三菱 FX5U PLC 控制 4 台步进电机（带编码器）实操方案

三菱 FX5U PLC 凭借内置 4 轴高速脉冲输出（最高 200kHz）、高精度高速计数功能，可直接实现 4 台步进电机的闭环定位控制（编码器反馈修正），适配分拣、搬运、多轴联动等工业场景。以下是硬件配置、参数设置、程序框架、闭环逻辑及调试要点，覆盖 “开环基础控制” 到 “闭环精度修正” 全流程。

一、核心需求与硬件配置

1. 核心控制需求

• 4 台步进电机独立 / 联动控制，支持点位定位、速度调节；

• 编码器实时反馈电机实际位置，修正步进丢步导致的定位偏差；

• 支持急停、限位保护、原点回归等安全逻辑；

• 定位精度≤±0.1mm（适配丝杆 / 同步带传动）。

2. 硬件清单（4 轴配置）

3. 硬件接线（单轴示例，4 轴同理）

（1）脉冲 + 方向控制接线（FX5U→步进驱动器）

FX5U 内置脉冲输出为差分信号，需与驱动器差分输入匹配：

• 注：轴 2/3/4 分别对应 Y2/Y4、Y3/Y5（FX5U-64MT 脉冲输出轴：轴 1=Y0/Y1，轴 2=Y2/Y3，轴 3=Y4/Y5，轴 4=Y6/Y7）。

（2）编码器反馈接线（编码器→FX5U 高速计数器）

编码器 AB 相接入 FX5U 高速计数器（HSC），4 轴编码器对应 4 路 HSC：

• 编码器电源：DC24V（PLC 内置 24V 或外部电源），编码器 GND 与 FX5U GND 共地，减少干扰。

（3）限位 / 急停接线

• 急停按钮（常闭）→ X10，断开时触发所有轴紧急停止；

• 每轴正向限位→ X11/X13/X15/X17，反向限位→ X12/X14/X16/X18，触发时停止对应轴运动。

二、核心原理：闭环修正逻辑

步进电机开环控制易因负载过大丢步，通过编码器反馈实现位置闭环修正：

1. 指令位置：PLC 通过定位指令（DRVI/DRVA）发送目标脉冲数（对应位移）；

2. 实际位置：编码器反馈脉冲经高速计数器计数，换算为电机实际位移；

3. 偏差计算：对比指令位置与实际位置，若偏差＞阈值，PLC 发送补偿脉冲修正；

4. 实时调速：通过编码器脉冲频率计算电机实际转速，与目标转速对比，动态调整输出脉冲频率。

三、参数配置（GX Works3 软件）

1. 脉冲输出参数设置

1. 打开 GX Works3，新建 FX5U 项目，进入「PLC 参数」→「内置定位功能」；

2. 启用 4 轴脉冲输出（轴 1~ 轴 4），参数设置：

   参数项	设置值	说明
   控制方式	脉冲 + 方向	匹配步进驱动器控制模式
   脉冲输出形式	差分输出	抗干扰能力强
   最大输出频率	100kHz（示例）	低于步进驱动器最大响应频率
   加减速时间	0.1s（示例）	避免电机启动冲击

3. 保存参数并下载到 PLC，重启 PLC 生效。

2. 高速计数器参数设置

进入「PLC 参数」→「高速计数器」，启用 C235~C238（对应 4 轴编码器）：

• 计数模式选 “AB 相相位差”，可自动识别电机正反转，无需额外方向判断。

四、程序编写（梯形图 + 结构化文本，GX Works3）

1. 变量定义（数据寄存器 D）

2. 核心程序段

（1）急停与限位保护（优先级最高）

ladder

// 急停触发（X10=急停按钮，常闭）
LD X10
ANI M800
OUT M800
RST Y0
RST Y1
RST Y2
RST Y3
RST Y4
RST Y5
RST Y6
RST Y7  // 切断所有轴脉冲输出

// 轴1限位保护（X11=正向限位，X12=反向限位）
LD X11
OUT M110
LD X12
OUT M111
LD M110
OR M111
RST Y0
RST Y1  // 轴1停止

// 轴2/3/4限位逻辑同轴1，替换对应X/Y/M地址

（2）编码器反馈采集（高速计数器）

ladder

// 轴1编码器采集（C235）
LD M8000
MOV C235 D110  // 实时读取编码器脉冲数存入D110

// 轴2（C236）、轴3（C237）、轴4（C238）同理
MOV C236 D210
MOV C237 D310
MOV C238 D410

（3）开环定位指令（DRVI，相对定位）

ladder

// 轴1启动定位（X00=轴1启动按钮）
LD X00
ANI M800
ANI M110
ANI M111
DRVI D100 D140 Y0 Y1  // DRVI 目标脉冲 速度 脉冲端 方向端
// DRVI指令说明：相对定位，Y0输出脉冲，Y1输出方向，完成后M8029置1

