FX3U分切机程序模板：伺服张力、锥度控制与PID调试

简介：这份PDF面向电气自动化工程师、PLC编程学习者以及锂电分切设备调试人员，围绕三菱FX3U系列在分切机中的通用程序模板展开，重点解决伺服速度与力矩模式切换、收料锥度控制及恒张力稳定输出的工程实现问题。文档结合锂电分切场景，梳理锥度张力的线性计算关系、恒张力PID调节思路、模拟量输入输出模块读写以及张力传感器信号采集与判断方法，并给出相应的指令片段和寄存器分配示例，可作为设备改造、程序移植与现场调试的参考底稿，对理解锥度曲线设定、PID参数整定和模拟量标定等关键环节有直接帮助。包内仅含1个PDF文件，大小约55KB，篇幅紧凑，便于快速检索和对照阅读。目前已有39人学习，适合具备一定PLC基础、希望补齐分切机张力控制知识的中级技术人员使用。

1. 从一卷箔材跑偏说起：FX3U分切机程序模板到底管哪几件事

一台分切机在 200 m/min 时收卷端突然松卷，操作工第一反应是换刀，我一般先翻 FX3U 分切机程序里的锥度控制与恒张力模式：这份 PDF 模板把伺服速度模式、力矩模式、模拟量张力和 PID 调节放在同一套 D 区里，能直接当二次开发底稿。它解决的不是“写一段 PLC 指令”这么简单，而是把放卷、牵引、收卷三个执行层的给定值、反馈值和限幅值串成一条可调试的链路。适合正在改造分切机电气控制、准备从速度模式切到力矩模式、或者手里已经有一份模板但不敢直接下到机台的人。模板给的是骨架，半径标定、张力标定、PID 参数和伺服切换时序仍要按机台实测填进去；照抄寄存器不复核量纲，后面调试会很被动。

2. 伺服速度与力矩模式：先把执行层跑通再谈张力

分切机的执行层通常分成两类：牵引辊和输送辊要的是稳定线速度，收卷轴和放卷轴要的是稳定张力。速度模式用脉冲频率表达线速度，力矩模式用模拟量或通信表达转矩给定，两者混在一套程序里时，最怕的是模式切换没有互锁。模板里常见的做法是把速度给定、脉冲数、方向信号、伺服使能、报警复位分别落到固定 D 区和 M 区，再用手动/自动标志位隔开。下面按现场调试顺序拆，先让电机听指令，再让张力环接管。

2.1 速度模式：PLSY 做连续输送，DRVI 做定长点动

连续输送用 PLSY 更直观，S1 是脉冲频率，S2 是脉冲数，写 K0 表示一直发脉冲；定长点动才用 DRVI，S1 是相对脉冲数，S2 才是频率。项目正文里那种“把速度值 MOV 到 D0，再用 DRVI D0 K0 Y0 Y4”的写法，现场照抄很容易翻车：第一个操作数被当成脉冲数，频率反而写成 0，电机要么不动，要么一动就冲到限位。下面这段是修正后的骨架，D0 存频率，D10 存脉冲数，Y000 发脉冲，Y004 给方向。

// 速度模式骨架：D0=频率(Hz)，D10=相对脉冲数，Y000=脉冲口，Y004=方向 LD M8000 MOV K1000 D0 // 输送线速度对应频率，示例 1000 Hz，按辊径和减速比换算 MOV K20000 D10 // 点动距离对应脉冲数，连续输送时改用 PLSY K0 LD X000 // 启动输送 AND M100 // 伺服就绪 ANDI X001 // 急停未按下 PLSY D0 K0 Y000 // 连续脉冲输出，S2=K0 表示不限脉冲数 LD X002 // 定长点动 AND M100 DRVI D10 D0 Y000 Y004 // S1=脉冲数，S2=频率，D1=脉冲口，D2=方向

逻辑说明：PLSY 只负责发脉冲，方向要单独用 Y004 控制；DRVI 的方向由脉冲数正负和方向输出共同决定，接线前先确认驱动器方向取反参数。参数说明：D0 的频率不是电机转速，而是脉冲频率，换算时要把辊径、减速比、编码器分辨率一起算进去；D10 的脉冲数决定点动距离，调试时先给 2000 脉冲，确认方向后再放大。M100 建议做成“伺服无报警、无急停、驱动器已使能”的综合就绪位，不要只拿启动按钮直接驱动脉冲指令。

