三菱 FX5U 控制伺服驱动器（如三菱 MR-JE/J5、施耐德 Lexium 等）的程序设计，核心是通过脉冲输出控制（位置模式） 或Modbus 通信控制（位置 / 速度 / 扭矩模式） 实现伺服电机的启停、定位、速度调节。以下以最常用的 “脉冲 + 方向” 位置控制为例，从硬件接线、参数配置到 GX Works3 程序编写，提供完整实现方案：
一、前期准备：明确控制模式与硬件匹配
1. 核心控制逻辑
FX5U 通过内置脉冲输出端口（如 Y0/Y1，支持最高 200kHz 脉冲频率）向伺服驱动器发送 “脉冲信号（控制位置）” 和 “方向信号（控制正反转）”，同时接收伺服驱动器的 “伺服就绪（SRV-ON）”“定位完成（INP）” 等状态信号，实现闭环控制。
2. 硬件清单（基础配置）
| 设备 | 功能说明 | 关键参数要求 |
|---|---|---|
| 三菱 FX5U PLC | 脉冲输出与逻辑控制 | 需带内置脉冲输出（如 FX5U-32MR/ES，Y0/Y1 为脉冲输出端） |
| 伺服驱动器 | 接收脉冲信号，驱动伺服电机 | 支持 “脉冲 + 方向” 控制模式（如 MR-J5-40A） |
| 伺服电机 | 执行定位动作 | 需与驱动器匹配（如 HF-KN43J-S100） |
| 连接线 | 脉冲信号 / 状态信号传输 | 脉冲线用屏蔽双绞线（抗干扰），电源线用动力线 |
二、第一步：硬件接线（脉冲 + 方向模式）
需区分 “FX5U→伺服驱动器的控制信号” 和 “伺服驱动器→FX5U 的状态信号”，以三菱 MR-J5 驱动器为例（其他品牌接线逻辑一致，需参考驱动器手册调整端子定义）：
1. 控制信号接线（FX5U 输出→驱动器输入）
| FX5U 输出端子 | 功能 | 伺服驱动器输入端子（MR-J5） | 说明 |
|---|---|---|---|
| Y0 | 脉冲信号（PLS） | CN1-4（PULS） | 脉冲信号正端，可接差分信号（需驱动器支持） |
| Y1 | 方向信号（DIR） | CN1-5（SIGN） | 方向信号正端，高 / 低电平对应正 / 反转 |
| Y2 | 伺服使能（SRV-ON） | CN1-2（SRV-ON） | 高电平使能伺服（必须使能，否则电机不转） |
| 24V+ | 电源正 | CN1-1（DC24V） | 控制信号电源（DC24V，需与 FX5U 共地） |
| GND | 电源地 | CN1-3（GND） | 控制信号地，必须与 FX5U、驱动器共地 |
2. 状态信号接线（驱动器输出→FX5U 输入）
| 伺服驱动器输出端子（MR-J5） | 功能 | FX5U 输入端子 | 说明 |
|---|---|---|---|
| CN1-13（INP） | 定位完成 | X0 | 定位完成时输出高电平（反馈电机到位状态） |
| CN1-14（ALM） | 伺服报警 | X1 | 驱动器故障时输出低电平（需接下拉电阻） |
| CN1-15（RDY） | 伺服就绪 | X2 | 驱动器就绪时输出高电平 |
接线注意事项：
三、第二步：配置伺服驱动器参数（关键！必须与 PLC 匹配）
以三菱 MR-J5 驱动器为例，需通过驱动器面板或调试软件（如 MR Configurator3）设置以下核心参数，确保与 FX5U 的控制模式匹配：
| 驱动器参数 | 参数名称 | 配置值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| Pr001 | 控制模式选择 | 0 | 0 = 位置控制模式（脉冲 + 方向） |
| Pr002 | 位置指令输入方式 | 0 | 0 = 脉冲 + 方向（正脉冲 / 方向信号） |
| Pr003 | 脉冲输入形式 | 1 | 1 = 差分输入（抗干扰，推荐）；0 = 集电极开路 |
| Pr013 | 伺服使能方式 | 0 | 0 = 外部信号使能（FX5U 的 Y2 控制） |
| Pr020 | 电子齿轮比分子 | 1000 | 需根据电机分辨率和负载减速比计算（见下文） |
| Pr021 | 电子齿轮比分母 | 1 | 示例：电机 1000 脉冲 / 转，电子齿轮比 1000/1 → 1000 脉冲 = 电机 1 转 |
| Pr052 | 定位完成宽度 | 10 | 定位误差≤10 脉冲时，INP 信号输出高电平 |
| Pr100 | 报警输出方式 | 1 | 1 = 报警时 ALM 信号低电平（与 FX5U 输入匹配） |
电子齿轮比计算（核心！确保定位精度）
电子齿轮比用于匹配 “PLC 输出脉冲数” 与 “电机实际转动角度”，公式如下：
电子齿轮比（分子 / 分母）=（电机每转脉冲数 × 负载减速比） / 目标脉冲当量
示例：电机 131072 脉冲 / 转，负载减速比 1:1，目标脉冲当量 0.001mm / 脉冲（负载螺距 10mm → 10mm/10000 脉冲 = 0.001mm / 脉冲）：
电子齿轮比 =（131072 × 1） / 10 = 131072/10 → 分子 = 131072，分母 = 10。
四、第三步：配置 FX5U 脉冲输出参数（GX Works3）
打开 GX Works3，新建 FX5U 项目，进入 “参数”→“内置脉冲输出”，配置脉冲输出端口（如 Y0）的参数，确保与驱动器匹配：
1. 基本参数配置
| 参数类别 | 配置值 | 说明 |
|---|---|---|
