ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN 2 ĐỘNG CƠ SERVO MITSUBISHI 400W BẰNG PLC FX3U-32MT/ES-A

Giới thiệu tổng quan PLC Mitsubishi FX3U-32MT/ES-A

PLC Mitsubishi FX3U-32MT/ES-A là một trong những model nổi bật của dòng FX3U, thuộc thế hệ thứ ba của dòng PLC FX Series – Mitsubishi Electric. Dòng sản phẩm này hướng tới phân khúc tự động hóa vừa và nhỏ, nổi bật ở khả năng mở rộng linh hoạt, tốc độ xử lý cao cùng tính năng tối ưu cho điều khiển chuyển động. Model FX3U-32MT/ES-A sử dụng bộ nguồn AC 100–240V, tích hợp sẵn 16 ngõ vào số và 16 ngõ ra dạng transistor (sink) phù hợp cho điều khiển phát xung tốc độ cao.

Các thông số nổi bật của FX3U-32MT/ES-A bao gồm: bộ nhớ chương trình lên tới 64.000 step, tốc độ xử lý lệnh logic 0,065 μs, khả năng mở rộng tổng số điểm I/O tới 256 (hoặc tối đa 384 điểm qua CC-Link), và tương thích tốt với các module mở rộng của dòng FX2N và FX3U. Thiết bị có hỗ trợ các giao tiếp truyền thông như RS422, mở rộng thêm RS232 và RS485 khi cần.

Một điểm quan trọng là khả năng phát xung tốc độ cao qua các ngõ ra transistor, cho phép PLC FX3U-32MT/ES-A đáp ứng các bài toán điều khiển vị trí, tốc độ bằng động cơ servo hoặc step motor quy mô 1–2 trục, thường ứng dụng trong dây chuyền cắt, đóng gói, máy CNC, máy dán nhãn, máy phân loại và nhiều lĩnh vực sản xuất tự động hóa khác.

Khả năng phát xung tốc độ cao của FX3U-32MT/ES-A

Đặc điểm phần cứng phát xung

FX3U-32MT/ES-A thuộc dòng PLC có ngõ ra transistor, đây là điều kiện tiên quyết để phát xung tốc độ cao. Các chân ngõ ra này có khả năng đóng cắt nhanh nhờ sử dụng linh kiện bán dẫn, khác biệt hoàn toàn so với dòng ngõ ra relay vốn bị giới hạn tần suất chuyển mạch.

Theo tài liệu kỹ thuật chính thức và các hướng dẫn sử dụng, PLC FX3U-32MT/ES-A hỗ trợ phát xung tốc độ cao trên tối đa 3 ngõ ra (thường là Y000, Y001, Y002), với tần số phát xung lớn nhất là 100 kHz/phát xung khi sử dụng trực tiếp từ CPU.

Nếu cần điều khiển tốc độ cao hơn hoặc số trục nhiều hơn, có thể tích hợp thêm module mở rộng chuyên dụng, ví dụ FX3U-4HSX-ADP hoặc FX3U-2HSY-ADP, giúp nâng tần số phát xung lên 200 kHz hoặc hơn tùy chuẩn. Tuy nhiên, đối với 2 trục servo công suất 400W thông thường, chức năng tích hợp sẵn của PLC đã đáp ứng được hầu hết yêu cầu thực tế.

Bảng tóm tắt thông số phát xung

Thông số	Giá trị với FX3U-32MT/ES-A
Loại ngõ ra	Transistor (Sink)
Số lượng ngõ ra phát xung	Tối đa 3
Các ngõ ra phát xung	Y000, Y001, Y002
Tần số phát xung tối đa	100 kHz (CPU), 200 kHz (module mở rộng)
Loại tín hiệu phát xung	Pulse train + direction/ Forward-reverse pulse
Số trục servo điều khiển	1–2 độc lập (có thể tới 3 trục)

FX3U-32MT/ES-A cho phép phát xung ở hai chế độ: xung + chiều (pulse + direction) hoặc hai xung tiến/lùi (forward/reverse pulse). Tùy driver servo mà việc wiring sẽ khác nhau, song đa số driver MR-JE và MR-J2S đều tương thích với hai chế độ này.

