三菱FX3U分切机张力控制程序模板：卷径锥度与PID闭环

简介面向锂电分切机电气调试与PLC编程人员的通用程序模板文档围绕三菱FX3U系列PLC与三菱伺服系统梳理速度、力矩双模式下的执行控制思路并重点给出收料锥度控制与恒张力控制的实现框架。包内仅含1个PDF文件约55KB篇幅紧凑适合作现场调试与程序移植时的对照参考目前已有39人学习。内容从伺服速度指令与力矩模式的区别切入逐一展开锥度张力的线性计算方法即初始张力、最终张力与收卷半径之间的插值关系以及恒张力PID调节的设定值、测量值与输出结构并补充模拟量输入输出模块的读写指令用法、张力传感器信号采集与检测环节的数据处理逻辑。读者可据此理解分切机收放卷控制的整体程序组织方式获得可借鉴的梯形图逻辑片段计算思路与参数配置方法用于设备改造、程序复盘或新项目起步。1. 分切机程序模板收卷端外紧内松时的救命稻草收卷辊越收越紧内层被压出印子外层却松垮垮端面一跑就起皱——遇到这类事很多人第一反应是去查机械跳动和伺服增益结果折腾三天才发现问题出在张力设定从满卷到空卷一条直线拉到底锥度根本没做。这份《三菱FX3U分切机程序》模板 PDF 给的正是这套东西伺服速度模式与力矩模式两条执行链路怎么切、收料锥度张力怎么按卷径算、恒张力 PID 闭环怎么组、模拟量输入输出通道怎么配。它适合两类人一类是手上就是 FX3U 平台、要在一两周内把分切机控制逻辑搭出来的电控开发另一类是从别的平台转过来想看看 FX3U 上卷径、锥度、PID 这套工艺怎么用软元件组织起来的熟手。下面按「能跑起来、能改动」的顺序拆。2. 程序骨架FX3U 分切机模板的软元件规划与扫描结构拿到 PDF 别急着往里抄指令。这份模板真正值钱的不是那几行 MOV而是它的组织方式逻辑没有堆在一条主线上而是按「初始化—手动—自动—报警」四段拆开卷径、锥度、PID 各自独立成段能单独调用也能单独屏蔽。FX3U 这种机型软元件数量和扫描时间都紧一旦逻辑糊成一团后面加一个报警点都要动全身血泪经验就是这么来的。2.1 从 PDF 到可运行工程程序块怎么拆模板里的功能块我一般会整理成六段落到 GX Works2 里就是六个程序块按顺序写在一个 MAIN 里也行拆成子程序用 CALL 调也行看现场愿不愿意多一层跳转开销。第一段上电初始化只跑一个扫描周期负责参数区默认值、模拟量模块配置和通讯口复位第二段手动管穿料、点动收卷、点动放卷、辊隙调整全部带互锁手动不动作时自动段一律不启动第三段自动主流程本质是个状态机从待机、加速、稳速、减速到停机每个状态对应一组输出允许位第四段工艺子程序卷径计算、锥度计算、PID 运算都在这里只负责算数不直接碰输出第五段模拟量处理把 FROM 读上来的原始码值换算成工程量第六段报警与保护断料、张力超限、变频器故障、伺服报警、急停一个都不能漏。程序块触发条件主要软元件职责初始化M8002 首次扫描D200 起始参数区默认参数、模块配置手动M30 手动模式X0~X1F、Y0~Y1F穿料、点动、单动作自动主流程M40 自动模式M100~M130 状态位启停、加减速、联锁工艺子程序M8000 常 OND10、D200~D260卷径、锥度、PID模拟量处理M8000 常 OND500~D530采样、滤波、输出报警保护常 ONM300~M330故障判断与停机这样拆的好处是排故时能快速判断是「逻辑问题」还是「算出来的数不对」。张力不听话先看 D500 区反馈值是否正常再看 D210 区锥度设定是否合理最后才怀疑 PID 参数——顺序反了一天就过去了。2.2 软元件分配表X/Y/M/D 各管什么模板对软元件的划分有个很实用的约定D0~D199 放运行数据D200 往后放工艺参数且每个功能占连续的 20 个字。这条约定在做二次开发时价值极大HMI 的配方功能只读写参数区程序升级换代参数不丢。我见过的翻车案例里一半是参数和运行数据混着用改个配方把 PID 输出寄存器覆盖了。