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全伺服码垛机的 PLC 程序设计核心是 **“运动轴协同 + 逻辑流程控制 + 安全联锁”**，需结合多轴伺服（通常含抓手轴、升降轴、行走轴、旋转轴）的精准定位，实现 “取料→移动→放料→复位” 的循环码垛动作。以下是通用化的程序设计思路，涵盖架构、核心模块、轴控逻辑和关键细节，适配台达 / 三菱 / 西门子等主流 PLC + 伺服系统。

一、前期准备：明确硬件架构与核心参数

1. 硬件配置（以 4 轴码垛机为例）

2. 核心参数确认

• 机械参数：各轴行程、速度（如 X 轴最大速度 500mm/s）、加速度 / 减速度；

• 工艺参数：垛型（每层排列方式：横排 / 竖排 / 交错）、垛高限制、物料间距；

• 安全参数：急停触发条件、软限位 / 硬限位位置、轴故障报警阈值。

二、程序整体架构（模块化设计）

按 “分层控制” 思路拆分模块，便于调试和维护，核心模块如下：

plaintext

主程序
├─ 初始化模块（轴参数配置、清零、自检）
├─ 手动控制模块（点动、回零、单轴调试）
├─ 自动流程模块（取料→移动→放料→垛位更新）
├─ 轴控核心模块（多轴定位、同步/异步运动）
├─ 垛型算法模块（计算目标垛位坐标）
├─ 安全联锁模块（急停、限位、故障检测）
└─ 报警与状态模块（故障提示、运行状态显示）

三、核心模块程序设计思路

1. 初始化模块（程序启动第一步）

作用：完成伺服轴参数配置、回零、状态清零，确保系统处于初始就绪状态。

• 轴参数配置：通过 PLC 指令设置伺服轴的速度、加速度、电子齿轮比（匹配机械传动比）、软限位；示例（台达 PLC+ASDA-A2 伺服）：

  ladder

• // M0=程序启动触发
  LD M0
  // 配置X轴参数：速度500mm/s，加速度1000mm/s²，电子齿轮比1000
  DDRVI K500 K1000 Y0 Y1 D0  // 台达PLSY指令配置轴参数
  // 软限位：X轴左限位D10=0mm，右限位D11=2000mm
  MOV K0 D10
  MOV K2000 D11

• 自动回零：所有轴按优先级回机械零点（先 Z 轴→X 轴→R 轴），回零完成后置位 “初始化完成” 标志（M10）；

  ladder

• LD M0
  // Z轴回零（Y2=回零触发，Y3=方向）
  ZRN Y2 Y3 M1  // 回零指令，M1=回零完成
  LD M1
  // X轴回零
  ZRN Y4 Y5 M2
  LD M2
  SET M10  // 初始化完成

• 状态清零：垛位计数器（D20 = 层号、D21 = 列号）、故障标志（M100-M199）清零。

2. 手动控制模块（调试 / 检修用）

作用：支持单轴点动、抓手手动开合、强制复位，独立于自动流程，需加 “手动模式” 互锁（避免与自动冲突）。

• 单轴点动：通过按钮（如 X 轴左 / 右、Z 轴上 / 下）触发，点动速度设为自动速度的 50%；

  ladder

• // 手动模式M11=ON，X轴右点动（I0.0=按钮）
  LD M11
  AND I0.0
  DDRVI K250 K500 Y0 Y1 D0  // 低速点动，K250=250mm/s
  // 松开按钮停止
  LD M11
  ANI I0.0
  ZRI Y0  // 轴停止指令

• 抓手手动控制：I0.1 = 夹取、I0.2 = 松开，配合压力传感器（I1.0）检测夹持是否到位；

  ladder

• LD M11
  AND I0.1
  SET Y10  // 抓手夹取输出
  LD M11
  AND I0.2
  RST Y10  // 抓手松开输出
  // 夹持到位检测：压力达标置位M12
  LD Y10
  AND I1.0
  SET M12

3. 自动流程模块（核心执行逻辑）

按 “取料→移料→放料→垛位更新→循环” 的顺序设计，采用 “步序控制”（用 M 寄存器标记当前步骤），示例如下：

程序示例（步序控制）：

ladder

// 步序1：移动到取料位（X=500mm，Z=100mm）
LD M10  // 初始化完成
AND NOT M21
SET M20
// X轴定位到500mm，Z轴定位到100mm
DDRVA K500 Y0 Y1 D0  // X轴绝对定位
DDRVA K100 Y2 Y3 D1  // Z轴绝对定位
// 到位检测（轴定位完成标志M8029）
LD M8029
SET M21
RST M20

// 步序2：抓手夹取物料
LD M21
AND NOT M23
SET M22
OUT Y10 K100  // 夹取输出保持1秒
// 压力传感器到位
LD I1.0
SET M23
RST M22