Khả năng điều khiển 2 động cơ servo Mitsubishi 400W

Số lượng ngõ ra dùng cho điều khiển servo

FX3U-32MT/ES-A có tổng 16 ngõ ra transistor, trong đó 3 ngõ ra đầu (Y000, Y001, Y002) được hỗ trợ phát xung tốc độ cao cho điều khiển vị trí hoặc tốc độ. Để điều khiển hai trục servo độc lập, ta sử dụng hai bộ ngõ ra: Y000 làm xung, Y001 làm chiều cho trục 1, Y002 làm xung và Y003 làm chiều cho trục 2.

Việc sử dụng tối đa 2 trục song song là hoàn toàn khả thi, bởi luồng phát xung của từng trục là độc lập; mỗi kênh xung phải có hai chân: một chân Pulse (xung điều khiển) và một chân Direction (tín hiệu chiều) hoặc hai chân Pulse tiến/lùi. Phần mềm lập trình (như GX Works2 hoặc GX Developer) cung cấp đầy đủ lệnh và thanh ghi hỗ trợ vận hành hai động cơ một cách đơn lẻ mà không xảy ra xung đột tài nguyên phần cứng.

Biên dạng tín hiệu và điện áp hỗ trợ

Loại tín hiệu: Xung điện tử vuông (Open Collector hoặc Line Driver tùy module bổ sung, nhưng FX3U-32MT/ES-A bản chuẩn là Open Collector).
Điện áp hỗ trợ: Thông thường là 5–24VDC, dòng tối đa 100 mA mỗi cổng. Đa số driver servo chuẩn công nghiệp (như MR-JE, MR-J2S) đều hỗ trợ tín hiệu đầu vào dạng này trong manual của driver.

Bảng tóm tắt số lượng ngõ ra điều khiển

Chức năng	Ngõ ra trên FX3U-32MT/ES-A
Xung trục 1	Y000
Chiều trục 1	Y001
Xung trục 2	Y002
Chiều trục 2	Y003

Bốn chân này được wiring trực tiếp đến các chân PP (Pulse+)/NP (Direction+) của driver servo. Nếu muốn sử dụng nhiều hơn 2 trục hoặc đạt tần số cao hơn 100kHz, bắt buộc tích hợp module mở rộng chuyên dụng：

Các module mở rộng và giải pháp nâng cao

Đối với các ứng dụng phức tạp hơn (nhiều trục hơn, nội suy đa trục, tốc độ lấy xung encoder cực cao hoặc cần chuẩn tín hiệu đặc biệt như Differential Line Driver), người dùng nên tham khảo các module mở rộng như sau:

FX3U-4HSX-ADP: Module này chuyên dùng cho phát xung tốc độ cao, cho phép điều khiển 4 trục độc lập, tần số phát xung tới 200kHz trên mỗi trục. Nếu cần kiểm soát đồng thời nhiều hơn 2 trục hoặc muốn nâng tần số điều khiển, đây là lựa chọn tối ưu.
FX3U-2HSY-ADP: Module phát xung cao cấp, 2 trục, hỗ trợ các chuẩn tín hiệu vi sai (Line Driver), cho phép wiring với tín hiệu xung chuẩn công nghiệp, chống nhiễu tốt và đi dây xa hơn.
Ngoài ra, còn các module như FX3U-1PG, FX2N-20GM, FX3U-20SSC-H, cho phép điều khiển bước/servo đa trục hoặc truyền thông mạng tốc độ cao (SSCNET III, CAN, CC-Link, PROFIBUS).

Thông số kỹ thuật servo Mitsubishi 400W

Tham khảo động cơ và driver dòng MR-JE

Các động cơ servo Mitsubishi 400W thuộc series HG-KN (HG-KN43J, HG-KN43K) hoặc dòng tương đương với encoder 17 bit (độ phân giải 131.072 xung/vòng), tốc độ định mức 3.000 vòng/phút, tốc độ tối đa 5.000 vòng/phút, mô-men định mức 1,3 Nm, mô-men cực đại 3,8 Nm, điện áp nguồn AC 200–230V. Dòng này dùng kèm driver MR-JE-40A hoặc các driver MR-JE tương tự, nhận tín hiệu xung + chiều.

