变频器与伺服电机实现同步控制，核心是让变频器驱动的异步电机（或主轴）与伺服电机（或从轴）的转速、位置或转矩保持严格比例关系，常见于生产线同步、收放卷张力同步、飞剪追剪等场景。以下是3 种主流同步方案，包含硬件配置、控制逻辑和调试要点。
一、 核心同步原理与方案选型
同步控制的本质是主从信号交互，主设备输出速度 / 位置指令，从设备跟随执行。
| 同步方案 | 控制精度 | 硬件需求 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 模拟量速度同步 | 中（±1%~±3%） | 变频器模拟量输入、伺服模拟量输出、电位器 | 简单速度比例同步（如流水线主从轴） |
| 脉冲 / 方向同步 | 高（±0.1%~±1%） | 变频器脉冲输入模块、伺服脉冲输出、PLC | 位置 / 定长同步（如飞剪、定尺切割） |
| 总线通讯同步 | 超高（±0.01%） | 变频器 + 伺服支持同一总线（如 Modbus、Profinet、EtherCAT） | 多轴联动、高精度同步（如印刷、包装线） |
二、 方案 1：模拟量速度同步（最简单，成本低）
1. 控制逻辑
主设备：伺服驱动器工作在速度模式，通过模拟量输出（如 0~10V/4~20mA）输出速度指令，电压大小对应转速。
从设备：变频器工作在外部模拟量控制模式，接收伺服的模拟量信号，按比例调节异步电机转速。
2. 硬件接线（以安川伺服 + 台达变频器为例）
| 伺服驱动器端子 | 信号 | 变频器端子 | 信号 |
|---|---|---|---|
| CN1-41（AO1+） | 速度模拟量输出 + | AI1（VI+） | 模拟量输入 + |
| CN1-42（AO1-） | 速度模拟量输出 - | AI2（COM） | 模拟量输入 - |
| 伺服 SG | 信号地 | 变频器 GND | 信号地 |
接线注意：
模拟量线缆用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地（伺服侧），长度≤20 米。
伺服与变频器需共地，避免信号漂移。
3. 参数设置
（1） 伺服驱动器参数（速度模式 + 模拟量输出）
以安川 Σ-Ⅶ 为例：
| 参数号 | 参数名称 | 设置值 | 功能 |
|---|---|---|---|
| Pn000 | 控制模式 | 01 | 速度控制模式 |
| Pn50A | 模拟量输出滤波 | 10ms | 平滑速度指令 |
| Pn50B | 模拟量输出范围 | 0 | 0~10V 对应 0~ 额定转速 |
| Pn50C | 输出增益 | 100 | 10V 对应 100% 额定转速 |
（2） 变频器参数（外部模拟量控制）
以台达 VFD-M 为例：
| 参数号 | 参数名称 | 设置值 | 功能 |
|---|---|---|---|
| Pr001 | 频率指令来源 | 2 | 外部模拟量（AI1） |
| Pr003 | 最高频率 | 50Hz | 对应电机额定转速 |
| Pr026 | AI1 输入范围 | 0 | 0~10V 对应 0~50Hz |
| Pr027 | AI1 增益 | 100 | 10V 对应 50Hz |
4. 同步比例调节
若需主从轴转速比例为 2:1（伺服转速 = 2× 变频器转速），可通过 2 种方式调整：
变频器侧：降低 Pr027 增益至 50，此时 10V 输入对应 25Hz。
伺服侧：提高 Pn50C 增益至 200，此时 10V 输出对应 200% 额定转速。
三、 方案 2：脉冲 / 方向同步（高精度位置同步）
1. 控制逻辑
主设备：伺服驱动器工作在位置模式，通过编码器输出 A/B/Z 脉冲信号（或伺服驱动器脉冲输出）。
从设备：变频器需加装高速脉冲输入模块（如台达 VFD-EL 的 PG 卡），工作在脉冲频率控制模式，脉冲频率对应输出频率。
