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在工业自动化领域，台达 5U 系列 PLC（如 DVP5U 系列）凭借其高速运算、多轴脉冲控制、丰富通信接口等特性，常被用于需要精准定位、多设备协同的场景，典型案例为 “基于台达 5U PLC 的双轴伺服定位送料系统”（适用于自动化装配线、包装机械、物料分拣等场景）。以下从案例背景、系统组成、核心功能实现、程序逻辑、调试要点五个维度展开说明：

一、案例背景与需求

某小型自动化设备厂需开发一套 “物料自动送料 - 定位装配” 单元，核心需求如下：

1. 双轴协同：X 轴（伺服电机）负责将物料从 “上料位” 输送至 “装配位”（行程 500mm），Y 轴（伺服电机）负责将装配零件从 “零件仓” 输送至 “装配位正上方”（行程 300mm），两轴需同步启动、精准到位（定位精度 ±0.02mm）；

2. 手动 / 自动模式：支持手动调试（单轴点动、回原点）、自动运行（触发信号后双轴联动）；

3. 状态监控与报警：实时显示两轴位置、运行状态（忙 / 闲），若定位超时（>2s）或伺服故障，触发声光报警并停机；

4. 外部联动：与上游 “上料传感器”（检测物料是否到位）、下游 “装配气缸”（到位后触发装配动作）进行 IO 信号交互。

二、系统组成（硬件选型）

基于台达 5U PLC 的核心特性，搭配台达生态内的伺服、触摸屏等设备，确保兼容性与稳定性，具体选型如下：

三、核心功能实现（控制逻辑）

系统核心是 “5U PLC 的双轴脉冲定位控制”，需结合台达 PLC 的定位指令（如 PLSY、DRVI、DRVA） 、中断功能、通信协议（Modbus-RTU） 实现，具体功能拆解如下：

1. 基础功能：回原点（确保每次启动定位基准一致）

• 回原点方式：采用 “近点 DOG+Z 相脉冲”（高精度模式），X 轴回原点传感器（I0.3）、Y 轴回原点传感器（I0.4）；

• PLC 指令：使用台达专用回原点指令DZRN K20000 Y0（Y0 为 X 轴脉冲输出口，K20000 为回原点速度，单位：脉冲 / 秒），同理 Y 轴用DZRN K20000 Y1；

• 逻辑：手动模式下按下 “X 轴回原点” 按钮（I1.0），PLC 驱动 X 轴电机反转，触发 I0.3 后减速，检测到电机 Z 相脉冲（伺服反馈）后停机，此时 X 轴原点位置设为 “0”，同理 Y 轴。

2. 核心功能：双轴同步定位（自动模式）

• 触发条件：上料传感器 I0.0（物料到位）+ 零件仓传感器 I0.1（零件到位）+ 自动启动按钮 I1.2（按下），三者同时满足；

• 定位指令：使用相对定位指令 DRVI（指定移动距离），X 轴需移动 500mm，Y 轴需移动 300mm（需先将 “毫米” 换算为 “脉冲数”）；

• X 轴 500mm 对应脉冲数：500 × 10000 / 10 = 500000 脉冲；

• Y 轴 300mm 对应脉冲数：300 × 10000 / 10 = 300000 脉冲；

• 脉冲数换算公式：脉冲数 = 移动距离 × 电子齿轮比分子 / 电子齿轮比分母；

• 示例：伺服电机分辨率 10000 脉冲 / 转，滚珠丝杠导程 10mm（转 1 圈移动 10mm），则电子齿轮比设为 “10000:1”（转 1 圈需 10000 脉冲），因此：

• 同步控制逻辑：

1. 触发条件满足后，PLC 同时向 X 轴（Y0）、Y 轴（Y1）发送 DRVI 指令：DRVI K500000 K20000 Y0（X 轴移动 500000 脉冲，速度 20000 脉冲 / 秒）、DRVI K300000 K20000 Y1；

2. 通过 PLC 的 “定位完成标志位”（如 M100 为 X 轴到位、M101 为 Y 轴到位）判断两轴是否均到位；

3. 若 M100 与 M101 同时为 ON，触发装配气缸（Y0.3 输出），并延时 1s 后复位，准备下一次循环。

3. 监控与报警功能

• 实时位置读取：通过 Modbus-RTU 协议读取伺服驱动器的 “当前位置寄存器”（如台达 ASD-A2 驱动器的寄存器地址 40100），将脉冲数换算为毫米后，在触摸屏显示；

