摘要：伺服电机是运动控制系统中常用的驱动元件。本文介绍利用FX2N-20GM和FX3U对三轴运动平台控制的原理、方法，其中FX2N-20GM控制平台XY轴电机，FX3U控制Z轴电机。测试结果表明，控制系统运行稳定、定位精度高，具有广泛通用性。
　　关键词：FX2N-20GM FX3U 三轴伺服控制 运动平台
　　0 引言
　　三轴运动平台因其具有高度的通用性、适用性在工业领域有广泛的应用，为工业生产率及其自动化水平的提高做出重要贡献。伺服电机因其精度高、转速快、适应性强、稳定性高等特点在控制领域得到广泛应用。本平台三轴方向上的运动采用伺服电机驱动，控制器是利用三菱FX3U控制器和FX2N-20GM定位模块。其中FX2N-20GM定位模块控制平台XY轴，FX3U控制Z轴同时作为定位模块的上位机和系统的主控单元。威纶触摸屏（TK6070I）对系统实时监控，完成系统参数的修改和平台运行状况的监控。
　　1 FX2N-20GM定位模块和FX3U控制器简介
　　为了满足运动平台高速、高精度的定位要求，本系统采用FX2N-20GM 定位模块用于驱动XY轴方向的伺服电机。FX2N-20GM 定位单元具有如下特性：①FX2N-20GM可同时控制2根轴进行，可进行直线插补和圆弧插补；②FX2N-20GM可脱离PLC而单独运行；③可以输出最高200kHz的脉冲串，插补时为100kHz；④FX2N-20GM具有绝对位置检测功能和手动脉冲发生器的连接功能；⑤可用流程图形式的编程软件（FX-VPS-E），开发可视化的程序。
　　FX3U系列PLC是三菱公司第三代微型可编程控制器，内置高达64K大容量的RAM存储器，内置业界高速处理0.065μS/基本指令，独立3轴100kHz定位功能（晶体管输出型）。本系统采用PLC型号为FX3U-48MT/ES-A（内置24入/24出，晶体管漏型），用于控制运动平台Z轴方向伺服电机。
　　2 三轴伺服控制系统的硬件设计
　　FX2N-20GM脉冲发生单元，通过给X轴，Y轴伺服电机驱动器发脉冲，控制两台伺服电机，可实现两轴（XY轴）精确定位。三菱FX3U-48MT高速脉冲输出端口Y2向Z轴伺服电机驱动器发脉冲，实现Z轴精确定位。系统选用FX2N-48MT作为主控单元，利用连接电缆FX2N-GM-5EC实现FX3U与20GM之间的数据交换。威纶触摸屏（TK6070I）与FX3U-48MT通讯连接，用于系统参数设定和运行情况监控。
　　根据运动平台丝杠螺距、伺服电机额定转速、系统速度限制等外部条件，设定FX2N-20GM相关参数，包括定位参数I/O参数和系统参数。系统的软件设计包括PLC控制程序和20GM的定位程序编写两部分，其中20GM程序编写主要针对XY轴伺服电机控制，PLC程序编制主要完成Z轴伺服电机的控制。利用PLC的FROM指令可以把20GM的#BFM中存储的内容读到PLC中，利用TO指令可以把PLC的寄存器中内容写#BFM中。20GM的各种参数也和特殊功能寄存器相对应两个单元连接后，通过对#BFM的读写可以设定诸如位移操作速度之类的定位数据，也可以设定定位单元的参数，还可以监控当前位置。20GM提供了丰富的指令方便用户对电机的控制，定位程序由cod定位指令和顺序指令m码组成。cod指令实现定位操作，如cod02代表顺时针圆弧插补定位，顺序指令用来逻辑运算和程序控制，如AND代表串联连接CJ代表条件转移等，m码用来驱动各种协助定位操作的辅助设备。
　　4 结束语
　　根据实际要求，可在Z轴固定不同机构，通过PLC和20GM的混合编程可实现复杂的运行动作。经过现场测试，系统运行稳定、定位精度高，具有广泛通用性。
　　参考文献：
　　[1]巫莉.电气控制与PLC应用[M].北京：中国电力出版社，2008.
　　[2]王月芹.基于PLC机械手控制系统设计与实现[J].机电产品开发与创新，2011.05.
　　[3]薛永风等.基于FX2N-20GM的双轴步进控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2011.09.
　　[4]三菱FX2N-10GM-20GM编程手册.
　　基金项目：*江苏省常州市科技支撑计划项目（CE20120088）。
　　作者简介：岳东海（1974-），高级工程师，研究方向：机电控制技术。