YOKOGAWA F3PU20-0N输出定位单元模块

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Shenyang Shangmin Electric Co., Ltd

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YOKOGAWA F3PU20-0N输出定位单元模块

发布时间: 2025-11-04 15:53

YOKOGAWA F3PU20-0N 是横河 FA-M3 系列 PLC 的 2 轴脉冲输出定位单元模块，专为工业自动化中的精准定位控制设计，可驱动步进电机或伺服电机实现位置、速度控制。

商品信息

一、核心参数与功能

1. 基础规格

控制轴数：2 轴独立控制，支持单轴独立运行或两轴联动（如直线插补）。
脉冲输出特性：

输出类型：差分信号（RS422）或集电极开路信号（可选），兼容主流伺服 / 步进驱动器。
脉冲频率：最大 200 kHz / 轴，支持脉冲 + 方向、CW/CCW 两种输出模式。
脉冲计数范围：-2,147,483,648 ~ +2,147,483,647（32 位二进制），满足长行程定位需求。

电源与接口：

供电：DC 24V（由 FA-M3 系统电源提供，功耗 ≤ 2.5W）。
信号接口：34 针端子台（脉冲输出、报警输入、复位输入），支持急停信号接入。
通信：通过 FA-M3 系统总线与 CPU 单元通信，无额外外部通信接口。

2. 核心控制功能

定位模式：

支持绝对位置控制（基于原点回归后的坐标）、相对位置控制（基于当前位置的增量移动）、点动控制（手动微调）。
内置电子齿轮 / 凸轮功能，可通过参数设置齿轮比（分子 / 分母最大 65535），实现脉冲缩放或凸轮曲线控制。

保护与监控：

具备软限位（正负向位置限制）、硬件急停输入、驱动器报警输入功能，触发时立即停止脉冲输出，保障设备安全。
实时监控脉冲输出状态、电机运行状态，支持位置偏差检测（超出设定阈值时输出报警信号）。

辅助功能：

支持原点回归（自动回归、手动回归、近点狗回归 3 种模式），原点信号可接光电开关或编码器 Z 相。
提供位置比较输出（每轴 2 点），可用于触发外部动作（如抓取、卸料）。

二、兼容性与应用场景

1. 系统兼容性

适配 CPU 单元：仅兼容 FA-M3 系列 CPU，如 F3SP21-0N（紧凑型）、F3SP31-0N（标准型）、F3SP41-0N（高性能型）。
扩展方式：需安装在 FA-M3 扩展基板（如 F3XB04-0N、F3XB08-0N）上，单基板最多可扩展 8 个模块，总轴数可扩展至 16 轴（需多模块组合）。
编程软件：使用 SYSMAC STUDIO（横河工业控制专用软件）进行参数配置和程序编写，支持梯形图、结构化文本（ST）编程。

2. 典型应用场景

高精度定位设备：

数控机床：控制刀具进给轴，实现毫米级精度的切削定位（如小型加工中心的 X/Y 轴控制）。
自动化装配线：驱动传送带定位轴，将工件精准送至装配工位（如电子元件插装设备的托盘定位）。

自动化搬运与分拣：

机器人抓取：控制小型直角坐标机器人的 X/Y/Z 轴，实现工件的精准抓取与放置（如食品包装线的物料分拣）。
印刷设备：控制印刷滚筒的同步定位，确保印刷图案的套印精度（如标签印刷机的走纸轴控制）。

三、生命周期与替代方案

1. 停产与支持状态

当前状态：FA-M3 系列仍处于有限支持阶段，F3PU20-0N 可正常采购，但横河已推出升级系列 FA-M3V，建议新项目优先选用升级型号。
库存与采购：

全新设备可通过横河授权代理商（如上海横河国际贸易、北京中航机电）采购，参考价格约 4500-6000 元人民币。
二手或翻新设备偶见于工业电商平台（如阿里巴巴、工控网），价格约 2000-3000 元人民币，需确认是否含保修（通常 3-6 个月）。

