用狀態機寫 PLC 順序控制從三個步驟開始

2026-09-17 · 站長

用 WAIT、RUN、DONE、FAULT 建立三步驟狀態機，透過狀態表、逐掃描案例與逾時／非法狀態處理，讓順序控制可觀察、可復歸。

先把流程拆成狀態

順序控制的第一步不是急著堆接點，而是把流程說成有限個狀態。本篇用虛擬流程示範 WAIT、RUN、DONE 三個狀態：WAIT 等待 Start，RUN 等待模擬完成，DONE 顯示結果後回到 WAIT。每個狀態都要回答三件事：現在允許哪些輸出、何時算完成、遇到異常要去哪裡。案例是合成測試，不連接真實機構。

狀態	允許輸出	進入動作	離開條件
WAIT	Ready=1	清除本次完成旗標	Start=1→RUN
RUN	Busy=1	清除本次逾時計時	DoneInput=1→DONE；Timeout=1→FAULT
DONE	Complete=1	鎖存結果一次	Ack=1→WAIT
FAULT	Alarm=1	保存錯誤代碼	Reset=1→WAIT

狀態變數只能在一個決策層被寫入，輸出則由目前狀態集中產生。不要讓 RUN 段、手動段、警報段各自直接改同一個輸出又沒有優先規則。狀態機不是把故障消除，而是把合法轉移和目前責任寫清楚。

先做狀態表再寫程式

列出初始狀態，明確 PLC 啟動後第一個允許的狀態。
每個狀態只列合法輸出與入口條件；未列出的組合視為不允許。
為每個轉移寫出觸發條件、下一狀態與要保存的診斷資料。
加入逾時和非法狀態處理，不能讓流程無限等待而沒有可觀察訊號。
用單步輸入一次只推進一個轉移，逐筆核對狀態表。

通用偽碼（需依目標 PLC 語法調整）：
NextState := State;
CASE State OF
  WAIT: IF Start THEN NextState := RUN; END_IF;
  RUN: IF DoneInput THEN NextState := DONE; ELSIF Timeout THEN NextState := FAULT; END_IF;
  DONE: IF Ack THEN NextState := WAIT; END_IF;
  FAULT: IF Reset THEN NextState := WAIT; END_IF;
  ELSE NextState := FAULT; ErrorCode := 900;
END_CASE;
State := NextState;
Ready := (State = WAIT); Busy := (State = RUN);
Complete := (State = DONE); Alarm := (State = FAULT);
若 DoneInput 與 Timeout 同時成立，本案例採 DoneInput 優先；完成後由新的 State 集中產生輸出。實作時要確認目標語言 CASE 語法、列舉型別、狀態寫入和同一掃描多次轉移的規則。

參考：Schneider Electric EcoStruxure Machine Expert V2.1 官方〈SFC - Sequential Function Chart Language〉，說明 SFC 以 step 表示動作、以 transition 控制順序；本文以此支持狀態與轉移分離的概念，不宣稱其語法可直接移植到 Q 系列。

三步流程的逐步模擬

以下用每列代表一個掃描的合成案例。初始 State=WAIT；第 2 掃描 Start=1，第 5 掃描 DoneInput=1，第 7 掃描 Ack=1。若一個掃描只允許一次狀態轉移，預期是 WAIT→RUN→DONE→WAIT。

掃描	Start	DoneInput	Ack	前狀態	後狀態	應觀察
1	0	0	0	WAIT	WAIT	Ready=1
2	1	0	0	WAIT	RUN	只進入 RUN
3	0	0	0	RUN	RUN	Busy=1
4	0	0	0	RUN	RUN	持續等待
5	0	1	0	RUN	DONE	記錄完成
6	0	0	0	DONE	DONE	Complete=1
7	0	0	1	DONE	WAIT	回到等待
8	0	0	0	WAIT	WAIT	Ready=1

先看後狀態，再看由後狀態集中產生的輸出。第 2 掃描若從 WAIT 直接跳 DONE，表示轉移條件被混用或 DoneInput 讀錯；第 5 掃描若 DoneInput 與 Timeout 同時成立，本案例應進 DONE。第 7 掃描回 WAIT 後，如果 Start 仍保持 ON，下一掃描會再進 RUN；要避免重複啟動就必須使用上升緣或要求 Start 放開，不能把長按當成一次命令。