类地址用途备注XX0~X7启动、停止、急停、手动/自动急停用常闭点进 PLCXX10~X17张力超限、断料、料位、极限传感器全部做断线判断YY0/Y1、Y4/Y5收/放卷脉冲与方向必须晶体管输出继电器型带不动YY10~Y17伺服使能、报警复位、指示灯使能与方向分开便于互锁MM0~M9模式与运行标志手动/自动/故障三个总标志MM20/M21锥度使能、恒张力使能两条张力逻辑只允许选一条DD0~D10线速度、卷径、转矩给定运行数据掉电不保持DD100~D120张力设定、反馈、PID 输出PID 运算区DD200~D260工艺参数掉电保持HMI 配方区掉电保持这块要留意FX3U 的保持区是 D200 往后视机型而定如果参数放在 D0~D199断电后一刀切归零第二天开机直接冲到最大张力这就是典型的「上电即满转」。2.3 模拟量通道FROM/TO 与量程换算张力检测整条链是张力传感器出 mV 级差分信号经张力放大器变成 0~10V进 FX3U-4ADPLC 用 FROM 指令读 BFM。输出方向反过来PID 算出来的转矩百分比经 4DA 变成 0~10V 送伺服驱动器的转矩限制端。这段配置必须在上电第一个扫描周期做完晚了第一轮采样全是零PID 会立刻把输出顶到上限。(* ---- 上电配置4AD 在模块号 04DA 在模块号 1 ---- *) LD M8002 (* 首次扫描脉冲只执行一次 *) TO K0 K0 H0000 K1 (* 4AD BFM#0CH1~CH4 统一 0~10V位定义照手册核对 *) TO K0 K2 K8 K1 (* 4AD BFM#2平均次数 8 次压张力信号毛刺 *) TO K1 K0 H0000 K1 (* 4DA BFM#0CH1 输出 0~10V *)(* ---- 采样与量程换算张力 CH10~4000 码对应 0~500.0N ---- *) LD M8000 FROM K0 K1 D500 K4 (* 一次读 4 个通道D500~D503 *) DMUL D500 K5000 D510 (* 码值 × 5000保留 0.1N 精度 *) DDIV D510 K4000 D512 (* D512 实际张力单位 0.1N *)(* ---- 转矩限制输出PID 输出 0~1000千分比→ 4DA ---- *) DMUL D102 K4000 D520 (* D102 是 PID 输出0~1000 *) DDIV D520 K1000 D522 TO K1 K1 D522 K1 (* 写 4DA 的 CH1 *)FROM m1 m2 d n里 m1 是模块号、m2 是 BFM 号、d 是目标首地址、n 是读几个字TO反过来写。很多新手把 m1 和 m2 位置写反读出来全是零还以为模块坏了。另外注意DMUL是 16 位乘 16 位出 32 位结果占两个寄存器连续写的时候中间要留空否则 D510 和 D511 打架算出来的数会诡异地飘。断线检测也顺手加上D512 长期低于阈值 3% 且设备在运行直接报张力断线别等料跑完了才发现。3. 伺服双模式速度模式与力矩模式的切换链路分切机收卷最怕两种情况一是速度模式跑得好好的一切到力矩模式料就松了二是切换瞬间伺服一下把料拉断。根源在于两条链路给驱动器的指令物理上不是一个东西速度模式给脉冲序列力矩模式给模拟量电压。模板的处理思路是把它们做成互斥状态机中间插一段强制过渡。3.1 速度模式线速度换算脉冲频率速度模式用于穿料、爬行对刀和稳速段的主牵引。工艺上给的是线速度 m/min伺服吃的是脉冲频率中间要过两道换算先除辊周长得转速再乘每转脉冲数除 60 得 Hz。(* ---- 线速度(m/min) → 脉冲频率(Hz) ---- *) (* D300线速度设定D310收卷辊周长(mm)D312每转脉冲数 *) LD M100 (* M100速度模式运行中 *) DMUL D300 K1000 D400 (* 换算成 mm/min *) DDIV D400 D310 D402 (* ÷周长 转速 r/min余数忽略 *) DMUL D402 D312 D404 (* ×每转脉冲 脉冲/分钟 *) DDIV D404 K60 D406 (* ÷60 脉冲/秒 Hz *) PLSV D406 Y0 Y4 (* 可变频率脉冲输出Y4 为方向 *)PLSV是可变频率脉冲输出频率寄存器一变输出频率立刻跟适合连续收卷这种边跑边调的场景。