2. 顺控与联锁的标准化建模

在 Omron Sysmac 平台上做复杂顺控，真正的难点往往不在指令本身，而在于“用哪种模型把工艺描述翻译成可编程逻辑”。同一段设备动作，用状态机写出来清晰可维护，用流程图写出来直观但容易膨胀，用 SFC 写出来结构工整却对并行分支要求高。选错模型，后期改一个条件就要动十几处。因此本节先解决一个前置问题：面对一段工艺描述，应该选哪种建模语言，以及如何把它落到 Sysmac 的编程对象上。

五种模型的定位与适用边界

可以把这五种模型按“关注点”分成三组。第一组关注状态与迁移：状态机和 SFC。状态机（State Machine）以“当前处于哪个状态、什么条件触发迁移”为核心，适合状态数量有限、迁移关系明确、需要严格互斥的场合，例如一台设备的自动/手动/回零/报警复位。SFC（顺序功能图）本质是状态机的图形化工程表达，增加了步（Step）、转移（Transition）、选择分支和并行分支的规范语义，适合多工位、多子流程并行推进的产线级顺控。

第二组关注动作顺序与判断路径：流程图。流程图不强调状态驻留，而强调“先做什么、判断后走哪条路”，适合描述初始化流程、故障排查路径、参数标定步骤这类一次性或弱状态的过程。第三组关注时间与因果：时序图和因果矩阵。时序图刻画多个信号在时间轴上的先后与重叠关系，适合气缸伸出与夹紧、伺服使能与抱闸释放这类有明确时序配合的动作；因果矩阵（Cause & Effect Matrix）则把“原因事件”与“结果动作”做成二维表，适合安全联锁、急停、多条件组合触发等场景，它的优势是穷举组合、便于评审，而不是描述顺序。

从工艺描述到可编程逻辑的转化方法

拿到一段工艺描述，不要急着打开编辑器。建议按“切分—归类—映射—验证”四步走。

第一步，切分动作单元。把描述拆成“谁在什么条件下做什么、做完后进入什么状态”。例如“上料气缸伸出到位后，夹爪闭合，延时 0.3 s 确认夹紧，然后机械手上升”。这里包含三个动作单元和两个确认条件。

第二步，归类到模型。动作单元之间存在严格先后且需要驻留等待的，归入状态机或 SFC；只是判断分支的，归入流程图；多个信号需要时间配合的，单独抽出来画时序图；涉及安全或禁止条件的，抽出来填因果矩阵。一个真实项目通常是混合使用，而不是只用一种。

第三步，映射到 Sysmac 对象。状态机用 CASE 语句配合枚举状态变量实现；SFC 直接用 Sysmac 的 SFC 程序，每个步对应一个步标志位，转移条件写成布尔表达式；时序配合用 TON/TOF 定时器和握手位实现；联锁条件写成独立的允许位（Permit）和禁止位（Inhibit），在动作输出前串联判断。

第四步，验证。用调试变量表在线观察状态变量和步标志位，确认迁移路径与预期一致；对联锁条件逐条强制触发，确认输出被正确禁止。

教学示例：上料工位顺控建模

假设某上料工位工艺描述为：按下启动后，气缸伸出；伸出到位传感器 X0 为 ON 后，夹爪闭合；夹紧确认 X1 为 ON 后延时 0.3 s；延时结束后机械手上升，上升到位 X2 为 ON 则本循环结束。任何时刻按下急停 X10，气缸和夹爪立即失电。

这段描述里，气缸伸出、夹爪闭合、延时、上升是四个有驻留和先后关系的状态，适合用状态机或 SFC；急停是典型的多对一联锁，适合用因果矩阵表达。下面给出状态机的核心实现片段（ST 语言，示例参数为合理假设）：

TYPE eStep :
(
  IDLE      := 0,
  CYL_OUT   := 1,
  CLAMP     := 2,
  DELAY     := 3,
  LIFT_UP   := 4,
  DONE      := 5,
  ESTOP     := 99
);
END_TYPE

VAR
  step      : eStep := IDLE;
  tClamp    : TON;
  permit    : BOOL;   // 联锁允许位
END_VAR

// 联锁：急停未按下且气压正常才允许动作
permit := NOT X10 AND X11;

CASE step OF
  IDLE:
    IF Start AND permit THEN
      step := CYL_OUT;
    END_IF;

  CYL_OUT:
    Y0 := TRUE;                 // 气缸伸出
    IF NOT permit THEN step := ESTOP;
    ELSIF X0 THEN step := CLAMP;
    END_IF;

  CLAMP:
    Y1 := TRUE;                 // 夹爪闭合
    IF NOT permit THEN step := ESTOP;
    ELSIF X1 THEN
      tClamp(IN := TRUE, PT := T#300ms);
      step := DELAY;
    END_IF;

  DELAY:
    IF tClamp.Q THEN step := LIFT_UP; END_IF;

  LIFT_UP:
    Y2 := TRUE;                 // 机械手上升
    IF X2 THEN step := DONE; END_IF;

  DONE:
    Y0 := FALSE; Y1 := FALSE; Y2 := FALSE;
    step := IDLE;

  ESTOP:
    Y0 := FALSE; Y1 := FALSE; Y2 := FALSE;
    IF permit AND Reset THEN step := IDLE; END_IF;
END_CASE;

这段代码体现了状态机的三个关键点：状态互斥（同一时刻只有一个 step 值）、迁移条件显式（每个 IF 就是一条转移）、联锁独立（permit 不混在动作逻辑里，而是作为统一门控）。急停触发时，无论当前处于哪个状态，都跳到 ESTOP 并切断所有输出，这正是因果矩阵“一行原因对应多列结果”的编程体现。

因果矩阵的填写与联锁落地

因果矩阵用行表示原因事件，列表示结果动作，交叉格填“触发/禁止/延时”。以上料工位为例，可整理为下表（示例）：

填表时要注意两点：一是“原因”要覆盖正常触发和异常禁止两类，不能只写正常流程；二是“结果”要写到具体输出点或状态迁移，而不是笼统写“停止”。这张表填完，联锁逻辑基本就确定了，剩下的只是用 AND/OR/NOT 把它翻译成允许位。