引言：随着工业自动化水平的不断提高，在工业生产过程中对多电机同步控制的需求也越来越高，多电机同步控制可以实现多台电动机协调工作，提高生产效率。但是在传统的多电机同步控制系统中，由于控制线路复杂、控制点较多，使得整个系统结构比较复杂、可靠性不高。因此本文结合西门子PCS7系统设计了一套基于S120变频器的多电机同步控制系统，并通过WinCC组态软件实现了对整个系统的监控和管理，为用户提供了良好的人机界面。

一、西门子PCS7系统介绍

西门子PCS7是西门子公司在PCS7系统基础上开发的新一代工业级自动化控制系统，它采用模块化结构，为用户提供了高度灵活的扩展能力。整个系统通过有线网络进行连接，具有非常高的可靠性。该系统自1997年投入使用以来，运行情况非常稳定，已经广泛应用于电力、石油化工等行业。PCS7系统是一个可编程控制系统，由多个独立的可编程控制器组成，每个控制器都有独立的输入和输出端口。

二、S120变频器特点和应用

S120变频器是西门子公司研发的新一代交－直-交变频器，它采用了模块化的设计理念，具有极高的稳定性和可靠性，可以与任意一种PLC进行通信，同时具有很强的兼容性和可扩展性。S120变频器内置矢量控制单元，具有很高的功率密度和控制精度，同时它还具有先进的软件控制功能，可以提供多种形式的参数设置和电机特性曲线设置。S120变频器广泛应用于各种电气传动场合，例如：建筑机械、石油化工、冶金、电力、矿山机械等行业。

三、多电机同步控制系统设计

3.1多电机同步控制系统架构设计

多电机同步控制系统由S120变频器、S7-300PLC、上位机监控软件组成。首先上位机采用WinCC组态软件建立一个用户界面，通过它可实现对整个控制系统的监控和管理，如图2所示。用户可以通过人机界面实时监控多台电机的运行状态，也可以通过人机界面对多台电机进行同步控制，其中上位机和下位机之间通过以太网通讯实现数据交换。

3.2控制系统硬件配置与连接

控制系统主要由变频器、PLC、S7-300PLC、编码器等组成。变频器与PLC之间通过RS232连接，PLC通过串口连接上位机，并配置以太网通讯模块，以实现与上位机的数据交换。变频器与S7-300PLC之间通过以太网通讯进行通信，并配置电机控制模块和位置监测模块。在本系统中，采用了两台S7-300PLC与一台S120变频器相配合，S7-300PLC与电机控制模块、编码器等相连，并将数据通过以太网传输到上位机中，而编码器的数据则通过RS232接口传输到上位机中。最终通过上位机软件将所有数据采集到上位机中。

3.3控制系统软件设计

在多电机同步控制系统中，下位机控制程序通过S7-300PLC的CPU编程语言编写，以实现对S7-300PLC的控制。上位机控制程序通过WinCC组态软件编写，并将所有数据传输到WinCC组态软件中，以实现对电机的同步控制。同时，通过对电机位置检测模块的设置，将电机位置检测数据通过RS232接口传输到上位机中，并以组态软件WinCC监控界面的形式显示出来。在本系统中，上位机与下位机之间通过以太网进行通讯，实现对电机位置监测数据的采集。由于PLC与变频器之间的通讯需要设置通信参数，因此，需要先对PLC与变频器进行设置。

四、同步误差降低分析

4.1同步误差分析方法

通过西门子PCS7系统进行同步控制，对多电机同步控制系统进行实验，记录其数据，分析误差情况。在实验过程中，为了能够真实地反映出同步误差的大小，采用多台PLC同时对各个电机进行控制，并用两台变频器分别对不同的电机进行控制，分别记录其转速变化情况。同时记录不同的电机转速变化曲线。在两个电机速度相同时，另一个电机的转速也随着变化，但是另一个电机的转速和另外一个电机的转速基本一致，通过观察和分析可知，此过程中存在同步误差。因此可以判定此过程中存在同步误差，并分析其原因。

4.2误差源识别与分析

在实际过程中，为了能够对多电机同步控制系统进行控制，需要在PLC上安装相应的同步误差测量装置，并将测量值与同步误差值进行比较，分析其误差产生的原因。在实际过程中，通过对系统进行设计，可以提高多电机同步控制系统的可靠性。但是在实际过程中，由于受干扰因素较多，因此会导致实际测量结果与系统理论计算值之间存在较大差距。所以为了能够保证电机转速的一致性，可以将各电机转速变化曲线进行比较，在进行比较时需要保证同步误差在一定范围内，并且需要考虑系统的稳定性以及抗干扰能力。

4.3误差降低措施设计

在实际过程中，可以采用以下措施对多电机同步控制系统的误差降低措施进行设计。首先，通过增加主从装置来提高系统的可靠性，并且将从装置的响应时间设置为最小。其次，通过将S120变频器的输出频率设定为最大频率，从而将其响应时间控制在最短。同时为了能够提高多电机同步控制系统的可靠性，需要对主从站的通讯速率进行控制，尽量保持在最小值。另外，还需要对系统的抗干扰能力进行提升，并将冗余设计进行应用，从而提升多电机同步控制系统的可靠性。最后还需要在S120变频器中加入速度信号比较环节，并将速度信号与主从站通讯速率进行设置。

结语

在进行多电机同步控制系统设计的过程中，需要对误差产生的原因进行分析，并采取相应的措施来降低其影响。首先需要对系统进行合理配置，通过设计一套完善的通讯系统来确保各电机之间可以实现同步运行，保证各电机之间可以协调配合。其次需要对系统的抗干扰能力进行提升，通过在多电机同步控制系统中加入抗干扰设计来提高系统的抗干扰能力。最后还需要将冗余设计应用在多电机同步控制系统中，并将其加入S120变频器中。通过以上措施对多电机同步控制系统进行优化设计，可以有效地降低其同步误差，并提升系统的稳定性与可靠性。

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