特點是，可從任何一個步號進入，哪一位0N，步即從哪一步開始，不一定非從第一位開始，轉入新步后，舊步先復位，然后啟動新步，新步和舊步不同時0N，但總有一個0N。舊步復位后，其所有輸出均復位”。

由手動模式切換至自動模式以后，這時壓合了托盤到位開關SQ431，SQ431為1，使SNXT HR0.01條件得到滿足。由手動切換至自動的時候，托盤并沒有旋轉，托盤旋轉一周到位信號SQ8根本不可能取得上升沿，正常情況下SNXT HR0.03無法滿足。可是，在手動切換至自動的瞬間，由于“電磁干擾造成二線制傳感器SQ8漏電流過大，導致程控系統錯誤地收到SQ8由0為1的輸入信號的原因，或者其它原因”，都導致程控系統瞬間錯誤地收到了SQ8的上升沿，因此使SNXT HR0.03條件也得到滿足，于是兩個條件SNXT HR0.01和SNXT HR0.03同時存在，而同一時間卻只能運行一個步程序，同一時間只能有一個步0N。

由手動模式切換到自動模式時，首先運行了STEP HR0.01，使室內軌道抬起，此時防爆門開到位開關SQ170為1，防爆門關到位開關SQ171沒有壓合，使關防爆門輸出信號20.05為1，因此就關防爆門。因為由手動模式切換到自動模式時，防爆門開到位開關SQ170為1，所以防爆門開輸出信號20.04被置0，所以無法開防爆門，所以STEP HR0.03無法運行。關防爆門后，防爆門開到位開關SQ170為0，無法對防爆門開輸出信號20.04置0，此時SQ431、SQ191、SQ160，3個信號都為1，防爆門開輸出信號20.04被置1，所以沒等關到位防爆門就被打開，因此STEP HR0.03條件具備就運行了STEP HR0.03。

防爆門開到位后，室內軌道下落，SQ191沒有壓合，使室內軌道抬起輸出信號20.02為1，這時STEP HR0.01條件具備又運行了STEP HR0.01，再次抬起鉆孔間室內軌道、關防爆門。然后再開防爆門、再次落下室內軌道。因此一直循環反復地運行STEP HR0.01和STEP HR0.03，始終不能運行STEP HR0.02，始終不能完成鉆孔工作，這就是誤動作產生的原因。

4 采用“步進”程序設計中可能出現“由手動模式切換到自動模式引發程控設備誤動作”問題的解決方法

（1）可以采用手動模式，把STEP HR0.01的所有動作完成，直到SQ161為1后，再打到自動模式，這時即使誤產生了SQ8的上升沿，因為此時下橫梁下降到位開關沒有壓合，SQ160為0，不能運行STEP HR0.03，這時SQ431為0，不能運行STEP HR0.01，這時只能運行STEP HR0.02，就可以消除此誤動作。

（2）還可以修改程序消除誤動作。

圖4 修改后的程序

如圖4，修改程序后，即使由手動模式切換至自動模式誤產生了SQ8的上升沿，因為這時SQ171為0，不能運行STEP HR0.03，只能運行STEP HR0.01，再運行STEP HR0.02，等到實際取得SQ8的上升沿時，SQ171為1才運行STEP HR0.03，因此可以消除此誤動作。

5 結語

在我國許多工程都采用“步進”程序設計，例如，西門子程控系統、三菱程控系統、ABB集散程控系統、歐姆龍程控系統等國內外著名的程控系統中都有步進指令。筆者在多年的程控設計和實際程控設備維修中發現，采用“步進”程序設計經常會出現“由手動運行模式切換至自動運行模式以后，不運行第2步，而只是反復交替運行第1步和第3步”等等多種誤動作現象，而此類誤動作產生原因往往難以查找并導致難以根除此類誤動作。例如，本例誤動作已經存在20多年之久，并且在我公司，還有其他此類誤動作也都存在了20多年之久。

此類誤動作產生的原因是“由手動運行模式切換至自動運行模式以后，這時，使兩個步的條件同時存在，但只能有一個步0N，因此導致循環反復地運行兩個步程序，始終不能運行其它步程序，并引發誤動作”。以上就是采用“步進”程序設計中由手動模式切換到自動模式引發的程控設備誤動作問題的產生原因及其解決方法，所以在采用“步進”程序設計時，應考慮可能由此出現誤動作所造成的各種不良影響并采取措施消除誤動作。