PDF 里那段用的是DRVI相对定位输定长或点位动作没问题连续收卷时用 DRVI 得反复重发指令频率跟不上料速变化就是波浪形张力所以实际工程里定长用 DRVI/DRVA、连续用 PLSV这两个别混。每转脉冲数 D312 要和伺服驱动器里的电子齿轮比分对齐驱动器改了齿轮比忘了改 PLC 参数速度就会成比例地飘这种故障查起来特别玄学。3.2 力矩模式转矩限制的给法与伺服参数力矩模式下 PLC 不管位置也不管速度只给一个「最多用多大力」的限制剩下交给驱动器闭环。常见做法是 4DA 输出 0~10V 到驱动器的转矩限制输入0V 对应 0%、10V 对应额定转矩的 100%有的机型支持正负 10V 做双向限制具体接哪个端子得看你手上驱动器的接线图别照着别人的柜子抄。这里有个容易被忽略的点力矩模式下必须同时给速度限制。收卷辊空卷时直径小同样的线速度对应转速很高如果只给转矩不给速度上限一断料伺服立刻冲到最高转速卷筒上的料哗啦一下全散了。速度限制一般在驱动器参数里设也可以由 PLC 通过模拟量或通讯实时改模板里的做法是把「空卷最高转速」算成一个跟卷径反比的限值随卷径一起下装。3.3 切换互锁宁可停 200ms也别让料断一次(* ---- 速度/力矩模式切换状态机M200~M205 ---- *) LD M20 (* 请求切至力矩模式 *) ANI M200 (* 不在切换过程中 *) MOV K0 D410 (* 频率给定先归零 *) PLS M201 (* 一个扫描周期的过渡脉冲 *) LD M201 MOV K1 M200 (* 进入切换中 *) TMR T10 K20 (* 200ms 过渡延时等伺服真正停稳 *) LD T10 MOV K0 M200 SET M21 (* 允许力矩模式输出 *) RST M20 LD M21 PLSV K0 Y0 Y4 (* 速度指令保持 0脉冲停发 *)逻辑很直白请求切模式先把脉冲频率清零等 200ms 让伺服真正停下来再放开力矩模式的模拟量输出。为什么非要等伺服内部速度环和转矩环的切换有响应时间指令瞬间从「跑起来」变成「给最大转矩」中间那段空白会让料瞬间失张薄料直接起皱、箔材直接断。切换过程一定要有超时监控T10 之后如果伺服没回「零速到达」信号直接报切换超时并停机别让它悬着。4. 锥度与恒张力从卷径到转矩给定的完整计算链很多人以为张力控制就是调 PID其实 PID 只管最后那一小段前面的卷径和锥度算不准PID 参数调得再漂亮也是给一个错的目标值做闭环。这条链的顺序是先有卷径卷径进锥度公式算出当前张力设定张力设定再作为 PID 的给定值去和反馈比。4.1 卷径计算别迷信公式增量法更抗造理论公式是 D v / (π·n)用线速度和角速度反推直径。这个方法准但对测速精度要求高低速段误差会被放大。模板里更常见的是累计厚度增量法卷径每转一圈增加两倍材料厚度用收卷轴的编码器脉冲做触发。(* ---- 增量法卷径每转一圈 D10 2 × 厚度 ---- *) LD X12 (* 收卷轴每转一个脉冲接近开关或编码器 Z 相 *) ADD D10 K2 D10 (* 简化写法厚度已折算进系数 *) LD M8000 CMP D10 K150 M220 (* 卷径下限 15.0mm *) LD M220 MOV K150 D10 (* 小于下限强制取下限防除零 *) CMP D10 K800 M221 (* 卷径上限 80.0mm *) LD M223 MOV K800 D10实际工程里厚度不一定固定换料规格就得改系数所以更好的写法是把「每转增量」做成参数 D214操作工在 HMI 上按料厚填。上下限钳位是保命的没有下限卷径算出 0锥度公式分母为 0 或者直接越界没有上限换卷时忘了复位卷径一直累加张力设定被拉到负数PID 反向输出伺服直接反转。