一、项目背景

在现代制造业中，多轴同步运动控制系统广泛应用于包装、印刷、纺织、电子组装、机械手臂等领域。传统方案多依赖变频器速度控制，难以实现精确同步与高响应控制。随着PLC、伺服驱动器和现场总线技术的发展，工程师可以通过运动控制模块+伺服驱动系统实现高精度的多轴协调控制。

本文以某自动贴标生产线为实例，介绍其三轴同步伺服控制方案的设计与实现过程。

二、系统结构
1. 机械结构概述

该生产线主要包括：

输送轴A：负责输送物料；

贴标轴B：控制标签纸出标与切断；

同步轴C：通过编码器检测产品位置，实现同步补偿。

三轴需要保持严格的同步关系，尤其是贴标轴B需根据物料位置进行实时位置补偿，保证标签准确贴附。

2. 控制硬件配置

控制器：西门子 S7-1200 + TIA Portal V17 + 运动控制库

驱动系统：富士 FALDIC-α5 伺服系统

通讯方式：PROFINET

反馈装置：光电传感器 + 外部编码器

人机界面：KTP700 HMI

三、控制逻辑设计
1. 控制目标

三轴同步运行，保持设定速度比；

在检测到物料位置信号时，贴标轴自动触发贴标动作；

停机与启动时加减速曲线平滑，防止机械冲击；

整体系统具备手动调试与自动运行模式。

2. 程序设计思路
（1）轴组配置

在TIA Portal中配置运动控制对象：

Axis_A: 主轴（Master）

Axis_B: 从轴（Follower 1）

Axis_C: 从轴（Follower 2）

利用 MC_GearIn 和 MC_CamIn 指令，实现从轴与主轴的电子齿轮和电子凸轮同步。

（2）电子齿轮比设定

根据机械传动比和实际运动需求设定比例：

GearRatio_B = 1:1.25
GearRatio_C = 1:0.8


即贴标轴B转速略高于输送轴，补偿传送滞后；轴C作为检测轴，比例略小以配合取样节奏。

（3）运动触发逻辑

光电传感器检测产品边缘信号 → 控制器启动定时器 → 到达设定时间后输出“贴标启动”命令 → MC_MoveAbsolute 执行补偿动作。

（4）加减速控制

为减少惯性冲击，采用S型加减速曲线（在伺服驱动器中设定），实现平滑启动与停止。

四、调试与优化
1. 初步调试步骤

单轴手动调试：验证方向、编码器反馈、伺服参数；

联动模式调试：启用主从关系，观察同步精度；

触发信号测试：确认传感器延时及系统响应时间。

2. 常见问题与对策
问题 可能原因 对策
贴标偏位 光电传感器延迟 / 齿轮比设定误差 调整触发延时或重新标定比例
启停冲击 加减速时间过短 延长加减速时间，优化曲线
同步失步 通讯延迟 / 伺服参数不一致 检查PROFINET网络 / 统一伺服响应参数
五、运行效果

实际运行中，系统可实现：

多轴同步误差 < 0.05mm；

整线节拍提高约 20%；

故障报警信息清晰，便于维护；

可通过HMI调整速度、比例、触发延时等参数，操作简便。

六、经验与启示

精确建模：机械传动比与电子齿轮比例需准确匹配，否则无法实现精准同步。

信号延迟补偿：传感器与伺服响应存在延时，需在程序中加入时间补偿机制。

伺服调参：合适的增益与滤波参数可有效提升同步稳定性。

模块化设计：通过封装运动控制FB（功能块），便于后续项目快速复用。

七、结语

随着PLC运动控制功能日益强大，传统机械同步逐步被电子齿轮+电子凸轮方案取代。通过本案例可以看出，基于PLC与伺服系统的多轴同步控制方案不仅能提升产线精度与效率，还能降低机械结构复杂度，为制造自动化升级提供坚实技术支撑。

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