注意：PLSY 和 DRVI 不要同时对同一个 Y 口输出，手动/自动互锁里必须把另一条指令的使能条件断掉。

速度模式调通的标准不是“电机转了”，而是给定 30%、50%、80% 三档频率时，牵引辊线速度波动在工艺允许范围内，方向信号在停止后没有残脉冲。现场常见的问题是频率给了但电机不转，先看驱动器是否处于位置/速度模式、脉冲口是否被其他指令占用、Y004 方向信号是否在发脉冲前已经建立。还有一种情况是低速能转、高速丢步，多数是 PLC 脉冲输出频率上限或驱动器电子齿轮比不匹配，不要先怀疑程序公式。

2.2 力矩模式：模拟量给定和切换时序才是关键

收卷轴用转矩模式时，PLC 不再用脉冲表达速度，而是把锥度环或恒张力环算出来的转矩给定送到模拟量输出模块，再由模块变成 0-10V 或 4-20mA 给驱动器。模板里通常保留 D200 作为“最终转矩给定”，D210 作为“张力环输出”，中间做限幅和斜坡。切换时序要按“先降速、再断使能、改模式、重新使能、建立张力”的顺序走，带载直接切模式，材料会瞬间松卷或拉断。

// 力矩模式输出骨架：D210=张力环输出，D200=限幅后的转矩给定 LD M20 // 力矩模式允许 AND M100 // 伺服就绪 MOV D210 D200 // 先拷贝，后面可插入限幅和斜坡 TO K1 K0 D200 K1 // 模块号 K1、BFM#0、写 1 个点；模块号按实际基板顺序改 // 模式切换时序：M30 手动请求，M31 切换完成 LD X010 // 模式切换按钮 ANDI Y020 // 伺服使能未输出 SET M30 LD M30 MOV K0 D220 // 转矩给定先清零 OUT Y020 // 驱动器模式切换允许 LD X011 // 驱动器模式已确认 RST M30 SET M31

逻辑说明：TO 指令里的 K1 是特殊模块地址，不是输入输出点号；BFM#0 是通道 0 的写入口，具体通道号按模块手册核对。D200 写进去的是数字量，模块上的增益和偏移决定它对应多少伏或多少毫安。参数说明：D210 不要直接从 PID 输出端硬连到 TO，中间要有限幅，比如 0～4000 对应 0～10V，超过就钳位；D220 是切换前的清零值，防止上一次残留给定把材料拉一下。M30/M31 是切换中间位，建议加 200ms 延时确认驱动器状态，不要用按钮直接翻转使能。

提示：转矩给定为 0 不等于张力为 0，收卷轴在零转矩下仍可能被材料拖着走，调试时先空卷低速确认方向。

力矩模式最容易忽略的是驱动器参数：转矩指令来源要选模拟量，转矩上限要设，零速保持和正反转补偿要确认。有的现场模拟量输出 0-10V 对应 0-额定转矩，但驱动器里还乘了一个百分比系数，结果 PLC 给 50% 实际只有 25%。我的习惯是先在驱动器监视里看转矩给定百分比，再回 PLC 看 D200 数值，两边对不上就先查模块增益，不要改 PID。

2.3 手动调试步骤：先空载、再带料、最后闭环

拿到模板后不要直接自动运行，按下面顺序过一遍，能省掉很多“程序看起来都对但机台就是不稳”的时间。第一步空载点动，确认脉冲口、方向、限位和急停；第二步空卷低速，确认收卷方向、伺服使能和转矩给定方向；第三步带料低速，确认张力传感器有变化、模拟量通道没接反；第四步才进锥度或恒张力闭环。每一步都记录 D 区数值，后面排查才有参照。

