4、单分支状态机设计：从需求分析到SFC图绘制的完整流程
状态机这东西，说白了就是让PLC按顺序干活。你想想看，一个设备如果同时做三件事，那不乱套了吗？单分支状态机，就是最简单、最基础的那种——一条路走到黑，干完一步再干下一步。
我个人习惯，拿到一个控制需求，先不急着写代码。先画图，把脑子里的逻辑理清楚。今天我就带你走一遍完整的流程，从需求分析到SFC图绘制，每一步我都会说说我踩过的坑。
4.1 需求分析：先搞清楚设备要干什么
我记得刚入行那会儿，有个老工程师跟我说过一句话：「你连设备怎么动都不知道，写什么程序？」这话糙理不糙。需求分析，就是搞清楚设备有几个动作，动作之间什么关系。
举个例子，一个简单的物料搬运系统：
- 初始状态：机械手在原点，夹爪松开
- 第一步：机械手下降，抓取物料
- 第二步：夹爪夹紧，机械手上升
- 第三步：机械手右移，到放料位置
- 第四步：机械手下降，夹爪松开放料
- 第五步：机械手上升，回到原点
你看，这五个步骤是顺序执行的，没有分支，没有跳转。这就是典型的单分支状态机。
关键点：单分支状态机适用于「做完A才能做B，做完B才能做C」的场景。如果设备有多个并行动作，或者需要根据条件选择不同路径，那就得用多分支了。
4.2 状态划分：把动作拆成一个个状态
需求分析完了，接下来就是划分状态。我一般遵循一个原则：一个动作就是一个状态。动作开始到动作结束，算一个完整的状态。
上面那个例子，我们可以划分出这些状态：
| 状态编号 | 状态名称 | 动作描述 | 转移条件 |
|---|---|---|---|
| S0 | 原点待机 | 机械手在原点，夹爪松开 | 启动信号 |
| S1 | 下降抓取 | 机械手下降，到位后夹爪夹紧 | 下降到位 & 夹紧完成 |
| S2 | 上升搬运 | 机械手上升，右移到放料位 | 上升到位 & 右移到位 |
| S3 | 下降放料 | 机械手下降，夹爪松开 | 下降到位 & 松开完成 |
| S4 | 返回原点 | 机械手上升，左移回原点 | 上升到位 & 左移到位 |
这里要注意，每个状态都要有明确的进入条件和退出条件。我曾经在一个项目里，就是因为没定义清楚「下降到位」这个条件，结果机械手还没到位就开始夹紧，直接把工件夹变形了。嗯，从那以后，我对转移条件就特别较真。
4.3 SFC图绘制：把逻辑画出来
状态划分好了，接下来就是画SFC图。SFC（Sequential Function Chart）是PLCopen标准里专门用来描述顺序控制的图形语言。说白了，就是画方块、画箭头。
我画SFC图有个习惯：先画主干，再补细节。主干就是状态和转移条件，细节包括动作输出、定时器、计数器这些。
下面这张图，就是上面那个物料搬运系统的SFC图。我直接用SVG画出来了，你感受一下：
画图小技巧：我习惯用不同颜色区分状态和动作。状态用深色边框，动作用浅色背景加虚线框。这样一眼就能看出哪个是状态，哪个是动作。另外，转移条件一定要写在箭头旁边，别写在别处，不然别人看不懂。
4.4 从SFC到代码：怎么把图变成PLC程序
SFC图画好了，接下来就是写代码。PLCopen标准里，SFC可以直接在编程软件里实现。但如果你用的是不支持SFC的PLC，那就得用梯形图或者ST语言来模拟。
我个人比较喜欢用ST语言写状态机，因为逻辑清晰，好维护。下面是一个简单的实现框架：
// 状态定义
CASE state OF
0: // S0 原点待机
IF start_signal THEN
state := 1;
END_IF
1: // S1 下降抓取
down_output := TRUE;
clamp_output := TRUE;
IF down_sensor AND clamp_done THEN
state := 2;
END_IF
2: // S2 上升搬运
up_output := TRUE;
right_output := TRUE;
IF up_sensor AND right_sensor THEN
state := 3;
END_IF
3: // S3 下降放料
down_output := TRUE;
release_output := TRUE;
IF down_sensor AND release_done THEN
state := 4;
END_IF
4: // S4 返回原点
up_output := TRUE;
left_output := TRUE;
IF up_sensor AND left_sensor THEN
state := 0; // 回到原点待机
END_IF
END_CASE注意：这里有个坑。每个状态里的输出，一定要在退出状态时复位。不然你从S1跳到S2了，下降输出还开着，那机械手不就一直往下掉了吗？我建议在状态转移之前，先把当前状态的输出全部复位，再进入下一个状态。
4.5 避坑指南：我踩过的那些坑
做单分支状态机，看起来简单，但实际项目中容易出问题的地方不少。我挑几个典型的说说：
- 转移条件不互斥：我曾经在一个项目里，两个转移条件同时满足了，结果状态机直接跳了两个状态，设备乱套了。后来我加了个互斥逻辑，每次只允许一个转移条件生效。
- 初始状态没定义：PLC上电后，状态变量默认是0。但如果你定义的第一个状态不是0，那设备就会进入一个未定义状态。我建议把S0定义为原点待机，并且上电后强制进入S0。
- 超时处理缺失：如果某个状态卡住了，比如传感器坏了，那设备就永远停在那里了。我习惯给每个状态加一个超时定时器，超时了就报警或者回原点。
总结一下：单分支状态机设计，核心就是三步——需求分析、状态划分、SFC图绘制。每一步都要想清楚，尤其是转移条件，一定要定义得清清楚楚。你想想看，如果连条件都没定义清楚，PLC怎么知道什么时候该干什么？
好了，这一章就到这里。记住，画图比写代码更重要。图画好了，代码就是照着图翻译的事。