PLC（可选）：用于脉冲分频 / 倍频，调整主从轴同步比例。
2. 硬件配置与接线
伺服侧：启用编码器脉冲输出（如安川 Pn202=4，4 倍频输出），将 A/B 相脉冲接至变频器脉冲输入模块。
变频器侧：安装脉冲输入模块，接线如下：
伺服脉冲输出 变频器脉冲输入 信号 A+ PUL+ 脉冲正 A- PUL- 脉冲负 B+ DIR+ 方向正 B- DIR- 方向负
3. 参数设置
（1） 伺服驱动器（脉冲输出）
| 参数号 | 设置值 | 功能 |
|---|---|---|
| Pn202 | 4 | 编码器脉冲 4 倍频输出 |
| Pn200/Pn201 | 1/1 | 脉冲输出不分频 / 倍频 |
（2） 变频器（脉冲控制）
| 参数号 | 设置值 | 功能 |
|---|---|---|
| Pr001 | 3 | 频率指令来源 = 脉冲输入 |
| Pr050 | 10000 | 脉冲频率上限（如 10kHz 对应 50Hz） |
| Pr051 | 0 | 脉冲输入滤波时间 |
4. 同步比例调整
通过 PLC 的高速计数器分频 / 倍频功能实现比例控制：
若主从轴比例为 1:3，PLC 对伺服脉冲 3 分频后再发给变频器，变频器 1kHz 脉冲对应 5Hz → 伺服 1 转对应变频器 3 转。
四、 方案 3：总线通讯同步（最高精度，多轴联动）
1. 控制逻辑
所有设备（PLC + 伺服 + 变频器）接入同一工业总线（如Profinet、EtherCAT、Modbus TCP）。
PLC 作为主站，读取伺服的实际转速 / 位置，按比例计算后发送给变频器；或直接下发同步指令给所有从站。
优势：抗干扰强、精度高、支持多轴同步，可实现电子齿轮 / 电子凸轮功能。
2. 硬件配置（以 Profinet 为例）
伺服驱动器（如安川 Σ-Ⅶ）需支持 Profinet，加装总线模块。
变频器（如西门子 G120）需支持 Profinet，配置 CU240E-2 控制单元。
PLC（如西门子 S7-1200）作为 Profinet 主站，连接所有从站。
3. 参数设置与程序逻辑
总线配置：在 TIA Portal 中添加伺服和变频器的 GSD 文件，配置 IP 地址和通讯周期。
伺服参数：设置为速度模式，通过总线接收速度指令，上传实际转速。
变频器参数：设置为总线控制模式，接收 PLC 下发的速度指令。
PLC 程序：
plaintext
LD M0.0 LDP DBD0 // 读取伺服实际转速（DBD0） MUL DBD0, 2, DBD4 // 同步比例=2:1，计算变频器目标转速 MOV DBD4, PQW100 // 发送目标转速给变频器
五、 同步控制调试要点
消除机械间隙：同步前需调整联轴器、齿轮箱的间隙，否则会出现同步滞后。
加减速匹配：设置伺服和变频器的加减速时间一致，避免启动 / 停止时不同步。
PID 闭环调节：若同步精度不足，可在 PLC 中加入PID 调节，根据主从轴转速差修正变频器指令。
干扰抑制：模拟量 / 脉冲线缆远离动力线，总线线缆按规范接地，变频器加装输入输出电抗器。
六、 常见问题与排查
| 故障现象 | 可能原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 同步滞后 / 偏差大 | 加减速时间不匹配 | 统一伺服和变频器的加减速时间 |
| 机械间隙过大 | 调整机械传动链，加装张力辊 | |
| 模拟量信号漂移 | 检查接地，增大滤波时间 | |
| 变频器不跟随伺服 | 指令来源设置错误 | 确认变频器频率指令来源 = 模拟量 / 脉冲 / 总线 |
| 通讯参数不匹配 | 核对总线 IP 和通讯周期 | |
| 同步精度波动 | 电磁干扰 | 优化线缆布线，加装屏蔽层 |
| PID 参数不合理 | 调整 PID 比例、积分时间 |