换卷复位信号一定要接进 PLC并且做成「新卷开始时强制把 D10 置为初始卷径」。4.2 锥度张力曲线线性公式的定点实现锥度的本质是让张力随卷径增大而线性衰减公式就是T T0 - (T0 - T1) * (R - R0) / (R1 - R0)。PDF 里那段示例用的是浮点写法但 FX3U 做大量浮点运算会拖扫描周期工程上我一般改成整数定点张力单位 0.1N卷径单位 0.1mm中间结果用 32 位。(* ---- 锥度张力T T0 - (T0-T1)*(R-R0)/(R1-R0)全整数定点 ---- *) (* D200T0 D202T1 D204R0 D206R1 D10当前卷径R *) LD M20 (* 锥度计算使能 *) SUB D10 D204 D210 (* D210 R - R0 *) SUB D200 D202 D212 (* D212 T0 - T1 *) DMUL D212 D210 D214 (* 32 位乘积D214 低字D215 高字 *) SUB D206 D204 D216 (* D216 R1 - R0 *) CMP D216 K0 M230 (* 分母为 0 保护 *) LD M231 (* 分母正常 标志位 *) DDIV D214 D216 D218 (* 商在 D218/D219余数在 D220/D221 *) SUB D200 D218 D224 (* D224 当前锥度张力设定0.1N *)参数含义一目了然T0 是起始张力空卷或满卷看你的工艺方向T1 是终止张力R0、R1 是对应的卷径断点。绝大多数薄膜、箔材分切用的是「大卷张力小、小卷张力大」也就是 T1 T0铜箔铝箔有时反过来别照抄默认值。算完还得分方向限幅D224 超过 T0 或低于 T1 都要拉回来不然传感器漂一点设定值就飞出工艺窗口。4.3 恒张力 PID指令四个操作数一个都不能少(* ---- 恒张力 PIDS1 设定 / S2 反馈 / S3 输出 / S4 参数首地址 ---- *) LD M8000 (* PID 常驻运算靠输出选择位决定是否生效 *) PID D224 D512 D102 D330 (* D330~D336 为 7 字参数区 *)三菱 FX3U 的 PID 指令是四个操作数PDF 里只写了三个PID D100 D101 D102照抄会报指令错误这个坑必须提前说。四个操作数分别是设定值、实测值、输出、参数首地址参数区一共占 7 个字含义如下。地址参数单位典型初值说明D330采样时间 Tsms100取扫描周期整数倍别填 0D331比例增益 Kp—30先小后大抖了就降D332积分时间 Ti100ms200越大积分越弱D333微分时间 Td10ms0张力环多数不加微分D334输出上限—1000千分比对应 100% 转矩D335输出下限—0不允许反转就设 0D336动作方向—0正/反作用收卷一般选正恒张力投用前必须做无扰切换手动阶段操作工手动给了 45% 转矩切自动那一瞬间如果 PID 输出从 0 开始爬张力会掉一下再拉回来。做法是在切换的上升沿把当前手动输出直接写进 D102PID 从这个值继续算。另外 PID 只用一个别每个扫描周期都触发手动置位D102 会被反复覆盖输出就成了锯齿。5. 避坑与排查五处最容易在现场翻车的地方5.1 一上电张力就冲顶现象是设备刚上电、还没按启动收卷轴就绷得死紧伺服电流声很明显。原因是卷径寄存器 D10 上电初值为 0锥度公式算出的偏差被 PID 当成「严重不足」全力补偿。解决方式是初始化段给 D10 写入一个保守的初始卷径等于空卷芯径同时给 PID 输出加启动屏蔽位设备未运行时把 D102 强制清零运行允许后再放开。5.2 PID 输出抖成锯齿料面一楞一楞现象是张力表指针小幅高频摆动产品端面出现规律性横纹。八成是采样时间 Ts 填得比实际扫描周期还小或者填了 0PID 每个扫描都在积分积分项直接飞。查法很简单看 D330 的值再确认程序扫描时间M8000 对应的监视值Ts 至少取 5~10 个扫描周期比如 100ms。