1. 包装与装配设备控制需求分析

在开始为三菱iQ-F系列PLC编写任何一行程序之前，最重要的工作不是选型，也不是画梯形图，而是把"设备到底要做什么、做到什么程度、在什么条件下允许做、什么条件下必须停"这件事彻底想清楚。这一过程就是控制需求分析，它的最终交付物是一份控制需求规格书。规格书的质量直接决定了后续I/O分配、程序结构、安全回路设计是否返工。本章以一条典型的"纸盒装瓶—贴标—装箱"包装线为例，完整走一遍从设备动作到规格书的梳理过程。

一、先确定分析对象与边界

需求分析的第一步是划定边界。以某典型包装线为例，其机械构成包括：进料输送带、分瓶星轮、纸盒成型工位、装盒推杆、贴标机、封盒压合工位、成品输出带，以及一台用于抓取纸盒的直角坐标机械手。控制边界定义为：从进料光电检测到成品输出计数完成为止，上游供料设备与下游码垛机只通过握手信号交互，不纳入本控制器逻辑范围。边界不清是后期需求蔓延的主要原因，必须在规格书首页写明。

对象确定后，需要把设备拆成"工位—执行机构—传感器"三层结构。每个工位至少包含一个主动执行元件（气缸、电机、真空吸盘）和若干位置检测元件（磁性开关、光电、接近开关）。这一步的产出是一张工位清单，它是后续I/O点数统计的直接依据。

二、动作流程梳理：从时序到互锁

动作流程不能只写成"推杆伸出—压合—输出"这样的文字描述，而要落到时序关系和互锁条件上。以装盒推杆为例，其动作链为：纸盒到位检测ON → 推杆电磁阀得电伸出 → 伸出到位磁性开关ON → 保压0.3s → 电磁阀失电缩回 → 缩回到位ON → 允许下一循环。这里的关键是"允许下一循环"的条件，它必须同时满足：推杆缩回到位、纸盒已离开推杆行程区、下游未满料。这三个条件构成一个与逻辑，缺一不可。

互锁条件往往比动作本身更容易被遗漏。典型互锁包括：安全门打开时所有气缸禁止动作；急停按下时切断电磁阀公共电源；贴标机未就绪时装盒工位不得启动；下游满料时上游进料必须暂停。这些条件应在规格书中以"触发条件—响应动作—恢复条件"三列形式逐条列出，而不是散落在程序注释里。

三、节拍要求与I/O点数统计

节拍是包装线最硬的约束。假设目标产能为45盒/min，则整线循环周期为60/45≈1.33s。这个1.33s要分配给所有串行工位，因此必须识别哪些动作可以并行、哪些必须串行。例如装盒推杆伸出与贴标机打印可以并行，但推杆伸出与封盒压合必须串行。把每个工位的动作时间填入时序表后，若总串行时间超过1.33s，就需要通过增加工位、提高气缸速度或改用伺服来压缩。

I/O点数统计要按"输入—输出—模拟量"分类，并预留10%~15%余量。以本例为例：数字输入包括各气缸伸出/缩回到位磁开关（约12点）、光电检测（6点）、按钮与选择开关（5点）、安全门与急停反馈（3点）、贴标机握手（2点），合计28点；数字输出包括电磁阀（10点）、变频器启停（2点）、指示灯（5点）、贴标触发（2点）、报警输出（3点），合计22点；模拟量输入为压力传感器与温度传感器各1点。据此选择FX5U-32MT并扩展输入模块，而不是勉强用32点机型硬撑。

四、安全与互锁条件的规格化表达

安全条件必须与普通互锁分开处理。急停、安全门、光幕属于安全功能，应通过安全继电器或安全PLC独立实现，不能仅依赖FX5U的普通程序逻辑。规格书中应明确：安全回路动作时，直接切断电磁阀公共电源（DC24V），同时向PLC发送一个"安全OK"输入信号，PLC据此进入停止状态并置位报警。普通互锁则写在PLC程序中，例如"贴标机就绪"作为装盒启动的前置条件。

五、控制需求规格书的结构与示例

规格书不是越长越好，而是要覆盖"对象、动作、节拍、I/O、安全、互锁、异常处理"七个维度。下面给出一份可直接参考的规格书框架，字段可根据项目增减。

填写规格书时，最容易出问题的是第6项互锁条件。建议用"如果……则……直到……"的句式逐条书写，例如："如果安全门打开，则所有气缸电磁阀失电并禁止启动，直到安全门关闭且按下复位按钮。"这种句式强迫写作者明确触发、响应和恢复三个要素，避免出现"安全门打开时停止"这类缺少恢复条件的模糊描述。

六、从需求到程序的衔接检查

规格书完成后，应做一次反向检查：把规格书中的每一条互锁条件，对应到程序中的一个具体逻辑行；把每一个I/O点，对应到接线图上的一个端子。若某条需求找不到对应的程序位置，说明需求遗漏或程序结构未规划；若某个I/O点找不到需求来源，说明存在冗余或误列。这一步通常在编程前以清单形式完成，能显著减少后期调试阶段的返工。

完成本章的需求分析后，后续的硬件选型、I/O分配、程序框架设计都将以这份规格书为依据。需求分析做得越扎实，后面写程序时"边写边改"的情况就越少。下一阶段将进入iQ-F的硬件组态与I/O分配环节。