Tham khảo động cơ và driver dòng MR-J2S

MR-J2S là dòng servo amplifier (driver) có tuổi đời lâu, độ ổn định cao, tương thích tốt với các dòng động cơ servo Mitsubishi thế hệ cũ và mới. Driver này hỗ trợ điều khiển bởi tín hiệu xung dạng open collector lên tới 200kHz, phân giải encoder 17 bit, cho phép vận hành ở các chế độ position (vị trí), speed (tốc độ), torque (mô-men).

Bảng thông số kỹ thuật động cơ servo mẫu (MR-JE 400W)

Thông số	Giá trị điển hình
Công suất	400W
Dòng driver phổ biến	MR-JE, MR-J2S
Điện áp nguồn driver	1 pha/3 pha 200–230V AC
Tín hiệu đầu vào	Pulse + Direction/Open Collector
Độ phân giải encoder	131.072 pulse/vòng (17 bit)
Tín hiệu điều khiển	PP, NP, SD, SON, EMG, OPC…
Tốc độ định mức	3.000 vòng/phút
Tốc độ lớn nhất	5.000 – 6.000 vòng/phút
Dòng vào chuẩn tín hiệu xung	5–24V DC, tối đa ~20mA

Tính tương thích với driver servo: MR-JE, MR-J2S

Việc kết nối PLC FX3U-32MT/ES-A với các driver servo tiêu chuẩn của Mitsubishi như MR-JE, MR-J2S là hoàn toàn khả thi, nhờ chuẩn tín hiệu đầu vào xung công nghiệp (5–24V DC, open collector):

DriverMR-JE Series

MR-JE là dòng driver mới, tương thích với tín hiệu pulse train (PP/NP). Cổng nhận xung của driver hỗ trợ tần số đầu vào tới 200kHz với collector mở, đồng thời có các chân tín hiệu Servo-ON, EMG, RES, limit, ready, alarm… Thường dây tín hiệu wiring như sau: Y000/COM → PP/SD của driver, Y001/COM → NP/SD. Với động cơ 400W sử dụng MR-JE-40A, sơ đồ wiring và cấu hình là chuẩn công nghiệp phổ biến.

Driver MR-J2S Series

MR-J2S là dòng driver đời trước, nhưng đến hiện tại vẫn rất phổ biến ở các máy công nghiệp. Kết nối tương tự, hỗ trợ các mode điều khiển bằng xung position (PP/NP), open collector tối đa 200kHz, đầy đủ chân điều khiển, cổng encoder phản hồi A/B/Z về PLC nếu cần. Việc wiring các chân tương tự MR-JE. Đa số các ứng dụng thực tế đều lựa chọn driver MR-JE hoặc MR-J2S với động cơ từ 100W đến 400W.

Sơ đồ kết nối cơ bản PLC FX3U với driver servo

Dưới đây là sơ đồ wiring tiêu chuẩn cho một trục servo với driver MR-JE hoặc MR-J2S khi kết nối PLC FX3U-32MT/ES-A:

Y000 → PP (Pulse+)
Y001 → NP (Direction+)/(Sign+)
COM → SD (Common ground)
Nguồn ngoài 24V DC cấp cho tín hiệu logic nếu driver yêu cầu
Các chân SON (Servo-ON), EMG (Emergency), RES (Reset), OPC… được kết nối đến các đầu vào digital PLC hoặc nút nhấn ngoài, dùng để điều khiển trạng thái servo (Run/Stop/Reset/emergency)
Option: Feedback encoder A, B, Z từ driver về các ngõ vào high-speed input của PLC để làm closed loop position/counter (nếu cần)

Sơ đồ mẫu kết nối 2 trục servo

PLC FX3U-32MT/ES-A	Driver servo trục 1 (MR-JE/J2S)	Driver servo trục 2 (MR-JE/J2S)
Y000 (Pulse trục 1)	PP (Pulse+)
Y001 (Direction trục 1)	NP (Direction+)
Y002 (Pulse trục 2)		PP (Pulse+)
Y003 (Direction trục 2)		NP (Direction+)
COM (S/Common)	SD/GND (cả 2 driver)	SD/GND (cả 2 driver)

Bình thường sử dụng công tắc hành trình giới hạn, dừng khẩn và các nút nhấn ngoài nối về PLC theo chuẩn sink/source với sơ đồ sau:

X000/X001/X002/X003: Limit+, Limit-, Emergency, Home sensor
24V DC nuôi tín hiệu và các thiết bị ngoại vi nhỏ

Lưu ý đi dây tín hiệu xung, encoder phải tách biệt khỏi dây động lực (U, V, W, nguồn 220V) và nối đất tốt để tránh nhiễu.

