三菱FX5U在智能装配线高速定位运动优化算法详解

摘要：三菱 FX 系列 PLC 现在常用的有 FX3SA、FX3GA、FX3U、FX5U（IQ-F）这些。这几个系列里对应晶体管型号的主机有轴定位功能。之前的 FX3SA、FX3GA、FX3U 呢，只能让单轴自己跑，没有插补功能。但是 FX5U 主机有简易的直线插补

前言：

FX3SA、FX3GA、FX3U、FX5U这几款PLC的运动控制功能区别

三菱 FX 系列 PLC 现在常用的有 FX3SA、FX3GA、FX3U、FX5U（IQ-F）这些。这几个系列里对应晶体管型号的主机有轴定位功能。之前的 FX3SA、FX3GA、FX3U 呢，只能让单轴自己跑，没有插补功能。但是 FX5U 主机有简易的直线插补。

在用 FX 系列 PLC 做轴定位控制的时候，如果想要插补功能，FX3U 能扩展 FX2N-20GM 模块，这个 FX2N-20GM 支持直线和圆弧插补。FX5U 主机不光支持简易直线插补，还能扩展 FX5-40SSC-S、FX5-80SSC-S 以及 FX5-20PG-P 这三个模块，这三个模块支持直线、圆弧插补之类的动作。

正文：

今天咱们来唠唠三菱 FX5U PLC 在智能装配线上搞高速定位控制的应用。FX5U 可是 FX3U 的升级版，在速度和功能方面那可都有了大提升。咱们一起来瞅瞅咋能把它的性能充分发挥出来，达成精准、高效的运动控制。

FX5U 高速定位的硬件基础
FX5U 里面装了 4 路高速脉冲输出，最高频率能到 200kHz 呢。这就表示它能直接带动 4 轴的步进电机或者伺服电机，用不着额外的定位模块。每个轴都有单独的加减速设定，能做到启停很顺滑。
硬件连接示意图：
FX5U PLC 伺服驱动器
Y0———>PULSE+(脉冲信号)
Y1———>SIGN+(方向信号)
COM3——>PULSE-/SIGN-(共地)
注意事项：一定得用屏蔽电缆，还得把屏蔽层接地，免得有干扰。要是长距离布线，建议用差分驱动器。定位参数设置
用 GXWorks3 软件，把 PLC 参数设置打开，找到“高速 I/O”选项卡。重点留意下面这些参数：

脉冲输出模式：选“PULSE/SIGN”（就是脉冲加上方向）单位设置：按照机械结构挑合适的单位，像“um”（微米）每转脉冲数：依照电机的参数来设，比如说“10000”每转移动量：根据机械传动比去算，比如“5000um”最高速度：设成 200000（200kHz）加速时间和减速时间：根据负载的情况来定，像“100ms”运动控制程序示例
下面是个挺简单的定位控制程序的例子：
LD X0 //启动按钮
SET M0 //设个启动标志
LD M0 //启动标志
DMOV K100000 D0 //设目标位置（100 毫米）
DMOV K50000 D2 //设运行速度（50 毫米/秒）
DMOV K10000 D4 //设加速度
DMOV K10000 D6 //设减速度
DDRIVE P0 D0 //执行绝对定位
RST M0 //复位启动标志
这段程序能做到按下启动按钮后，电机以 50 毫米/秒的速度运动到 100 毫米的位置。运动优化算法
为了能让运动控制更高效，咱们可以用上 S 曲线加减速算法。跟传统的梯形加减速比起来，S 曲线能明显减轻机械冲击，把定位精度提上去。

实现 S 曲线的重点在于加速度变化的时候弄个平滑的过渡。咱们能把加速过程分成三段：

加加速段：加速度从 0 慢慢增加到最大。匀加速段：一直保持最大加速度。减加速段：加速度慢慢减小到 0 。

代码示例：
//S 曲线加速函数
LD M100 //S 曲线启动标志
CALL P0 //调用 S 曲线子程序 P0
LD M100
DMOV K0 D100 //初始速度
DMOV K100000 D102 //目标速度
DMOV K5000 D104 //最大加速度
DMOV K1000 D106 //加加速度
CALL FC1 //调用 S 曲线计算功能块
FEND

注意：S 曲线算法得用更多的计算资源，在实时性要求高的地方得好好琢磨琢磨用不用。

多轴协同控制
FX5U 能支持多轴一起动，可以弄出复杂的运动轨迹。在 XY 平面上实现圆弧插补：
LD X1 //圆弧插补启动
SET M10 //设个圆弧插补标志
LD M10
DMOV K50000 D20 //X 轴圆心坐标
DMOV K30000 D22 //Y 轴圆心坐标
DMOV K20000 D24 //半径
DMOV K45000 D26 //起始角度（45 度）
DMOV K180000 D28 //旋转角度（180 度）
DMOV K10000 D30 //速度
G120 P0 D20 //执行圆弧插补
RST M10 //复位圆弧插补标志