这张表不是走形式，现场很多“PID 调不好”其实是第二步方向反了、第三步传感器没标定。手动阶段还要把急停、断料、伺服报警三个信号串进综合就绪位 M100，否则自动运行中一个报警进来，脉冲还在发，材料就堆了。调试记录建议直接记在 PDF 打印件旁边：D0 多少频率对应多少米每分钟、D200 多少对应多少牛顿、D100 零点是多少，后面换批次材料时这些数就是后悔药。

3. 锥度控制落到D寄存器：半径、斜率与整数运算的边界

锥度控制本质上是开环给定：随着收卷半径变大，张力设定从初始值 T0 按斜率降到 T1，让卷芯到外层的卷取密度更均匀。模板里把 T0、T1、R0、R1、当前半径 R 都放进 D 区，再用四则运算算出张力设定。听起来简单，现场翻车多半不在公式，而在半径来源、量纲统一和除零保护。下面把公式拆成可录入的指令表，并把边界条件写清楚。

3.1 为什么收卷要锥度：从卷芯到外层的张力斜率

恒张力控制在收卷时如果从头到尾都用一个张力，卷芯附近材料被拉得紧，外层越卷越硬，容易出现“内紧外松”或者端面挤出。锥度控制让张力随半径增大而递减，卷芯用较高张力建立紧实底层，外层用较低张力收平。T0 和 T1 不是拍脑袋填的，通常按材料厚度、宽度、卷径比和分切速度做几组试卷，记录哪一组端面最平、抽芯最少。模板给的是线性锥度，现场也有分段锥度或曲线锥度，但先把线性段跑通，后面才有对比基线。

线性公式是 T = T0 - (T0 - T1) × (R - R0) / (R1 - R0)。R0 是起始半径，R1 是满卷半径，R 是当前半径。R 小于 R0 时按 R0 算，R 大于 R1 时按 R1 算，否则公式会算出超过 T0 或低于 T1 的张力。量纲要统一：如果 T0/T1 用 0.1N，半径用 0.1mm，算出来的 T 也是 0.1N，不要再混进牛顿或毫米。模板里常见的是 D10 存半径、D20 存中间结果，实际工程建议单独划一段 D2000 以后的寄存器给锥度运算，避免和手动调试变量打架。

3.2 线性锥度公式的整数化实现

FX3U 做浮点运算不方便，模板一般用整数放大。下面这段把 T0、T1、R0、R1、R 都按同一倍率放大，先算差值，再乘除。D2006 是 T0，D2008 是 T1，D2002 是 R0，D2004 是 R1，D2000 是当前 R，D2010 输出锥度张力设定。

// 锥度张力：T = T0 - (T0-T1)*(R-R0)/(R1-R0) // 量纲示例：张力 0.1N，半径 0.1mm；所有值先钳位再运算 LD M8000 SUB D2006 D2008 D2012 // D2012 = T0 - T1 SUB D2000 D2002 D2014 // D2014 = R - R0 MUL D2012 D2014 D2016 // 16 位乘法，结果在 D2016/D2017 SUB D2004 D2002 D2020 // D2020 = R1 - R0 DIV D2016 D2020 D2022 // 商在 D2022，余数在 D2023 SUB D2006 D2022 D2010 // D2010 = 锥度张力设定

逻辑说明：MUL 的结果是 32 位，低字在 D2016，高字在 D2017；DIV 只取低字做 16 位除法，所以这套写法要求中间值不超过 32767。参数说明：如果半径放大后差值超过这个范围，不要硬改公式，改用 32 位乘除链路，或者把半径倍率从 0.1mm 降到 1mm。D2010 算出来后还要做上下限：不得大于 T0，不得小于 T1，否则传感器抖动时会把张力给定拉飞。模板里如果只写公式不写钳位，试卷时端面会一圈紧一圈松，看起来像 PID 问题，其实是半径跳变。

注意：整数除法会丢余数，T0-T1 很小时误差占比大；试卷前先用计算器按实际量程算一遍最大误差。

3.3 半径来源与分段保护：别让一个跳变毁掉整卷

当前半径 R 的来源常见有三种：卷径计算（线速度/角速度）、编码器累计、超声波或激光测距。模板通常只留一个 D10 或 D2000 作为半径输入，具体来源要按机台补。卷径计算响应快但低速时会抖，编码器累计稳定但换卷要清零，测距直接但受材料反光影响。我的做法是：正常生产用卷径计算，换卷后前 10 秒用编码器累计值，测距值只做上下限校验，三个值偏差超过阈值就报警而不是直接切。这样不会因为一个传感器跳变把整卷张力带跑偏。

