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基于FX2N—20GM和FX3U的三轴伺服控制系统设计

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。

标签：FX2N-20GMFX3U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。

1FX2N-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；②

FX2N-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。