基于三菱FX3U系列PLC的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廖廣益， 崔 靜

（湖北工程職業(yè)學(xué)院， 湖北 黃石 435000）

引言

隨著我國產(chǎn)業(yè)升級和智能制造的鋪開，越來越多的企業(yè)迫切需要提高設(shè)備的自動化程度以提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低人工成本。定位控制在自動化設(shè)備具有通用性，利用控制器發(fā)出脈沖，伺服電機(jī)根據(jù)脈沖的速度和數(shù)量進(jìn)行運(yùn)動，能實(shí)現(xiàn)精確定位，精度達(dá)到毫米，滿足控制精度要求。本平臺三軸方向上的運(yùn)動采用伺服電機(jī)驅(qū)動，控制器是利用三菱FX3U完成，威綸觸摸屏（TK8103iE）對系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成系統(tǒng)參數(shù)的修改和平臺運(yùn)行狀況的監(jiān)控。

1 硬件選型

三菱FX3U系列PLC進(jìn)行定位控制有兩種方法，PLC+特殊功能模塊和PLC獨(dú)立控制。模塊的選用依據(jù)控制的軸數(shù)和精度而定，F(xiàn)X3U-2HSY-ADP模塊用于高速脈沖場合，F(xiàn)X3U-20SSC-H模塊支持SSCNETII網(wǎng)絡(luò)，采用光纖與伺服驅(qū)動器通信，定位精度高，支持2軸插補(bǔ)和直線插補(bǔ)，F(xiàn)X3U-1PG和FX2N-1PG可搭配繼電器輸出的PLC實(shí)現(xiàn)定位控制。上述器件性價(jià)比不夠高，所以選擇FX3U系列帶晶體管輸出的PLC向伺服電機(jī)進(jìn)行定位控制。

2 FX3U控制器簡介

FX3U系列PLC是三菱公司第三代微型可編程控制器，內(nèi)置高達(dá)64 Kbps大容量的RAM存儲器，獨(dú)立3軸100 kHz定位功能（晶體管輸出型）。根據(jù)測試需求，本系統(tǒng)采用PLC型號為FX3U-64MT/ES-A（內(nèi)置32入/32出，晶體管漏型），用于控制X、Y、Z軸伺服電機(jī)。

3 三軸伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

FX3U- 64MT脈沖輸出口通過Y0～Y5輸出脈沖給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器控制三軸的伺服電機(jī)進(jìn)行定位，Y0、Y3控制X軸電機(jī)，Y1、Y4控制Y軸電機(jī)，Y2、Y5控制Z軸電機(jī)，其中Z軸電機(jī)為減速電機(jī)，減速比為3:2，驅(qū)動器型號為MR-J4-100A的額定功率1 kW，驅(qū)動器電源采用三相進(jìn)線，脈沖的形式為脈沖正方向，信號電平為負(fù)邏輯。硬件配置如表1所示：

表1 系統(tǒng)硬件配置

硬件控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 硬件控制系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)中FX3U作為主控單元，觸摸屏通過讀取和修改PLC內(nèi)部相關(guān)寄存器來監(jiān)控三軸的運(yùn)動情況。觸摸屏由按鍵、參數(shù)設(shè)置、手動操作、操作說明、故障信息、故障滾動條六部分組成，按鍵負(fù)責(zé)手動和自動模式切換，手動操作負(fù)責(zé)平臺傳感器調(diào)試及回原點(diǎn)，參數(shù)設(shè)置可存儲三軸位置坐標(biāo)，操作說明用于平臺運(yùn)行說明，滾動信息條用于顯示當(dāng)前故障信息（如下頁圖2所示）。

4 三軸伺服控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)地址定義如下頁表2所示。

圖2 觸摸屏參數(shù)設(shè)置畫面

根據(jù)絲杠螺距、伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速等外部條件，設(shè)定MR-J4伺服參數(shù)，包括分子/分母齒輪比、圈脈沖數(shù)等。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括手動和自動兩種模式，手動模式用于調(diào)試氣缸、各種傳感是否到位；自動模式則根據(jù)各位置的坐標(biāo)值，控制三軸走一定的路徑，其中Z軸帶動一個(gè)機(jī)械手抓取物料，到達(dá)相應(yīng)的位置時(shí)放下物料進(jìn)行加工，物料的傳輸由傳送帶、旋轉(zhuǎn)氣缸、頂升氣缸完成，到達(dá)相應(yīng)工位后，由拉伸氣缸拉到工位，夾緊氣缸夾緊，再進(jìn)行加工。坐標(biāo)位置的標(biāo)號，由MOV指令傳送到D1寄存器保存，用于機(jī)械手的走位。

表2 PLC地址分配

5 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場掛物料測試，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，達(dá)到加工精度要求，具有良好的適用性。

[1]歐元賢，劉旺玉.用PLC實(shí)現(xiàn)對焊接機(jī)器人的控制[J].機(jī)械與電子，2004（12）：70-72.