Lệnh lập trình phát xung trong PLC FX3U

Dòng FX3U hỗ trợ các lệnh phát xung và điều khiển vị trí mạnh mẽ, cho phép vận hành động cơ servo ở cả hai chế độ positioning và speed.

Các lệnh phát xung tiêu chuẩn

PLSY (Pulse Y): Phát xung tần số xác định, số xung hữu hạn theo tần số đặt trước.
PLSV (Pulse Variable): Phát xung liên tục, không quy định số xung mà duy trì ở tần số set cho đến khi ngừng lệnh.
PLSR (Pulse with acceleration/deceleration): Phát xung với profile tăng giảm tốc mềm.
DRVA (Drive Absolute): Điều khiển vị trí tuyệt đối cho servo (số xung phát ra là số xung tuyệt đối so với điểm gốc).
DRVI (Drive Incremental): Điều khiển vị trí tương đối, di chuyển so với điểm hiện tại (±).
ZRN: Lệnh zero return/homing, tìm vị trí gốc.
ABS: Đọc giá trị vị trí tuyệt đối hiện tại.

Tập lệnh này đủ để vận hành 2 servo độc lập song song, mỗi trục sử dụng bộ lệnh riêng gắn với ngõ ra Y000/Y001 (trục 1) hoặc Y002/Y003 (trục 2). Cờ trạng thái có thể kiểm tra như M8029–M8032 (xác định hoàn thành xung hoặc vị trí).

Bảng tóm tắt lệnh và ứng dụng

Lệnh	Chức năng ứng dụng	Tham số chính
PLSY	Phát xung hữu hạn định trước	D0: tần số, D1: số xung, Y000: cổng phát xung
PLSV	Phát xung liên tục	D0: tần số, Y000/Y001: cổng
DRVA	Điều khiển vị trí tuyệt đối	D0: Tần số, D4: Số xung cần tới, Y000/Y001
DRVI	Điều khiển vị trí tương đối	D0: Tần số, D4: Số xung tương đối, Y000/Y001
PLSR	Phát xung tăng giảm tốc mềm	K100: tần số, K500: số xung, K100: thời gian tăng tốc

Đây là cấu trúc lệnh gốc, các bộ lập trình viên có thể tích hợp thêm các hàm chuyển đổi số vòng quay, điện tử gear ratio, mapping input/output để tạo thành các macro vận hành phức tạp hơn như chuyển dạng chế độ điều khiển, chạy jog, home, tự động dừng trên hành trình tối đa, v.v.

Giới hạn kỹ thuật khi điều khiển 2 trục servo độc lập

Tần số phát xung – tốc độ động cơ

Tần số phát xung tối đa cho mỗi trục khi phát trực tiếp từ PLC FX3U-32MT/ES-A là 100kHz (open collector), tương ứng với tốc độ quay tối đa của động cơ servo T (rpm) tùy theo thiết lập điện tử gear (nếu encoder 131.072 pulse/vòng):

Tốc độ tối đa (rpm) = Tần số xung / (Độ phân giải encoder × tỉ số gear điện tử)

Khi chạy ứng dụng thực tế dạng cắt/ngắn/hút/phóng nhãn, hai trục servo với công suất 400W sẽ chạy tốt ở tốc độ ≤ 3000–3500rpm và profile động học tiêu chuẩn.