// 半径保护：先钳位，再防除零，最后才进锥度公式 LD M8000 LD< D2000 D2002 MOV D2002 D2000 // R 小于 R0，按 R0 算 LD> D2000 D2004 MOV D2004 D2000 // R 大于 R1，按 R1 算 LD< D2020 K1 MOV K1 D2020 // R1-R0 小于 1 时强制为 1，防止除零 LD> D2020 K30000 MOV K30000 D2020 // 防止量程溢出，上限按实际半径倍率改

逻辑说明：比较触点放在运算前，保证 D2000 和 D2020 已经在有效区间。参数说明：D2020 的上限不是固定 30000，按你选的半径倍率和最大卷径算；如果 R1-R0 正常只有几百，除零保护阈值可以设 1，不要设太大，否则小卷径段锥度会失真。换卷清零要跟锥度使能互锁：清零瞬间不要执行锥度运算，等新卷半径建立后再投入。现场血泪经验是换卷后第一圈张力最容易被旧半径值带偏，程序里加一个“新卷半径有效”标志位，比事后调 PID 有用。

4. 恒张力闭环：模拟量采集、张力标定与PID整定

恒张力模式比锥度多了一个反馈环：张力传感器把实际张力变成 4-20mA 或 0-10V，模拟量输入模块转成数字量，PLC 拿设定值和实测值做 PID，输出再去改转矩给定或速度给定。模板里 FROM/TO 指令、PID 指令和 D 区参数都在，但现场能不能稳，取决于通道号、标定、滤波和手自动切换。下面按信号链顺序拆。

4.1 模拟量模块读写：FROM/TO 的模块号和通道号

FX3U 的特殊模块用 FROM 读、TO 写，K0/K1 是模块地址，不是输入点。基板上第几个特殊模块，地址就从 K0 开始按顺序排；如果前面还有别的特殊模块，张力输入模块可能不是 K0。下面这段读张力传感器通道 0 到 D100，再把 D200 写到输出模块通道 0。模块号按实际基板顺序改，通道号按接线改。

// 张力输入：模块号 K0、BFM#0、读 1 个点 LD M8000 FROM K0 K0 D100 K1 // 转矩输出：模块号 K1、BFM#0、写 1 个点 LD M20 TO K1 K0 D200 K1

逻辑说明：FROM/TO 每个扫描周期都执行会占通信时间，实际程序里可以加 M8000 常ON，但模块多时建议用脉冲触发或只在需要时读写。参数说明：D100 是原始数字量，常见 0～4000 或 0～16000，按模块分辨率定；D200 是输出数字量，写之前要限幅到模块量程。调试时先看模块上的 BFM 监视，确认通道 0 有数，再看 PLC 的 D100 是否跟着变；如果 D100 一直是 0，先查模块号，不要先改程序公式。

提示：模拟量输入断线时可能读到 0 或满量程，程序里要加“传感器断线”判断，不要直接把 0 当真实张力。

4.2 张力检测与标定：两点法比看手册快

张力传感器装好后，PLC 读到的是原始数字量，不是牛顿。标定至少做两点：空载或已知低张力点，挂砝码或拉力计做高张力点。比如原始值 0 对应 0N，4000 对应 200.0N，那么 D140 存 0.1N 单位就是 D100×2000/4000。下面这段先做一阶低通，再做标定，D120 是上次滤波值，D122 是当前滤波值，D140 是标定后的张力。

// 一阶低通：D122 = D120 + (D100-D120)*2/10 LD M8000 SUB D100 D120 D130 MUL D130 K2 D132 DIV D132 K10 D134 ADD D120 D134 D122 MOV D122 D120 // 两点标定：0→0N，4000→200.0N，D140 单位 0.1N LD M8000 MUL D122 K2000 D142 DIV D142 K4000 D144 MOV D144 D140

