1. 课程导入与系统认知
三菱iQ-R系列PLC是当前中大型自动化设备中应用非常广泛的控制平台。它并不是单一型号的PLC，而是一套模块化、可扩展、支持多CPU协同的控制系统架构。理解iQ-R平台，是学习多轴运动控制与设备协同控制的前提。本课程围绕“多轴运动”与“设备协同”两条主线展开，最终目标是让学习者能够独立完成从硬件选型、模块配置、轴参数设定，到多轴插补、设备间信号交互与联调排障的完整工程任务。
一、iQ-R平台的系统架构
iQ-R采用基板+模块的结构。主基板上通常安装电源模块、CPU模块、运动控制CPU或运动模块、以及各类I/O与通信模块。与早期PLC不同，iQ-R支持多CPU系统：在同一基板上可以同时安装可编程控制器CPU（如R04CPU）和运动控制CPU（如R16MTCPU），两者通过基板背板总线进行高速数据交换，各自独立运算又协同工作。
从控制层级看，iQ-R系统可以划分为三层：
- 信息层：通过以太网、CC-Link IE Field等网络与上位机、HMI、MES系统通信，负责生产数据、配方、状态监控。
- 控制层：由PLC CPU和运动控制CPU组成，执行逻辑控制、顺序控制与多轴运动运算。
- 设备层：通过CC-Link IE Field、SSCNET III/H、模拟量/数字量I/O连接伺服放大器、变频器、远程I/O、传感器与执行机构。
其中，SSCNET III/H是运动控制CPU与伺服放大器之间的高速光纤网络，负责周期性的位置、速度、转矩指令下发与编码器反馈上传。理解这条信号链，是后续学习伺服参数、电子齿轮比、原点回归等内容的物理基础。
二、运动控制模块类型与选型思路
iQ-R平台上的运动控制实现方式主要有两类：运动控制CPU和运动模块。运动控制CPU（如R16MTCPU、R32MTCPU）是独立CPU，拥有自己的运算周期和编程环境（MT Developer2或GX Works3的运动控制设置），适合轴数多、插补复杂、同步要求高的场合，例如多轴机械手、龙门同步、飞剪、追剪等。运动模块（如RD77MS系列）则安装在PLC CPU管理的基板上，通过PLC的顺控程序启动定位数据，适合轴数较少、以点位控制为主的场合。
选型时可以从以下几个维度判断：
- 轴数：运动控制CPU单台可控制多达16轴甚至32轴（视型号），运动模块通常为2轴、4轴、8轴、16轴。
- 插补能力：直线插补、圆弧插补、螺旋插补是否必需；是否需要2轴/3轴/4轴联动。
- 同步控制：是否需要电子齿轮、电子凸轮、相位同步、凸轮曲线切换。
- 运算周期：运动控制CPU的运算周期可低至0.44ms，适合高速高精度场景。
- 编程方式：运动CPU使用专用运动SFC或梯形图+定位指令；运动模块使用PLC顺控程序+定位数据表。
三、多轴协同与设备协同控制的典型场景
“多轴协同”指的是同一台设备内部多个伺服轴之间保持确定的位置、速度或相位关系。典型场景包括：
- 龙门双驱同步：X轴由两个伺服电机分别驱动两侧，要求两轴位置偏差始终小于允许值，否则机械会卡死或扭曲。通常使用运动CPU的同步控制功能，主从轴之间建立电子齿轮关系。
- 飞剪/追剪：送料轴连续运行，剪切轴需要在极短时间内加速到与材料同速，完成剪切后返回。这要求两轴之间建立凸轮曲线，剪切轴的位置由送料轴位置实时映射。
- 多轴插补轨迹：如涂胶、焊接、切割，需要2轴或3轴按直线/圆弧轨迹联动，保证末端执行器沿预定路径运动。
“设备协同控制”则是指多台设备之间通过信号或网络进行节拍配合。例如：一台iQ-R控制的主机与一台机器人、一台视觉系统、一台包装机组成产线。主机需要向机器人发送“允许取件”信号，机器人完成后返回“取件完成”，主机再启动下一节拍。这类协同通常通过CC-Link IE Field、以太网Socket通信或I/O硬线信号实现。协同控制的关键在于握手信号的时序和异常时的互锁逻辑，而不是单纯的轴运动。
四、学习路径与工程能力目标
本课程的学习路径按照“认知→配置→编程→联调→排障”逐层推进，但每一章都会围绕一个可执行的任务展开。建议的学习顺序如下：
- 系统认知：理解iQ-R架构、运动CPU与运动模块的区别、SSCNET III/H信号链。
- 硬件与网络配置：在GX Works3中完成基板、CPU、运动模块、伺服放大器的组态，设定站号与网络参数。
- 轴参数与原点回归：设定电子齿轮比、单位制、软限位、原点回归方式（近点狗+Z相、数据设定式等）。
- 单轴定位：使用定位指令或运动SFC完成点位控制，观察当前位置、速度、转矩监视。
- 多轴插补与同步：实现直线插补、圆弧插补、电子齿轮同步、凸轮同步。
- 设备协同与信号交互：设计握手信号、互锁逻辑、节拍控制。
- 调试与排障：利用监视、采样、错误代码定位伺服报警、通信异常、同步偏差等问题。
在学习过程中，建议始终围绕一个具体的教学设备模型来理解，例如一台“三轴龙门搬运+旋转台+视觉定位”的模拟设备。三轴龙门负责X/Y/Z搬运，旋转台负责工件角度调整，视觉系统负责位置补偿。这个模型覆盖了多轴插补、同步、设备协同、信号交互等核心知识点，后续章节的参数与程序都可以在这个模型上验证。