Đồng thời vận hành 2 trục

Hai trục phải sử dụng hai nhóm ngõ ra độc lập, mỗi nhóm gồm Pulse và Direction (Y000/Y001 & Y002/Y003).
Lưu ý giới hạn tổng tần số xung trên PLC xuất ra vào cùng thời điểm – tránh cắm quá nhiều trục hoặc module mở rộng mà CPU không đáp ứng nổi.
Khuyến cáo không sử dụng chung dây COM giữa các trục để tối ưu chống nhiễu.
Soft interlock phải được lập trình kỹ (giới hạn hành trình, dừng khẩn, kiểm tra trạng thái driver trước khi phát xung).
Thời gian chu kỳ scan chương trình phải đảm bảo nhỏ hơn profile chuyển động ngắn nhất giữa các lệnh, đặc biệt khi chạy hai trục chế độ Jog hoặc homing liên tục.

Khoảng cách kết nối

Do phát xung dạng open collector, chiều dài dây tín hiệu từ PLC đến driver nên giữ quan trong <10m để đảm bảo biên dạng biên lên/xuống đủ nhanh (dạng line driver có thể đi xa hơn).

Tóm tắt một số giới hạn chính

Tối đa 2 trục servo độc lập (không hỗ trợ nội suy đa trục trên CPU gốc – dùng module chuyên dụng cho multi-axis interpolation).
Tần số xung tối đa 100.000 xung/s/ngõ ra.
Cấp nguồn nuôi 24VDC phải ổn định và nguồn cấp tín hiệu cho driver nên lọc nhiễu tốt.
Về cấu hình phần mềm không được phát/driving đồng thời hai lệnh xung có map trùng chân Y (có thể gây lỗi xung địa chỉ hoặc biến trạng thái).
Đọc trạng thái phản hồi encoder hoặc driver luôn cần input high speed trên PLC hoặc module HSC.

Bảng tóm tắt thông số kỹ thuật điều khiển servo trên FX3U-32MT/ES-A

Thông số	FX3U-32MT/ES-A (CPU)
Tổng số I/O	32 (16 in/16 out)
Loại ngõ ra	Transistor (Sink)
Số ngõ phát xung tốc độ cao	2–3 trục (100kHz x 3)
Tần số phát xung tối đa	100kHz (CPU), 200kHz (module)
Số trục servo điều khiển độc lập	2
Driver servo tương thích	MR-JE, MR-J2S, (MR-J3 qua module FX3U-20SSC-H)
Loại tín hiệu xuất xung	Open Collector 5–24V DC
Độ phân giải động cơ/encoder	131.072 pulse/vòng (17-bit)
Phần mềm lập trình	GX Works 2, GX Developer
Phát xung dạng	Pulse + Direction
Khả năng phát xung tăng giảm tốc	Có (PLSR/DRVA/DRVI)
Giới hạn dây dẫn xung	≤10m (open collector), ≤50m (line driver/module)

Ví dụ thực tế ứng dụng FX3U điều khiển servo

Nhiều tài liệu thực tế cũng như luận văn báo cáo đã xác nhận việc sử dụng FX3U-32MT/ES-A để điều khiển từ 1 đến 2 trục servo Mitsubishi (400W trở xuống) vận hành hiệu quả với các loại máy cắt, CNC mini, băng tải tự động, dán nhãn tốc độ cao:

Sử dụng PLSY/DRVA để chạy tới vị trí cần thiết, kiểm tra cờ báo hoàn thành M8029–M8030 lập trình running step tiếp theo.
Quét trạng thái ALM (báo lỗi), RDY (sẵn sàng), INP (in position) từ driver cho phép vận hành chính xác chu trình.
Ứng dụng home (ZRN) để tìm gốc khi khởi động hoặc sau các chu trình soạn ca.
Ứng dụng chạy profile tăng giảm tốc mềm với PLSR, giải quyết bài toán rung, sốc cơ học khi chuyển động tốc độ cao ở đầu và cuối hành trình v.v.