2. 推荐替代型号

替代型号	核心升级点	兼容性说明
F3PU21-0N	- 脉冲频率提升至 500 kHz / 轴，支持更高转速电机- 新增转矩限制控制，适配伺服电机- 支持 FA-M3V 系列 CPU（向下兼容 FA-M3）	- 物理尺寸与 F3PU20-0N 一致（120mm×90mm×60mm），可直接替换安装- 编程逻辑兼容，仅需更新 SYSMAC STUDIO 软件版本至 V1.5 以上
F3PU40-0N	- 4 轴控制，减少模块数量（替代 2 个 F3PU20-0N）- 支持圆弧插补、螺旋插补，适配复杂轨迹控制- 内置 RS485 通信接口（Modbus RTU）	- 需占用 FA-M3 扩展基板 2 个插槽- 适合多轴联动场景（如小型机器人），需重新配置轴联动参数

四、安装与编程要点

1. 硬件安装规范

接线要求：

脉冲输出线（差分信号）需使用屏蔽双绞线（阻抗 120Ω），长度不超过 10m，避免与动力线并行布线（间距 ≥ 30cm）。
急停信号、原点信号需接独立信号线，建议串联浪涌抑制器（如横河 F3WS01-0N），防止干扰导致误动作。

接地：模块接地端子（GND）需单独连接至 FA-M3 系统接地（接地电阻 ≤ 10Ω），避免地环路干扰。

2. 编程与参数设置

核心参数配置（通过 SYSMAC STUDIO）：

脉冲输出模式（参数 P01）：选择 “脉冲 + 方向” 或 “CW/CCW”，匹配驱动器接收模式。
电子齿轮比（参数 P05/P06）：根据电机分辨率（如 1000 脉冲 / 转）和机械减速比（如 1:10）计算，确保实际移动距离与指令一致。
软限位（参数 P10/P11）：设置正负向最大移动范围（如 -50000 ~ +50000 脉冲），防止超程。

程序编写：

通过功能块（FB）调用定位指令，如 P_POSITION（绝对定位）、P_VELOCITY（速度控制），无需手动编写脉冲生成逻辑。
示例：调用 P_POSITION 指令，设置目标位置 “10000 脉冲”、运行速度 “50000 脉冲 / 秒”，触发后模块自动输出脉冲至电机。

3. 常见故障排查

故障现象	可能原因	解决方案
脉冲无输出	1. 模块未上电或系统总线未连接2. 急停信号触发3. 驱动器报警输入有效	1. 检查 FA-M3 系统电源和扩展基板接线2. 复位急停按钮，清除报警状态3. 排查驱动器故障（如过流、过载）
定位偏差过大	1. 电子齿轮比设置错误2. 电机丢步（负载过载）3. 原点回归未执行	1. 重新计算并设置电子齿轮比（公式：齿轮比 = 电机分辨率 × 减速比 / 机械导程）2. 降低负载或提升电机功率3. 执行原点回归程序，校准坐标
轴联动时轨迹偏移	1. 两轴速度不匹配2. 插补参数设置错误	1. 调整两轴运行速度，确保同步性2. 检查插补模式参数（如直线插补需设置 “插补类型 = 0”）

五、采购与维护建议

1. 采购信息

供货渠道：优先通过横河官方授权代理商（如横河电机（中国）有限公司、上海自动化仪表有限公司）采购，确保正品及售后支持。
参考价格：全新模块约 4500-6000 元人民币，批量采购（≥10 台）可议价，交货周期通常 7-15 天。

2. 维护要点

定期维护：

每季度检查模块端子台接线，防止松动导致接触不良；清洁模块散热孔，避免灰尘堆积影响散热（工作温度需控制在 0-60℃）。
每月备份定位参数（通过 SYSMAC STUDIO 导出参数文件），防止参数丢失。

备件建议：若用于关键设备（如生产线主定位轴），建议储备 1-2 台备用模块，避免故障导致停产。

总结

YOKOGAWA F3PU20-0N 是一款高可靠性的 2 轴定位模块，核心优势在于无需复杂编程、定位精度高、与 FA-M3 系统无缝兼容，适合中低精度（≤200 kHz）的工业定位场景。若现有设备需升级，可优先考虑替代型号 F3PU21-0N（更高频率、支持转矩控制）；若需多轴联动，F3PU40-0N 是更优选择。