// 后续步序按相同逻辑编写，直至垛位更新
// 循环触发：垛位未到上限则回到步序1
LD M35
AND C0 K100  // C0=垛位计数器，上限100层
SET M10  // 重新触发初始化后循环

4. 垛型算法模块（计算目标垛位坐标）

核心是根据预设垛型，自动计算每一个物料的 X/Z/R 轴目标坐标，避免硬编码，适配不同垛型切换。

• 基础逻辑：设：物料宽度 W=100mm，长度 L=150mm，每层列数 N=4，行数 M=3，层间距 H=80mm；列坐标：Xn = 初始 X + (列号 - 1)×(W + 间隙)；行坐标（若有 Y 轴）：Ym = 初始 Y + (行号 - 1)×(L + 间隙)；层坐标：Zr = 初始 Z + (层号 - 1)×(H + 间隙)。

• 程序实现：

  ladder

• // D20=层号，D21=列号，D22=行号
  // 计算X轴目标坐标（初始X=500mm，间隙10mm）
  LD M33
  MOV D21 D30
  SUB D30 K1 D30  // 列号-1
  MUL D30 K110 D30  // (100+10)×(列号-1)
  ADD D30 K500 D31  // X目标坐标=500+110×(列号-1)
  // 计算Z轴目标坐标（初始Z=200mm，层间隙10mm）
  MOV D20 D32
  SUB D32 K1 D32
  MUL D32 K90 D32  // (80+10)×(层号-1)
  ADD D32 K200 D33  // Z目标坐标=200+90×(层号-1)
  // 垛位计数器更新：列满→换行，行满→换层
  LD M33
  INC D21
  CMP D21 K4 M40  // 列号≥4
  LD M40
  MOV K1 D21  // 列号复位
  INC D22
  CMP D22 K3 M41  // 行号≥3
  LD M41
  MOV K1 D22  // 行号复位
  INC D20

5. 安全联锁模块（重中之重）

所有运动必须在安全条件满足时执行，否则立即停止并报警，核心联锁条件：

• 急停信号（I2.0）：触发则所有轴立即停止，置位急停报警（M100）；

• 硬限位（如 X 轴左限位 I2.1、右限位 I2.2）：触发则对应轴停止，禁止反向运动；

• 软限位：PLC 内部判断轴坐标是否超出范围，超出则禁止运动；

• 伺服故障（Y100 = 伺服报警）：触发则停机，复位故障后才能重启；

• 抓手夹持异常：未检测到压力则禁止移料。

程序示例：

ladder

// 急停联锁：I2.0=急停按钮（常闭）
LD NOT I2.0
SET M100  // 急停报警
ZRST Y0 Y9  // 所有轴输出复位
RST M10  // 初始化标志复位
// 解除急停：I2.0恢复+报警复位（I2.3）
LD I2.0
AND I2.3
RST M100
SET M10

// 硬限位联锁：X轴右限位触发（I2.2）
LD I2.2
SET M101  // 限位报警
ANI M101
OUT Y1  // X轴右移输出（限位触发时禁止）

6. 报警与状态模块

• 故障分类：急停、限位、伺服故障、夹持异常、垛位超限，分别对应 M100-M104；

• 状态显示：运行状态（自动 / 手动）、当前步序、垛位层数，通过寄存器（D40-D42）输出到触摸屏；

• 故障复位：通过触摸屏按钮（I3.0）统一复位报警标志。

四、关键优化与注意事项

1. 运动平滑性优化：

• 采用 “S 型加减速”（部分伺服支持），避免启停冲击；

• 多轴运动时，设置 “同步启动 / 同步停止”（如 X 轴和 R 轴同时到位后再执行 Z 轴动作）。

2. 防呆设计：

• 取料位无物料时（光电传感器 I1.1），禁止夹取，触发缺料报警；

• 垛高达到上限（D20≥50），停机并提示满垛。

3. 调试技巧：

• 先手动调试各轴定位精度，再单步测试自动流程；

• 记录各轴定位误差，通过电子齿轮比补偿机械间隙；

• 增加 “暂停” 按钮，支持自动流程中临时停止。

4. 数据备份：

• 垛型参数（物料尺寸、层数、间距）存入掉电保持寄存器，避免断电丢失；

• 故障记录存入寄存器（D500 开始），便于追溯。

五、不同品牌 PLC 适配调整

• 台达 PLC：用DDRVA/DDRVI指令做绝对 / 相对定位，ZRN回零，MODRW读取伺服状态；

• 三菱 FX 系列：用DRVI/DRVA轴控指令，配合M8029定位完成标志；

• 西门子 S7-1200/1500：用运动控制工艺对象（TO），通过 FB284 块控制伺服，更适合多轴同步。

以上思路可直接作为全伺服码垛机程序的框架，实际调试时只需根据机械结构和工艺要求，调整轴参数、垛型算法和联锁条件即可落地。