逻辑说明：低通系数 K2/10 表示新值占 20%，旧值占 80%；系数越大跟随越快，但抖动也越大。参数说明：D120 上电初始值要清零或设成当前值，否则第一 scan 会有冲击；D142 的 K2000 是 200.0N 按 0.1N 放大后的满量程，D144 除以 4000 是原始满量程，实际模块分辨率不同就改这两个数。标定时不要只做零点，高张力点也要做，否则中间段线性度差，PID 会一直追一个偏掉的设定。

4.3 PID 指令与手自动切换：先开环确认方向

FX3U 的 PID 指令是 PID S1 S2 S3 D，S1 设定值，S2 实测值，S3 参数区起始，D 输出。项目正文里写成 PID D100 D101 D102 少了一个参数区，照抄会报错或行为不对。下面这段 D300 是张力设定，D302 是标定后的实测张力，D400 起放 PID 参数，D500 是输出，限幅后送 D200。

// 恒张力 PID：D300 设定，D302 实测，D400 参数区，D500 输出 LD M0 // 自动模式 PID D300 D302 D400 D500 LD M0 MOV D500 D200 // 输出到模拟量通道，前面可插入限幅 // 手自动无扰：手动时让 PID 输出跟踪手动值 LD M1 // 手动模式 MOV D510 D200 MOV D510 D500

逻辑说明：M0 和 M1 要互锁，不能同时为 ON；手动切自动前，先把 D500 跟踪到 D510，再切 M0，减少冲击。参数说明：D400 起的参数区按编程软件指令帮助的偏移填，现场最常改的是采样周期、比例、积分、微分、输出上限和输出下限；采样周期不要设得比扫描周期还小，否则积分项会异常累积。整定顺序是先 P 后 I 再 D：P 给太小 response 慢，给太大振荡；I 用来消静差，但太强会过冲；D 对分切机这种带卷径变化的负载不要一上来就给大，先把 P 和 I 跑稳。

注意：PID 方向反了会越调越偏，先手动给正转矩看张力是升还是降，确认方向再投自动。

5. 避坑与排查：分切机程序现场最容易翻车的五个点

这份模板的指令不算多，难的是每个 D 区值背后都有量纲和时序。下面五条是现场最常见的翻车记录，按“现象→原因→解决”写，调试时可以直接当排查顺序。每条都建议在空载或低速下复现一次，不要等满卷高速才试。

5.1 电机一动就冲到限位：DRVI 参数顺序被照抄反了

现象：按启动后电机不按设定速度走，要么不动，要么瞬间高速冲到限位，驱动器报过流或位置偏差。原因：模板示例里把速度值放进 D0，再用 DRVI D0 K0 Y0 Y4，第一个操作数被当成脉冲数，第二个操作数是频率却写成 0；有的现场又把方向信号 Y4 接到脉冲口，导致方向不受控。解决：按 DRVI S1 S2 D1 D2 的顺序重新排，S1 放脉冲数，S2 放频率，D1 放脉冲口，D2 放方向口；连续输送改用 PLSY D0 K0 Y000，方向单独用 Y004。调试时先给 1000Hz、2000 脉冲，确认电机走一小段就停，再放大脉冲数。脉冲口和方向口不要共用，Y000/Y001/Y002 做脉冲时，方向点要避开高速输出口。

5.2 锥度张力忽大忽小：半径跳变和除零没处理

现象：收卷端面一会儿紧一会儿松，锥度设定值在 HMI 上跳变，低速时更明显。原因：当前半径 R 来自卷径计算，低速时线速度采样抖动，R 在 R0 附近来回跳；或者 R1-R0 很小，除法结果被放大；还有换卷后旧半径没清零，新卷第一圈用了一个错误的大半径。解决：进公式前先钳位 R 到 R0～R1，R1-R0 小于 1 时强制为 1；半径加死区和低通，换卷时用“新卷半径有效”标志位封锁锥度运算 1～2 秒。D2010 输出再做上下限，不得大于 T0、不得小于 T1。试卷时把 D2000、D2010 记到趋势里，看是半径跳还是公式溢出，不要一上来调 PID。

