在纸厂生产中，多个电机的同步控制（如造纸机的网部、压榨部、干燥部等）是保证纸张质量的核心，需通过 PLC 与变频器的精准通讯实现精准协同。以下是基于纸厂多电机同步控制的完整方案，包括通讯架构、同步策略、参数设置及调试要点：
PLC：推荐西门子 S7-1200/1500（支持 PROFINET）或三菱 Q 系列（支持 CC-link IE），需具备高速脉冲输出或工业以太网接口。
变频器：选择支持工业总线的型号（如西门子 G120、三菱 FR-A800、ABB ACS880），需带编码器反馈接口（实现闭环控制）。
电机：异步电机 + 编码器（增量式 / 绝对值，精度≥1024 线），关键工位（如卷取机）建议用伺服电机。
通讯网络：优先采用PROFINET（西门子系统）或EtherCAT（高速同步），确保通讯周期≤10ms。
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PLC（主站）
├─ 工业交换机
│ ├─ 变频器1（网部电机）→ 电机1 + 编码器1
│ ├─ 变频器2（压榨部电机）→ 电机2 + 编码器2
│ ├─ 变频器3（干燥部电机）→ 电机3 + 编码器3
│ └─ 变频器4（卷取机电机）→ 电机4 + 编码器4（带张力传感器）
└─ HMI（监控同步状态、调整参数）
| PLC 品牌 | 推荐协议 | 优势 | 同步精度 |
|---|
| 西门子 | PROFINET IO | 支持 IRT（等时实时）模式，周期≤1ms | ±0.1rpm |
| 三菱 | CC-link IE Field | 适合多轴同步，数据刷新快 | ±0.2rpm |
| 罗克韦尔 | EtherNet/IP | 兼容第三方设备，组态灵活 | ±0.3rpm |
| 通用方案 | Modbus TCP/IP | 成本低，适合精度要求不高的场合 | ±1rpm |
PLC 侧（TIA Portal）：
配置 PROFINET IO 控制器，设置 IRT 周期为 2ms。
添加 G120 变频器的 GSDML 文件，组态为 “标准报文 3”（包含速度设定值、实际速度、使能信号）。
映射地址：将变频器实际速度（如 PIW256）和设定速度（如 PQW256）关联到 PLC 的 DB 块。
变频器侧（STARTER 软件）：
控制模式：设置为 “速度控制 + 编码器反馈”（闭环矢量模式）。
通讯参数：PROFINET 地址与 PLC 在同一网段（如 PLC=192.168.0.1，变频器 = 192.168.0.10）。
速度环参数：比例增益 P=5.0，积分时间 I=0.1s（根据负载调整，减少超调）。
纸厂电机同步需解决 “速度比例同步” 和 “张力协调”，常用 3 种控制策略：
原理：1 台主电机（如网部电机）设定基准速度，其他从电机按固定比例跟随（如压榨部速度 = 网部速度 ×1.02，补偿纸张收缩）。
PLC 程序逻辑：
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// 主电机速度设定（DB1.DBD0 = 1000rpm）
"网部变频器".速度设定值 := DB1.DBD0;
// 从电机速度按比例计算
"压榨部变频器".速度设定值 := DB1.DBD0 * 1.02; // 补偿收缩
"干燥部变频器".速度设定值 := DB1.DBD0 * 1.03; // 考虑水分蒸发导致的收缩
优势：简单易实现，适合稳定工况（如文化纸生产线）。
原理：通过编码器反馈实现实时速度闭环，从电机速度 = 主电机速度 × 齿轮比 + 补偿量（动态调整）。
关键公式：从电机速度 = (主电机实际速度 × 齿轮比) + (主编码器位置 - 从编码器位置) × Kp（Kp 为比例系数，用于消除位置偏差）
适用场景：涂布机、压光机等对同步精度要求高（±0.05%）的设备。
原理：在卷取机处安装张力传感器，通过 PID 调节从电机速度，维持纸张张力恒定（如 50N/m）。
控制逻辑：
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// 张力PID调节
张力偏差 := 目标张力 - 实际张力（传感器反馈）;
速度补偿量 := PID(张力偏差, Kp=2.0, Ki=0.5, Kd=0.1);
"卷取机变频器".速度设定值 := 主电机速度 × 1.05 + 速度补偿量;
注意：需设置张力锥度（卷径增大时，张力按比例减小，避免纸张断裂）。
电磁干扰处理：
冗余设计：
启动 / 停机同步：
单轴调试：单独测试每台电机的启停、调速，确认编码器反馈正常（无丢脉冲）。
静态同步：无负载时，设定主电机速度 100rpm，检查从电机是否按比例达到目标速度（偏差≤0.5rpm）。
动态同步：带纸运行时，用示波器测量各电机编码器脉冲，分析速度波动（正常≤±1rpm）。
张力校准：在卷取机处用拉力计校准张力传感器，确保反馈值与实际张力误差≤5%。
| 问题现象 | 原因分析 | 解决方法 |
|---|
| 同步偏差逐渐增大 | 编码器线松动；齿轮比设置错误 | 重新紧固编码器线；校准齿轮比参数 |
| 启动时纸张断裂 | 加速过快；张力设定过高 | 减小加速度；降低启动阶段张力（设为正常的 80%） |
| 通讯偶尔中断 | 交换机过载；网线接触不良 | 更换工业级千兆交换机；使用带锁扣的网线接头 |
| 张力波动大 | PID 参数不合适；卷径计算错误 | 优化 PID 参数（增大 Ki，减小 Kp）；校准卷径计算公式 |
纸厂多电机同步控制的核心是 “通讯实时性 + 速度比例精确 + 张力稳定”：通过 PROFINET 等高速协议实现 PLC 与变频器的实时数据交互，采用主从速度同步或张力闭环策略协调各电机，同时针对纸厂高湿、多尘、强干扰环境做好硬件防护。调试时需从单轴到联动逐步验证，重点监控速度偏差和张力波动，确保纸张生产过程中不出现拉伸、褶皱或断裂。