// 轴2（X01）、轴3（X02）、轴4（X03）同理
LD X01
ANI M800
ANI M210
ANI M211
DRVI D200 D240 Y2 Y3

LD X02
ANI M800
ANI M310
ANI M311
DRVI D300 D340 Y4 Y5

LD X03
ANI M800
ANI M410
ANI M411
DRVI D400 D440 Y6 Y7

（4）闭环偏差修正（核心逻辑）

ladder

// 轴1偏差计算与补偿
LD M8000
ANI M800
SUB D100 D110 D120  // 偏差=目标-实际
ABS D120 D120       // 取绝对值
CMP D120 D130 M120  // 对比偏差与阈值
LD M120             // 偏差>阈值，触发补偿
DRVI D120 K50 Y0 Y1 // 以50kHz速度补偿偏差

// 轴2/3/4偏差修正逻辑同轴1，替换对应D/M地址

（5）原点回归（调试必备）

ladder

// 轴1原点回归（X04=原点回归按钮）
LD X04
ANI M800
ZRN K0 K100 Y0 Y1   // ZRN 原点偏移 速度 脉冲端 方向端
// ZRN指令：找原点开关（X19），触发后减速停止，清零计数器

3. 结构化文本（ST）优化（多轴联动）

若需 4 轴联动（如插补），用 ST 语言更高效，示例：

st

/ 轴1定位与补偿
IF X00=TRUE AND M800=FALSE AND M110=FALSE AND M111=FALSE THEN
    DRVI(D100, D140, Y0, Y1); // 相对定位
END_IF;

// 偏差补偿
D120 := D100 - D110;
IF ABS(D120) > D130 THEN
    DRVI(D120, 50, Y0, Y1);
END_IF;

// 轴2-4联动逻辑
IF X10=TRUE THEN // 联动启动
    DRVI(D200, D240, Y2, Y3);
    DRVI(D300, D340, Y4, Y5);
    DRVI(D400, D440, Y6, Y7);
END_IF;

五、调试要点与常见问题

1. 调试步骤（从单轴到多轴）

1. 空载调试：

• 断开电机负载，单轴发送小脉冲数（如 1000），观察组态编码器反馈是否与目标一致；

• 逐步提高速度，检查电机是否丢步（偏差是否≤阈值）。

2. 带载调试：

• 接入负载（丝杆 / 同步带），设定偏差阈值（如 50 脉冲），触发补偿后检查定位精度；

• 测试急停、限位功能，确保触发后电机立即停止。

3. 多轴联动调试：

• 设定联动路径（如轴 1 + 轴 2 同步运动），检查各轴偏差是否同步修正，无累计误差。

2. 常见问题与解决

3. 优化建议

• 抗干扰处理：脉冲 / 编码器线缆用屏蔽线，单端接地（靠近 PLC 端），远离变频器主回路；

• 电子齿轮比换算：通过 D8300~D8303 设置电子齿轮比，将实际位移（mm）转换为脉冲数（如 1mm=100 脉冲）；

• 多轴同步：使用 FX5U 的「同步控制指令（SYNC）」，实现 4 轴位置 / 速度同步，减少联动偏差。

六、扩展功能：触摸屏交互

通过三菱 GS2110 触摸屏绑定 PLC 寄存器，实现：

1. 参数设定：直接修改各轴目标脉冲数、速度、偏差阈值；

2. 状态监控：实时显示各轴实际位置、偏差、运行状态；

3. 手动控制：触摸屏按钮实现单轴点动、原点回归、急停；

4. 报警显示：触发限位 / 急停 / 偏差超限后，弹窗提示并记录日志。

总结

三菱 FX5U 控制 4 台步进电机（带编码器）的核心是：

1. 硬件匹配：脉冲输出 / 高速计数端子与驱动器、编码器正确接线；

2. 参数配置：启用定位功能和高速计数器，匹配电机 / 驱动器特性；

3. 程序逻辑：开环定位 + 闭环偏差修正，优先保障急停 / 限位安全；

4. 调试优化：从单轴空载到多轴带载，逐步调整速度、补偿阈值，确保精度。

该方案兼顾开环控制的简单性和闭环控制的高精度，适配多数工业多轴定位场景，若需更高精度（如 ±0.01mm），可替换为伺服电机，程序逻辑仅需调整定位指令和参数，核心闭环修正逻辑通用。