5.3 模拟量读到 0 或满量程：模块号和通道号对不上

现象：张力传感器有输出，PLC 的 D100 一直是 0，或者一上电就是 4000，PID 直接饱和。原因：FROM 的 K0 是特殊模块地址，不是输入点 X0；基板上前面还有别的特殊模块时，张力模块可能排在 K1 或 K2。通道号接错、4-20mA 接成 0-10V、模块量程跳线没设，也会读到边界值。解决：先在编程软件的特殊模块监视里看 BFM，确认当前模块号和通道有原始值；再查接线和跳线。程序里加断线判断：原始值小于 100 或大于 3900 时置传感器异常位，PID 切手动并保持上次输出，不要直接把 0 当张力。模块号改动后，所有 FROM/TO 一起改，不要只改输入不改输出。

5.4 力矩模式带载切换：材料瞬间松卷或拉断

现象：手动切自动、速度模式切力矩模式时，收卷轴突然失去转矩，材料松一圈；或者切换瞬间转矩给定残留，材料被拉断。原因：切换时没有先清零给定、没有等伺服使能断开、驱动器模式参数还没确认就重新使能；有的程序把 D200 直接连到 TO，上一次的 PID 输出残留。解决：按“给定清零→伺服 OFF→改模式→驱动器确认→伺服 ON→张力建立→投自动”的顺序做状态机，每步加 100～200ms 确认；D200 在切换前强制写 0，D500 跟踪手动值。带料切换前先降速到 30 m/min 以下，急停和断料信号要直接切断转矩给定，不要只靠 PID 输出限幅。

5.5 PID 越调越偏：方向反了或积分饱和

现象：设定张力 50N，实测从 45N 开始，PID 输出一路增大，实测反而降到 30N；或者停车后输出停在 100%，再启动时张力冲很高。原因：转矩给定方向与张力反馈方向相反，P 越大偏得越快；积分项在输出限幅后继续累积，形成饱和；手自动切换没有跟踪，切自动瞬间输出跳变。解决：先手动给 10% 正转矩，看张力实测是升还是降，方向反了就在输出端取反或改驱动器方向；输出加 0～100% 限幅，积分分离或抗饱和，偏差大时先不积；手动时让 PID 输出跟踪 D510，切自动前把 D500 预置到当前手动值。整定时先把 I 和 D 关掉，只给 P，找到临界振荡后回退一半，再加 I。

提示：排查顺序建议按“电气接线→模块监视→手动开环→标定→闭环”走，不要一上来改 PID 参数。

6. 进阶验证：用趋势记录和分段放卷把模板改成自己的程序

模板能不能用，不看指令多少，看你能不能证明它在你的机台上稳。我的做法是加一段 100ms 的趋势记录，把张力设定、实测、转矩输出、当前半径同时搬到连续 D 区，用上位机或触摸屏趋势看阶跃响应。M8012 是 100ms 时钟，下面这段每 100ms 搬一次，D6000 起始区按环形缓冲往后移，具体长度按 HMI 记录深度定。

// 100ms 记录一组：设定、实测、输出、半径 LD M8012 MOV D300 D6000 // 张力设定 MOV D302 D6002 // 张力实测 MOV D200 D6004 // 转矩输出 MOV D2000 D6006 // 当前半径

逻辑说明：M8012 是 100ms 时钟脉冲，只在上升沿搬一次；如果记录区要做环形缓冲，用变址寄存器或指针往后推，不要每个扫描都写同一地址。参数说明：D6000 起始区要避开 PID 参数区和手动调试区，长度按记录时长算，100ms 一组、记录 10 分钟需要 6000 个寄存器，FX3U 的 D 区不够就抽关键量或缩短周期。验证时做三次阶跃：设定从 30N 到 50N、50N 到 30N、断料模拟，看超调、恢复时间和输出是否饱和。再做一个分段放卷验证：R0 到 1/3 卷径用 T0，1/3 到 2/3 用中间值，2/3 到满卷用 T1，对比线性锥度的端面平整度。下面这张表是我会写进调试记录的通过标准。

从那以后我每次上电都强制走一遍“空载点动→静态标定→低速锥度→恒张力阶跃”，不跳步。这份 PDF 当底稿，先把 D 区量纲和模块号改成自己机台的，再按验证表跑数据；希望帮到你。

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