每周一个编程小例子：PLC 多轴同步控制的理解与应用

剑指工控星期日, 01/25/2026 - 12:01 发表

引言

在现代自动化控制系统中，多轴同步控制广泛应用于机械臂、数控机床、包装设备等领域。为了确保多个伺服轴之间的协调性和同步性，使用 PLC（可编程逻辑控制器）来进行精确的控制非常关键。本文将通过一个示例程序，详细讲解如何使用 PLC 实现多轴同步控制。该程序仅帮助学习理解多轴同步的原理，进而帮助工程师们更好地掌握如何在实际应用中使用各大 PLC 品牌提供的成熟多轴同步功能块。

1 程序代码及介绍

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK FB40_MultiAxisSync
VAR_INPUT
MasterPosition : LREAL; // 主轴位置
ActualSlavePosition : LREAL; // 从轴实际位置
SlaveEnable : BOOL; // 从轴使能
GearRatio : LREAL := 1.0; // 齿轮比
Offset : LREAL := 0.0; // 偏置
SyncWindow : LREAL := 10.0; // 同步窗口
END_VAR
VAR_OUTPUT
SlaveCommandPosition : LREAL; // 从轴指令位置
InSync : BOOL; // 同步状态
FollowingError : LREAL; // 跟随误差
END_VAR
VAR
InternalSlavePosition : LREAL;
SyncTimer : TON;
LastMasterPosition : LREAL;
MasterDelta : LREAL;
END_VAR
// 功能说明：控制多个伺服轴同步运动，实现电子齿轮、电子凸轮或相位同步。
// 计算主轴位移增量
MasterDelta := MasterPosition - LastMasterPosition;
// 电子齿轮计算
InternalSlavePosition := InternalSlavePosition + MasterDelta * GearRatio;
// 加上偏置
SlaveCommandPosition := InternalSlavePosition + Offset;
// 计算跟随误差
FollowingError := SlaveCommandPosition - ActualSlavePosition;
// 同步状态判断
IF ABS(FollowingError) < SyncWindow THEN
SyncTimer(IN := TRUE, PT := T#100ms);
InSync := SyncTimer.Q;
ELSE
SyncTimer(IN := FALSE);
InSync := FALSE;
END_IF
LastMasterPosition := MasterPosition;

2 代码解析

这个程序的目的是实现主轴与从轴之间的同步控制。我们通过计算主轴的位移增量来调整从轴的位置，使得两者保持同步。

输入参数：

MasterPosition：表示主轴的位置。
ActualSlavePosition：表示从轴的实际位置。
SlaveEnable：用于启用或禁用从轴。
GearRatio：主轴与从轴之间的齿轮比，用于调整从轴的运动比例。
Offset：偏置值，用于调整从轴的目标位置。
SyncWindow：用于判断同步是否成功的窗口范围。

输出参数：

SlaveCommandPosition：从轴的指令位置。
InSync：指示是否同步成功。
FollowingError：跟随误差，用于判断同步的精度。

内部变量：

InternalSlavePosition：内部计算的从轴位置。
SyncTimer：定时器，用于判断是否同步成功。
LastMasterPosition：记录上次主轴位置，用于计算位移增量。
MasterDelta：主轴位置的增量。

在程序中，我们首先计算主轴的位置增量，然后利用齿轮比来更新从轴的目标位置。接着，通过比较从轴的实际位置与目标位置的差异，来判断是否同步。如果误差在指定的同步窗口内，则认为同步成功，否则同步失败。

3 应用场景

该程序可应用于多个领域，尤其是在需要多个伺服电机或轴协同工作且精度速度要求不高的情况下，例如：

包装设备：多轴同步控制可以帮助提升包装线的效率和精准度。

运输系统：在需要多个轴协同运作的传送带系统中，保证同步运行可以提高生产效率和产品质量。

4 思考建议

尽管此程序已能够实现多轴同步，但在实际应用中，我们还是推荐使用各个 PLC 厂家提供的标准功能块。例如：

codesys平台的多轴同步指令

TIA平台的多轴同步指令

总结

通过本程序的讲解，我们不仅学习了如何实现多轴同步控制，还对 PLC 功能块的使用有了更深入的理解。在实际应用中，我们可以通过调整程序中的参数来适应不同的工作环境和需求。掌握 PLC 的基本控制原理和编程技巧，对于提升自动化系统的效率和稳定性具有重要意义。希望本文能为你在自动化控制领域的学习和工作提供帮助和启示。