等待逾時與非法狀態

每個等待狀態都要有完成和異常出口。RUN 等待 DoneInput 時，啟動逾時計時；逾時後進 FAULT，保存目前狀態、開始時間或掃描計數。復歸不能只清 Alarm，還要定義回 WAIT、重做 RUN 或等待人工確認。若狀態值不是表中合法值，進入 FAULT 並保存錯誤代碼，比默默回到 WAIT 更容易追查。

異常案例	完成後應看到	失敗先查
DoneInput 永遠 0	RUN 逾時並顯示錯誤	輸入位址、條件極性、逾時是否被週期執行
Start 長時間 ON	流程只在允許的轉移時啟動	是否需上升緣或等待 Start 放開
非法 State	Alarm=1、ErrorCode 被保存	是否有其他段寫 State、型別或初始化
Reset 在 RUN 發生	依規格中止並回 WAIT 或拒絕	Reset 優先順序與輸出清除
同一掃描多次跳步	狀態直接跨越中間步驟	限制每掃描一次轉移或改用明確事件

參考：Schneider Electric EcoStruxure Machine Expert V2.0 官方〈SFC Elements / ToolBox〉說明 step、transition、initial step 與 transition condition；V1.1〈Sequence of Processing in SFC〉說明初始步驟、轉移檢查和處理順序。這些是 SFC 平台文件，狀態機偽碼仍需依實際語言改寫。

適用型號限制與常見問題

除錯時可在每個狀態保存一個原因碼，例如由 Start 進入、由 DoneInput 完成、由 Timeout 進故障。這些資料讓你分辨沒有轉移和轉移後輸出不對。若狀態在同一掃描被連續改兩次，先限制一次只允許一個轉移，或建立 nextState 暫存值，最後集中更新 State；這是設計選擇，必須依目標 PLC 掃描和語言規則驗證。

適用型號與限制：本文適用有布林、整數或列舉狀態資料的 PLC 順序控制設計；範例可套用到 Q06UDVCPU、FX、S7 或其他 PLC 的設計思路，但 CASE、SFC、步驟動作、初始化和同掃描轉移規則要按平台手冊改寫。

常見問題	回答
為什麼不用很多 M 位元表示流程？	多個旗標容易形成未定義組合；狀態表可限制一次只有合法狀態。
每個狀態都要獨立程式段嗎？	不一定，但輸出、入口和轉移責任要清楚，避免同一變數多處寫入。
流程卡住是不是一定要加延時？	先確認完成條件和輸入證據，再決定逾時；延時不能掩蓋位址或接線錯誤。
非法狀態直接回初始可以嗎？	可依需求，但應先保存原因；無條件清除可能掩蓋程式覆寫。

狀態機完成後還要走一次復歸路徑。測試 FAULT 產生後是否保存錯誤、輸出是否進入要求的安全狀態、Reset 是否需要人工確認，以及回到 WAIT 後舊的 DoneInput、Start 和計時器是否被清乾淨。若沒有清理，下一批流程可能一進 WAIT 就跳過 RUN。這些行為需寫進狀態表，不能只靠維護人員記憶。

寫狀態機時，狀態名稱要描述流程位置，不要只叫 M0、M1、M2。維護人員看到 WAIT_SENSOR、EXECUTE、COMPLETE、FAULT，就能直接聯想到等待哪個條件。每個狀態也應有可觀察的進入時間、活動旗標或原因碼。若流程需要重試，將 RETRY 視為清楚的轉移和計數規則，避免在 RUN 裡偷偷重設計時器而讓等待上限失去意義。

如果狀態機要控制真實設備，先把輸出分成請求、允許和實體輸出三層，並把停止與安全條件放在明確的位置。一般狀態轉移只能表達流程，不會自動提供急停、門禁或安全扭力關閉功能。完成文章中的離線表格後，還要依設備規格做獨立的安全設計與驗證。

延伸閱讀

使用 PLC 工具箱 →

用狀態機寫 PLC 順序控制 從三個步驟開始