• 故障检测：

• 定位超时：启动定位后，定时器 T0（设定 2s）开始计时，若 T0 超时后 M100/M101 仍为 OFF，触发报警标志 M200，停机并点亮报警灯（Y0.4）；

• 伺服故障：伺服驱动器故障时，其 “故障输出端子”（如 DO2）会输出低电平，连接至 PLC 输入 I0.5，I0.5 为 ON 时触发 M200，同时通过 Modbus 读取故障代码（如 40110 寄存器），在触摸屏显示。

四、关键程序片段（台达梯形图逻辑）

以下为核心功能的梯形图简化逻辑（基于台达 WPLSoft 编程软件）：

1. 回原点控制（X 轴为例）

plaintext

// 手动模式下，按下X轴回原点按钮（I1.0），触发回原点指令
I1.0（X轴回原点） AND M0（手动模式标志） ---| |--- MOV K20000 D100（X轴回原点速度）
                                          ---| |--- DZRN D100 Y0（X轴回原点指令，Y0为脉冲输出口）
                                          ---| |--- SET M10（X轴回原点中标志）

// 回原点完成（伺服反馈到位），复位标志
M11（X轴回原点完成信号，来自伺服DO） ---| |--- RST M10
                                          ---| |--- MOV K0 D10（X轴当前位置清零）

2. 双轴同步定位（自动模式）

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// 自动触发条件：物料到位（I0.0）+ 零件到位（I0.1）+ 自动启动（I1.2）+ 无故障（M200=OFF）
I0.0 AND I0.1 AND I1.2 AND NOT M200 ---| |--- PLSY K20000 Y0（X轴脉冲输出，速度20000）
                                      ---| |--- PLSY K20000 Y1（Y轴脉冲输出，速度20000）
                                      ---| |--- SET M12（定位中标志）
                                      ---| |--- T0 K20（定位超时定时器，2s）

// 两轴均到位，触发装配动作
M100（X轴到位） AND M101（Y轴到位） ---| |--- RST M12
                                      ---| |--- RST T0
                                      ---| |--- Y0.3（装配气缸伸出）
                                      ---| |--- T1 K10（延时1s）

// 延时到，复位气缸
T1 ---| |--- RST Y0.3

五、调试要点（避坑指南）

1. 伺服参数匹配：

• 需在伺服驱动器中设置 “控制模式” 为 “脉冲控制”（如台达 ASD-A2 的 P2-01 设为 0），“电子齿轮比” 与 PLC 脉冲数换算一致（如 P1-44=10000，P1-45=10）；

• 启用 “位置反馈” 功能，确保 PLC 能通过 Modbus 读取当前位置（需设置驱动器站号，如 P2-10=1，与 PLC 通信参数匹配）。

2. 脉冲输出口配置：

• 在台达 WPLSoft 中，需将 Y0、Y1 口配置为 “高速脉冲输出模式”（通过 “系统寄存器”→“脉冲输出设置”，选择 “模式 0：脉冲 + 方向”）。

3. 同步性优化：

• 若两轴到位时间差异较大（如 X 轴快、Y 轴慢），可通过调整 “定位速度”（DRVI 指令中的速度参数）或 “伺服增益”（驱动器 P2-09 位置环增益），确保两轴同步停机。

4. 故障排查：

• 若定位不准，优先检查 “电子齿轮比换算”“电机分辨率”“丝杠导程” 是否匹配，其次检查伺服增益是否过低（导致过冲）；

• 若通信失败（触摸屏无法读取位置），检查 RS485 线缆接线（A 接 A、B 接 B）、通信参数（波特率 9600、数据位 8、停止位 1、无校验）是否一致。

六、案例扩展

此案例可基于 5U PLC 的扩展性进一步升级：

• 多轴扩展：若需增加 Z 轴（如装配高度调整），5U PLC 最多支持 4 路高速脉冲输出，可直接扩展；

• 网络升级：若需接入工厂 MES 系统，可通过 5U 的 Ethernet 口（部分型号支持），采用 Modbus-TCP 协议上传生产数据（如定位次数、故障记录）；

• 工艺优化：通过触摸屏修改 “定位距离”“运行速度” 等参数（将参数存储在 PLC 数据寄存器 D 中），无需修改程序即可适配不同物料规格。

综上，台达 5U PLC 在双轴（多轴）定位场景中，通过 “脉冲控制 + 通信反馈” 的组合，可实现高精度、高稳定性的设备协同，且搭配台达生态硬件，调试与维护成本更低，是中小规模自动化项目的高性价比选择。