Phân tích, đánh giá khả năng và các lưu ý kỹ thuật thực tế

FX3U-32MT/ES-A hoàn toàn đáp ứng phần lớn yêu cầu điều khiển 2 động cơ servo Mitsubishi 400W, khi:

Tín hiệu xung và chiều (open collector) phù hợp với các driver MR-JE, MR-J2S – là hai chủng loại phổ biến nhất ở phân khúc công nghiệp nhẹ, máy cơ khí, chế biến, thực phẩm, đóng gói, dán nhãn…
Với tần số phát xung đạt 100kHz, máy hoàn toàn đáp ứng các dải tốc độ ứng dụng thông thường (tối đa 4000–5000rpm trên động cơ phân giải 131.072 pulse/vòng).
Hệ số tín hiệu điện tử (electronic gear) trên driver cho phép dễ dàng đồng bộ hóa thông số động học giữa PLC và driver động cơ.
Dải điện áp và dòng ra của PLC tương thích đầy đủ với cổng input của driver servo.
Có thể mở rộng số trục hoặc nâng tốc độ dễ dàng nhờ các module bổ sung (ví dụ cho máy cắt tốc độ siêu cao, máy đóng gói dạng reel-head).

Các lưu ý thiết kế:

Chỉ wiring các ngõ ra transistor có hỗ trợ tốc độ cao, mapping chuẩn Y000/Y001 – Y002/Y003 (nếu dùng 2 trục).
Cấu hình nguồn cấp cho tín hiệu 24VDC, phân tách khối động lực U/V/W khỏi tín hiệu xung để tránh nhiễu.
Dây nối tín hiệu ngắn nhất có thể; nếu cần đi xa nên dùng bộ repeater hoặc module line driver tốc độ cao, chống nhiễu.
Lập trình soft interlock bảo vệ như: Home, Limit, Emergency, kiểm tra trạng thái ‘Servo-ON’, ‘Ready’, ‘Alarm’ trước khi phát lệnh vận hành.
Nếu ứng dụng cần đọc phản hồi encoder về PLC để closed loop, nên dùng module input tốc độ cao tương thích, hoặc mô hình closed loop hoàn toàn trên driver servo.

Kết luận

PLC Mitsubishi FX3U-32MT/ES-A là lựa chọn hoàn hảo để điều khiển hai động cơ servo Mitsubishi 400W một cách ĐỘC LẬP trong các ứng dụng công nghiệp vừa và nhỏ. Nhờ khả năng phát xung tốc độ cao tối đa 100kHz trên 2–3 kênh ngõ ra transistor sink; khả năng wiring dễ dàng với các dòng driver servo MR-JE hoặc MR-J2S đang phổ biến; hỗ trợ đầy đủ các lệnh phát xung điều khiển vị trí, tốc độ và tăng giảm tốc trong phần mềm lập trình GX Works2 hoặc GX Developer; sơ đồ wiring chuẩn công nghiệp; và khả năng mở rộng khi cần thiết.

Mọi yêu cầu như vận hành độc lập 2 trục servo, kiểm soát vị trí, tốc độ, chạy profile tốc độ cao thấp, home, limit/stop, đều có thể cấu hình và lập trình chính xác với tập lệnh tiêu chuẩn của dòng FX3U.

Người dùng chỉ cần lưu ý đến:

Tần số xung đầu ra thực tế,
Wiring chống nhiễu và chuẩn mapping IO,
Đảm bảo nguồn tín hiệu ổn định,
Lập trình logic bảo vệ và liên động khi khởi động chạy máy.

Điều này giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư so với các giải pháp motion controller phức tạp, đồng thời đảm bảo máy vận hành ổn định, tin cậy, dễ bảo trì và mở rộng khi hệ thống cần hiện đại hóa hoặc tăng tải.

Mình đang thực hiện một báo cáo kỹ thuật chi tiết để xác minh khả năng của PLC Mitsubishi FX3U-32MT/ES-A trong việc điều khiển 2 động cơ servo Mitsubishi 400W. Báo cáo sẽ bao gồm thông tin về khả năng phát xung tốc độ cao, số lượng ngõ ra phù hợp, các driver tương thích, sơ đồ kết nối cơ bản, lệnh lập trình và giới hạn kỹ thuật.

⏳ Việc này sẽ mất vài phút để hoàn tất, nên bạn cứ thoải mái làm việc khác — báo cáo sẽ được lưu lại trong cuộc trò chuyện này để bạn xem bất cứ lúc nào. Mình sẽ thông báo ngay khi hoàn thành!