4. 设备控制需求分析与规格书编写
在三菱设备控制项目的量产与工程交付过程中，需求分析是决定项目成败的第一道关口。客户提供的往往是一份工艺描述、一段口头说明，甚至只是一台样机的操作演示，而PLC程序需要的是明确的输入输出定义、动作顺序、互锁条件和异常处理策略。控制规格书就是这两者之间的桥梁——它把模糊的工艺语言翻译成可编程、可测试、可验收的技术语言。
从工艺要求到控制语言的翻译
客户说“工件到位后自动压紧并开始加工”，这句话至少包含五个需要澄清的控制要素：到位检测用什么传感器、压紧是气缸还是伺服、压紧力是否需要监控、加工启动的条件是什么、加工过程中工件松动怎么办。需求分析的核心工作就是把这些隐含信息逐一显性化。
实际操作中，建议采用“工艺动作分解表”作为中间工具。以一台三菱FX5U控制的自动锁螺丝机为例，客户要求“螺丝锁付完成后自动移载到下一工位”。分解后得到：锁付完成信号来自伺服扭矩到达设定值或螺丝刀到位信号；移载条件包括锁付完成、工件夹紧确认、下一工位空闲；移载动作由气缸驱动，需检测伸出到位和缩回到位。每个动作节点都要明确触发条件、执行元件、检测元件和完成标志。
动作流程的定义方法
动作流程不是简单的步骤罗列，而是包含分支、循环和异常路径的完整状态机。在三菱PLC编程中，常用SFC（顺序功能图）或状态继电器M来组织流程。规格书中的动作流程应达到可以直接映射为SFC的详细程度。
以锁螺丝机为例，一个完整的动作流程包括：初始待机→工件到位检测→夹紧气缸伸出→夹紧到位确认→螺丝刀下降→锁付开始→扭矩到达判断→螺丝刀上升→夹紧气缸缩回→移载气缸伸出→移载到位→移载气缸缩回→回到待机。其中“扭矩到达判断”是一个分支节点：扭矩到达则继续，超时未到达则报警并暂停。
规格书中应明确每个状态的进入条件、退出条件和异常跳转。例如“夹紧气缸伸出”状态的退出条件是“夹紧到位传感器ON”，异常条件是“伸出指令发出后2秒内未检测到到位信号”，异常处理为“报警E01，暂停流程，等待人工确认”。
互锁条件的梳理
互锁是设备安全运行的基础。三菱PLC中互锁通常通过常闭触点串联实现，但规格书需要从逻辑层面描述互锁关系，而不是直接写梯形图。互锁分为三类：安全互锁、工艺互锁和操作互锁。
安全互锁涉及人身和设备安全，优先级最高。例如“安全门打开时，所有气缸禁止动作”“急停按下时，伺服使能立即断开”。工艺互锁保证加工质量，例如“夹紧未到位时，禁止螺丝刀下降”“上一工位未完成时，禁止本工位启动”。操作互锁规范操作顺序，例如“手动模式下，自动启动按钮无效”“报警未复位时，禁止启动自动循环”。
规格书中建议用表格列出互锁条件、触发条件、受影响动作和复位方式。互锁条件应尽量用传感器信号或内部标志位表达，避免依赖操作员的记忆或主观判断。
报警等级与处理策略
报警分级是规格书中容易被忽视但极其重要的部分。三菱GX Works3中可以通过报警继电器和报警记录功能实现分级管理。建议将报警分为四级：A级为安全报警，触发后立即切断危险输出并停机，需要人工复位并确认安全后才能重新启动；B级为设备故障报警，如伺服过载、气缸超时，触发后暂停当前循环，保留状态等待处理；C级为工艺质量报警，如扭矩未达标、加工尺寸超差，触发后暂停并提示操作员确认；D级为提示信息，如料仓缺料、保养到期，仅提示不中断生产。
每级报警需要定义：触发条件、显示内容、声光指示方式、是否停机、复位方式、是否记录。例如“扭矩超时”定义为C级报警，触发条件为“锁付开始后3秒内扭矩未到达设定值”，HMI显示“螺丝锁付异常，请检查螺丝或批头”，蜂鸣器短鸣，暂停循环，操作员确认后复位继续。
验收指标的量化
验收指标必须可测量、可复现。节拍指标应明确测量起点和终点，例如“从工件到位信号ON到移载完成信号ON的时间”。合格率指标应明确统计样本量和判定标准，例如“连续锁付200颗螺丝，扭矩值在设定值±10%范围内为合格”。
规格书中还应包含测试用例。以锁螺丝机为例，至少需要覆盖：正常锁付流程、扭矩超时报警、夹紧不到位报警、安全门打开停机、急停响应、手动/自动切换、断电恢复后状态处理。每个测试用例应写明前置条件、操作步骤、预期结果和实际结果记录栏。
规格书的结构与交付
一份完整的控制规格书通常包含以下部分：项目概述与范围、工艺动作分解表、I/O清单（含地址分配）、动作流程图（SFC或状态转移图）、互锁条件表、报警等级表、HMI画面清单、验收指标与测试用例、通信接口定义（如与MES或上位机的数据交换）。在三菱项目中，I/O清单应直接对应PLC的输入输出地址，如X0为工件到位传感器、Y0为夹紧气缸电磁阀，方便编程时直接引用。
规格书不是一成不变的文件。在编程和调试过程中发现需要调整的内容，应通过变更记录表进行管理，记录变更日期、变更内容、变更原因和确认人。量产交付时，最终版规格书是程序维护和后续改造的重要依据。