三菱 PLC 控制步进电机驱动分度盘的程序设计，需围绕 “精准角度定位”“可靠原点回归”“灵活分度选择” 三大核心需求，结合步进电机脉冲特性与机械结构特点，实现稳定、高精度的分度控制。以下以三菱 FX3U PLC 为例，详细介绍程序设计的完整逻辑（含梯形图指令说明）。
一、控制需求与系统框架
1. 控制需求
2. 系统框架
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传感器信号（原点/限位）→ PLC → 脉冲指令（控制步进驱动器）→ 步进电机 → 分度盘 ↑↓ 操作按钮（启动/急停/角度选择）
二、硬件选型与 I/O 分配
1. 硬件清单
| 部件 | 型号 / 规格示例 | 作用 |
|---|---|---|
| PLC | 三菱 FX3U-40MT/ES-A | 核心控制，输出脉冲与逻辑处理 |
| 步进电机 | 57HS22（步距角 1.8°，扭矩 2.2N・m） | 驱动分度盘旋转 |
| 驱动器 | DM542（支持 16 细分） | 接收脉冲信号，驱动电机 |
| 分度盘 | 直径 300mm，带定位销 | 承载工件，实现角度分度 |
| 传感器 | 光电开关（原点 X0、正限位 X1、反限位 X2） | 零位检测与超程保护 |
| 操作按钮 | 启动 X3、急停 X4、角度选择 X5~X8 | 人工操作输入 |
| 输出设备 | 运行灯 Y0、锁紧电磁阀 Y1 | 状态指示与机械锁紧 |
2. I/O 分配表
| 输入（X） | 功能描述 | 输出（Y） | 功能描述 |
|---|---|---|---|
| X0 | 原点检测（常开） | Y0 | 脉冲输出（PLS） |
| X1 | 正转限位（常开） | Y1 | 方向输出（DIR） |
| X2 | 反转限位（常开） | Y2 | 运行指示灯（红） |
| X3 | 启动按钮（常开） | Y3 | 锁紧电磁阀 |
| X4 | 急停按钮（常闭） | Y4 | 报警灯（黄） |
| X5 | 30° 选择 | ||
| X6 | 45° 选择 | ||
| X7 | 60° 选择 | ||
| X8 | 90° 选择 | ||
| X9 | 原点回归按钮 | ||
| X10 | 复位按钮 |
3. 数据寄存器（D）定义
| 寄存器 | 功能描述 | 初始值 / 示例 |
|---|---|---|
| D0 | 单脉冲对应角度（°） | 0.05625（1.8°/32 细分） |
| D10~D13 | 预设分度角度（30°/45°/60°/90°） | 30/45/60/90 |
| D20 | 当前选择的目标角度 | 由 X5~X8 赋值 |
| D21 | 目标角度对应的脉冲数 | 计算结果（如 30°→533） |
| D30 | 绝对位置脉冲数（当前坐标） | 0（原点回归后） |
| D40 | 机械误差补偿脉冲数 | 0（可手动校准） |
| D50 | 运行速度（Hz） | 2000（可调整） |
| D60 | 加减速时间（ms） | 100（通过 D8148 设置） |
三、核心程序设计（梯形图逻辑详解）
1. 初始化与原点回归程序
原点回归是确保分度精度的前提（所有角度基于原点计算），逻辑如下：
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// ① 原点回归触发（X9按钮或首次上电） LD X9 // 原点回归按钮 OR M8002 // 首次上电脉冲（M8002仅上电时通一次） OUT M0 // M0=原点回归请求 // ② 执行原点回归指令（ZRN）：向原点方向运行，触发X0后停止 LD M0 AND X4 // 急停按钮闭合（正常状态） ZRN K1000, K500, Y0, Y1 // ZRN指令：搜索速度1000Hz，爬行速度500Hz，脉冲Y0，方向Y1 // 说明：ZRN会自动驱动电机向原点移动，X0触发后减速停止 // ③ 原点回归完成处理 LD M8029 // 定位/原点回归完成标志（指令执行完自动置1） AND M0 // 仅在原点回归请求时有效 RST M0 // 清除回归请求 MOV K0 D30 // 当前绝对位置清零（原点坐标=0） SET M10 // M10=就绪状态（可执行分度） OUT Y2 // 运行灯亮（表示就绪）