同时检查输出上下限是否设置没设上限积分饱和之后回不来切手动时输出还挂在天上。5.3 速度切力矩切换瞬间料就松了现象是模式切换那一两秒张力明显下降薄料起皱甚至跑偏。原因是切换时速度指令和转矩指令存在空档或者互锁只做了软件标志没做时序延时。解决方式是按第 3 章的状态机走频率先归零、等伺服零速信号、再放开模拟量输出全程加超时报警。切换频率也别太高工艺上没必要频繁切能固定用一种模式就固定。5.4 张力反馈值乱跳静止时也在飘现象是设备不转D512 的数值在几十到几百之间随机跳。先看硬件张力放大器输出端和 PLC 模拟量输入的公共端有没有共地屏蔽层是不是单端接地变频器和伺服的动力线有没有和信号线捆在一个线槽里。再看软件4AD 的平均次数是不是设成了默认的 1 次通道量程跳线/寄存器配置有没有和实际接线电压对上。软件上还能补一层一阶滤波当前值 上次值 × 0.7 新值 × 0.3能压掉大部分毛刺代价是响应慢一点。5.5 脉冲发了位置对不上现象是速度模式跑一段之后实际长度和设定长度差得越来越多。原因通常是三个PLC 输出类型是继电器或可控硅带不动高频脉冲用不了多久就丢步脉冲当量每转脉冲数 D312和驱动器电子齿轮比不一致加减速时间设得太短伺服跟随不上直接报警。FX3U 做脉冲输出必须用晶体管输出机型接线用屏蔽双绞、走差分方向信号提前脉冲 10μs 以上这些是硬要求省不了。6. 二次开发把模板改成你自己机型的三个动作6.1 参数外置让工艺参数离开程序模板里参数是写死在程序中的常数换个料厚就得改程序重新下载这在产线上不可接受。我的做法是把所有工艺参数集中到 D200 起始的一段连续区域做成一张固定地址表HMI 配方功能只对这段读写。地址名称单位默认说明D200锥度起始张力 T00.1N200对应小卷或大卷看工艺D202锥度终止张力 T10.1N80与 T0 方向要一顺D204卷径断点 R00.1mm300锥度生效起点D206卷径断点 R10.1mm800锥度生效终点D208恒张力设定0.1N150恒张力模式用与锥度互斥D214每转卷径增量0.01mm12按料厚填换料必改D310收卷辊周长mm628换辊径必改D312每转脉冲数—10000与电子齿轮比对齐D330~D336PID 参数区——见 4.3 表做完这一步程序就再也不用因为「客户想试试别的张力」而重新下载了。上机验证的方法很简单改一个参数、看 D224 有没有跟着变、再看输出有没有跟着动三步对不上就别往下走。6.2 锥度从线性改成多点折线线性锥度只适合均质材料遇到多层复合或者边缘厚度不均的料一条直线压不住。改成多点折线只需要把 4.2 的公式换成查表插值横轴用卷径百分比纵轴用张力系数五个点足够覆盖绝大多数工艺。(* ---- 五点折线锥度X 断点 D600~D6040/25/50/75/100%---- *) (* ---- Y 系数 D605~D609千分比输入 D612 卷径百分比输出 D620 ---- *) CMP D612 K100 M700 LD M702 MOV K100 D612 (* 上限钳位防越界查表 *) LD M700 MOV K0 D612 (* 下限钳位 *) MOV K0 Z0 (* Z0 变址指向断点表下标 *) FOR K4 CMP D612 D601Z0 M710 (* p a hrefhttps://download.csdn.net/download/JZcmoioL/90512439 stylecolor:#ec7500;font-size:14px; 本文还有配套的精品资源点击获取 /a img altmenu-r.4af5f7ec.gif srchttps://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/menu-r.4af5f7ec.gif stylewidth:16px;margin-left:4px;vertical-align:text-bottom;cursor:text; /p