| 脉冲输出端口 | 端口 0（Y0） | 选择 FX5U 的脉冲输出端口（Y0 或 Y1） |
| 控制模式 | 位置控制 | 与驱动器控制模式一致 |
| 脉冲输出形式 | 差分输出 | 与驱动器 Pr003 匹配（差分输入对应差分输出） |
| 脉冲频率 | 10000Hz（可调整） | 最高支持 200kHz，根据负载速度需求设置 |
| 方向信号输出 | 端口 0 方向（Y1） | 方向信号端子，与接线的 Y1 对应 |
| 方向逻辑 | 正向脉冲时方向信号高电平 | 可根据实际正反转需求调整（如反向则设低电平） |
2. 定位参数配置
| 参数类别 | 配置值 | 说明 |
|---|---|---|
| 定位方式 | 相对定位 / 绝对定位 | 相对定位：从当前位置移动指定脉冲；绝对定位：移动到绝对坐标位置 |
| 加速时间 | 100ms | 电机从 0 加速到目标速度的时间（避免冲击） |
| 减速时间 | 100ms | 电机从目标速度减速到 0 的时间 |
| 定位完成判断 | 外部信号（X0） | 选择驱动器的 INP 信号（X0）作为定位完成判断，提高可靠性 |
五、第四步：编写伺服控制程序（GX Works3 梯形图）
核心逻辑：伺服使能→发送定位指令→等待定位完成→停止 / 下一动作，需用到 FX5U 的 “脉冲定位指令”（如PLSV速度控制、DRVI相对定位、DRVA绝对定位），以下以 “相对定位” 为例（控制电机正转 10000 脉冲，对应负载移动 10mm）：
1. 寄存器分配（便于管理）
| 软元件 | 地址 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 输入 | X0 | 定位完成信号（驱动器 INP） |
| X1 | 伺服报警信号（驱动器 ALM） | |
| X2 | 伺服就绪信号（驱动器 RDY） | |
| X3 | 启动按钮（触发定位） | |
| X4 | 急停按钮（常闭，断开时停止伺服） | |
| 输出 | Y2 | 伺服使能（SRV-ON） |
| 辅助继电器 | M0 | 定位触发标志 |
| M1 | 定位完成标志 | |
| M10 | 伺服报警标志 | |
| 数据寄存器 | D100 | 目标定位脉冲数（如 10000） |
| D101 | 目标运行速度（如 10000Hz，与参数一致） | |
| D102 | 加速时间（100ms） | |
| D103 | 减速时间（100ms） |
2. 梯形图程序（核心逻辑）
ladder
// 1. 伺服报警检测：X1（ALM）低电平→M10=1（报警），复位伺服使能 LD NOT X1 // 驱动器报警时ALM输出低电平 OUT M10 // 报警标志置1 RST Y2 // 报警时断开伺服使能 // 2. 伺服使能控制：急停X4闭合（常闭）+ 无报警（M10=0）+ 伺服就绪（X2=1）→Y2=1（使能） LD X4 // 急停按钮（常闭，正常时闭合） AND NOT M10 // 无报警 AND X2 // 伺服就绪 OUT Y2 // 伺服使能输出 // 3. 定位触发：启动按钮X3按下→M0=1（触发定位），仅触发1次（上升沿） LD PLSR X3 // X3上升沿检测（按下瞬间触发） AND Y2 // 伺服已使能 OUT M0 // 定位触发标志置1 // 4. 相对定位指令（DRVI）：M0=1时，输出D100脉冲，速度D101，加速D102，减速D103 LD M0 DRVI D100 D101 Y0 Y1 D102 D103 // DRVI(相对定位): D100=目标脉冲, D101=速度, Y0=脉冲端, Y1=方向端, D102=加速, D103=减速 RST M0 // 触发后复位M0，避免重复定位 // 5. 定位完成判断：X0（INP）高电平→M1=1（定位完成） LD X0 // 定位完成信号 OUT M1 // 定位完成标志置1 // 6. 定位完成后动作：M1=1时，可触发下一动作（如复位、反转），此处示例复位M1 LD M1 RST M1 // 定位完成后复位标志，等待下次触发
关键指令说明
六、第五步：调试与故障排查
1. 基础调试步骤
2. 常见故障与解决方案
| 故障现象 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 伺服无法使能（Y2 无输出） | 1. 急停 X4 断开；2. 伺服报警 X1 低电平；3. 伺服未就绪 X2 低电平 | 1. 检查急停接线；2. 查看驱动器报警代码（如过流、过压）；3. 确认驱动器参数配置正确 |
| 电机不转（Y2 已使能） | 1. 脉冲输出端 Y0 无信号；2. 驱动器脉冲输入形式不匹配；3. 电子齿轮比错误 | 1. 用示波器测 Y0 是否有脉冲；2. 确认驱动器 Pr003（差分 / 集电极）与 PLC 输出匹配；3. 重新计算电子齿轮比 |
| 定位偏差大 | 1. 电子齿轮比错误；2. 负载打滑；3. 脉冲丢失（干扰） | 1. 核对电子齿轮比公式；2. 检查机械传动（如丝杠、皮带）；3. 脉冲线改用屏蔽双绞线，增加接地 |
| 定位完成信号不触发 | 1. 驱动器 Pr052（定位完成宽度）设置过大；2. X0 接线错误；3. 定位未达目标 | 1. 减小 Pr052 值（如设为 5）；2. 检查 X0 与驱动器 INP 端子接线；3. 监控 D100 脉冲数是否完成 |