关键点：
2. 角度选择与脉冲数换算程序
将选定的角度（如 30°）转换为步进电机脉冲数，核心是 “角度→脉冲” 的精确计算：
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// ① 角度选择（仅在就绪状态M10=1时有效） LD M10 AND NOT M20 // 未运行时允许选择角度 LD X5 // 30°选择 OUT M5 LD X6 // 45°选择 OUT M6 // （X7、X8同理，对应M7、M8） // ② 目标角度赋值（将选择的角度存入D20） LD M5 MOV D10 D20 // 30°→D20=30 LD M6 MOV D11 D20 // 45°→D20=45 // （M7、M8对应D12、D13） // ③ 脉冲数计算：脉冲数=目标角度÷单脉冲角度（D0=0.05625°） // 公式：D21 = D20 / D0 （因PLC不直接支持浮点数，用放大法处理） LD D20 // 若目标角度不为0 DIFU M11 // 角度变化时触发计算 LD M11 MUL D20 K100000 D22 // D22=目标角度×100000（放大消除小数） DIV D22 D0 D21 // D21=脉冲数（四舍五入取整） // 示例：30°×100000=3000000 ÷ 5625（D0=0.05625×100000）=533.333→533
关键点：
3. 分度运行控制程序
通过绝对定位指令（DRVA）驱动电机旋转至目标角度，到位后锁紧：
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// ① 启动条件：就绪（M10=1）+ 未运行（M20=0）+ 启动按钮（X3）+ 急停正常（X4） LD M10 AND NOT M20 AND X3 AND X4 SET M20 // M20=运行中 RST Y2 // 熄灭就绪灯 OUT Y2 // 运行灯亮（Y2复用，也可单独设指示灯） // ② 执行绝对定位（DRVA）：目标位置=当前位置+目标脉冲数+补偿值 LD M20 DRVA D30+D21+D40, D50, Y0, Y1 // DRVA指令：绝对位置=当前位置+目标脉冲+补偿 // 速度=D50（2000Hz），脉冲Y0，方向Y1 // ③ 定位完成处理 LD M8029 // 定位完成标志 AND M20 // 仅在运行中有效 RST M20 // 清除运行状态 MOV D30+D21+D40 D30 // 更新当前绝对位置（D30=新坐标） OUT Y3 // 触发锁紧电磁阀（保持0.5秒） TON T0 K50 // T0=50×10ms=500ms LD T0 RST Y3 // 松开锁紧（根据机械需求选择是否保持） SET M10 // 恢复就绪状态 OUT Y2 // 就绪灯亮
关键点：
4. 保护程序（急停、限位、报警）
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// ① 急停处理（X4断开时触发） LD NOT X4 RST M20 // 停止运行 RST Y0 // 停止脉冲输出 RST Y3 // 松开锁紧 OUT Y4 // 报警灯亮 RST M10 // 清除就绪状态（需重新原点回归） // ② 限位保护（X1正限位或X2反限位触发） LD X1 OR X2 RST M20 // 停止运行 SPD RST Y0 // 强制停止脉冲 OUT Y4 // 报警灯亮 // （需手动复位X1/X2后，重新原点回归） // ③ 定位超时报警（防止卡料） LD M20 // 运行中 TON T1 K1000 // 超时10秒（1000×10ms）未完成 LD T1 OUT Y4 // 报警灯亮 RST M20 // 停止运行
四、程序优化与精度保障技巧
五、调试步骤
总结
该程序通过 “原点回归→角度选择→脉冲换算→绝对定位→保护逻辑” 的闭环设计，实现了分度盘的高精度控制。核心是脉冲数与角度的精确转换和绝对定位指令的可靠执行，配合机械锁紧和误差补偿，可满足 ±0.1° 以内的分度精度需求（更高精度需增加光栅尺闭环反馈）。
