PLC控制四台伺服同步转动的实现方案
实现四台伺服电机的同步转动是工业自动化中的典型需求，如多轴机械臂、印刷机、包装线等场景。以下从硬件配置、同步控制策略、程序实现三个维度提供系统性解决方案，并附关键代码示例。
一、硬件配置与连接
1. 核心硬件清单
| 设备 | 型号建议 | 关键参数 |
|---|---|---|
| PLC | 三菱FX5U/Q系列（支持高速脉冲） | 需具备4轴脉冲输出（如FX5U-40SSC-S）或通过扩展模块实现 |
| 伺服驱动器 | 三菱MR-JE系列（支持位置模式） | 需支持脉冲+方向控制或总线通信（如CC-link IE Field Basic） |
| 伺服电机 | 三菱HG-KR系列 | 根据负载惯量匹配电机功率 |
| 编码器线缆 | 专用屏蔽双绞线 | 确保信号抗干扰性 |
2. 连接方式
脉冲+方向控制：PLC通过Y0~Y3输出脉冲，Y4~Y7输出方向信号，分别连接4台伺服驱动器的脉冲输入端。
总线通信（推荐）：通过CC-link IE Field Basic或EtherCAT总线，PLC直接发送位置指令，减少接线复杂度。
二、同步控制策略
1. 电子齿轮比同步
原理：通过设置伺服驱动器的电子齿轮比，使4台电机的实际转速与PLC发送的脉冲频率成比例。
公式：
电子齿轮比=PLC脉冲当量×传动比电机编码器分辨率×机械减速比
示例：
若PLC脉冲当量为0.001mm/pulse，电机编码器分辨率10000pulse/rev，机械减速比1:10，则电子齿轮比应设为100。
2. 主从同步控制
主轴：由PLC直接控制（如通过高速计数器或编码器反馈）。
从轴：通过伺服驱动器的“同步跟随”功能，实时调整从轴位置，补偿主从轴误差。
关键参数：
同步误差阈值（如±0.1mm）
跟随增益（影响响应速度）
3. 插补运动同步
原理：PLC通过运动控制指令（如三菱的DRVI/DRVA）生成多轴插补轨迹，确保各轴严格同步。
适用场景：复杂路径运动（如圆弧插补、螺旋插补）。
三、程序实现（以西门子为例）
1. 脉冲输出初始化
st
// 初始化伺服1（Y0脉冲，Y4方向） SET_PULSE_OUTPUT(Y0, Y4, 10000, 1000); // 频率10kHz，脉冲数1000
// 初始化伺服2（Y1脉冲，Y5方向） SET_PULSE_OUTPUT(Y1, Y5, 10000, 1000);
// 依此类推初始化伺服3、4
2. 同步启动程序
st
// 主程序 IF X0 THEN // 启动按钮 // 同时启动4台伺服 SET(M0); // 启动标志位 END_IF;
// 伺服1控制 IF M0 THEN DRVI(Y0, Y4, K10000, K5000, D0); // 相对定位，脉冲数10000，速度5000 END_IF;
// 伺服2~4控制（参数与伺服1相同） // ...
3. 同步误差补偿（主从模式）
st
// 读取主轴位置（假设主轴为伺服1） D100 := GET_POSITION(Y0);
// 计算从轴（伺服2）的目标位置 D102 := D100 * (GEAR_RATIO_2); // GEAR_RATIO_2为从轴2的电子齿轮比
// 发送补偿指令到从轴2 DRVA(Y1, Y5, D102, K5000, D2); // 绝对定位
4. 同步停止程序
st
IF X1 THEN // 停止按钮 RST(M0); // 复位启动标志位 // 发送减速停止指令到所有伺服 DECEL_STOP(Y0, Y4, K1000); // 减速时间1000ms DECEL_STOP(Y1, Y5, K1000); // ... END_IF;
四、关键调试技巧
脉冲当量校准
通过千分尺测量实际位移，调整PLC脉冲当量参数，确保位移精度。
同步误差监测
使用伺服驱动器的“同步误差”监控功能，实时显示主从轴偏差。
加减速时间优化
过短的加减速时间可能导致电机过载，过长则影响同步效率。建议通过实验确定最优值（如50~200ms）。
抗干扰措施
脉冲线与动力线分开布线，使用屏蔽双绞线并单端接地。
五、常见问题与解决方案
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 同步误差过大 | 电子齿轮比设置错误 | 重新计算并校准电子齿轮比 |
| 伺服电机抖动 | 加减速时间过短或负载惯量不匹配 | 延长加减速时间或增大电机功率 |
| 通讯中断 | 脉冲线干扰或驱动器故障 | 检查接线、更换屏蔽线、重启驱动器 |
| 启动不同步 | 程序执行延迟或PLC扫描周期过长 | 使用高速计数器或中断触发启动 |
六、扩展方案（总线通信）
若使用CC-link IE Field Basic总线，PLC可直接通过以下指令控制伺服：
st
// 发送位置指令到伺服1 CC_link_WRITE(1, K10000, K5000); // 站号1，目标位置10000，速度5000
// 同步读取4台伺服状态 CC_link_READ(1, D100); // 读取站号1的状态到D100 CC_link_READ(2, D102); // 读取站号2的状态到D102 // ...
总结
硬件选择：优先推荐总线通信方式（如CC-link IE），减少接线复杂度。
同步策略：根据应用场景选择电子齿轮比同步或主从同步。
调试重点：校准脉冲当量、优化加减速时间、监测同步误差。
扩展性：总线通信方案更易扩展多轴控制（如后续增加至8轴）。
通过以上方案，可实现四台伺服电机的精确同步转动，满足工业自动化中的高精度。
