Learning Objectives
- 分辨組合邏輯與順序控制，用步驟與轉移描述一個流程
- 說出 SFC 的基本規則：步驟、轉移、動作
- 用步驟位元與 SET／RST 在階梯圖寫出順序控制
- 處理停止時回到初始狀態，以及「等條件消失再轉移」
先做這個，再做那個
前幾課的程式大多是組合邏輯：輸出只看「現在」的輸入。可是很多機器的動作有先後順序：
- 紅綠燈：綠 3 秒 → 黃 1 秒 → 紅 2 秒 → 回到綠。三個燈都沒有按鈕，同樣的輸入在不同時間要有不同的輸出。
- 加工站：輸送帶送來工件 → 到位停下 → 沖壓 1 秒 → 送走 → 等下一個。
這種控制叫順序控制。思考方式是把流程切成步驟（step）：
| 名詞 | 意思 | 紅綠燈的例子 |
|---|---|---|
| 步驟 | 機器正在做的一件事；同一時間只有一個（或一組）步驟有效 | 「綠燈」步驟 |
| 動作 | 步驟有效時要做的事 | 綠燈亮 |
| 轉移 | 從一個步驟換到下一個的條件 | 綠燈亮滿 3 秒 |
這就是程式設計裡的狀態機。IEC 61131-3 的順序功能圖（SFC）就是把它畫成圖的語言：
╔═══════╗ 初始步驟（雙框）
║ S0 綠 ║── 動作：綠燈
╚═══╤═══╝
┼ T0：綠燈滿 3 秒
┌───┴───┐
│ S1 黃 │── 動作：黃燈
└───┬───┘
┼ T1：黃燈滿 1 秒
┌───┴───┐
│ S2 紅 │── 動作：紅燈
└───┬───┘
┼ T2：紅燈滿 2 秒 → 回到 S0
SFC 的規則：一個轉移只有在它上面的步驟有效、而且條件成立時才會觸發；觸發後，上面的步驟關閉、下面的步驟啟動。 流程也可以分岔：選擇分支（依條件走其中一條，例如良品走左邊、不良品走右邊）和並行分支（幾個步驟同時進行，全部完成才匯合）。
逐步看：用 Python 寫紅綠燈的狀態機
用字典描述每個步驟的時間與下一步，迴圈每轉一次代表過了 1 秒。注意 step 永遠只有一個值：同一時間只有一個步驟。
在階梯圖裡寫順序：步驟位元
階梯圖沒有「步驟」這種東西，常見的做法是每個步驟用一個內部位元 M（M0.0、M0.1…）代表它是否有效， 用 SET 與 RST 做轉移：
‖ M0.0 綠燈步驟 T0 (S) M0.1 ← 轉移：啟動下一步
‖────| |──────────| |────────────────────────┬─(R) M0.0 ← 同時關閉這一步
‖ M0.0
‖────| |───────────────────────────────── TON T0 3000 ← 這一步的計時
‖ M0.0
‖────| |───────────────────────────────────────( ) Q0.2 ← 動作：綠燈
| 部分 | 寫法 |
|---|---|
| 初始步驟 | 開機或按啟動、且沒有任何步驟有效時，SET 第一個步驟位元 |
| 轉移 | 「目前步驟位元」串聯「轉移條件」→ SET 下一步、RST 這一步 |
| 動作 | 步驟位元 → 輸出線圈（或計時器） |
| 停止、急停 | RST 所有步驟位元，回到初始狀態 |
輸出一律由步驟位元驅動，不要在好幾條 rung 裡 SET／RST 同一個輸出，否則很難找出是誰把燈打開的。
另一種寫法是用一個字組存步驟編號（MOV 1、MOV 2…），再用比較接點判斷「現在是第幾步」，ST 裡就是 CASE Step OF。
感測器轉移：輸送帶加工站
紅綠燈的轉移條件都是時間；工廠裡更多的轉移條件是感測器。下一個例子是輸送帶加工站：
| 步驟 | 位元 | 動作 | 轉移到下一步的條件 |
|---|---|---|---|
| 輸送 | M0.0 | 輸送帶轉 | 光電感測器偵測到箱子（I0.2＝1） |
| 加工 | M0.1 | 輸送帶停、沖壓氣缸動作 | 加工滿 1 秒 |
| 送出 | M0.2 | 輸送帶轉 | 箱子離開感測器（I0.2＝0） |
注意「送出」步驟的轉移：剛進入送出步驟時，箱子還停在感測器前面，I0.2 仍然是 1。 如果送出步驟一開始就回到輸送步驟，輸送步驟馬上又看到 I0.2＝1，同一個箱子會被加工第二次。 所以要等感測器變回 0（箱子走了）才轉移。這種「等條件消失」的轉移在順序控制裡很常見。
下面的範例先用 Python 的步驟編號寫一次（像 ST 的 CASE），再到階梯圖練習。
逐步看：用步驟編號寫加工站
step 是步驟編號，每一秒依目前的步驟檢查各自的轉移條件。注意同一圈只會走 if／elif 其中一條：一次只處理目前這一步。
小測驗：步驟與轉移
下面哪一個最需要順序控制？
SFC 裡，一個轉移什麼時候會觸發？
用 Python 跑紅綠燈的狀態機 5 秒，會印出什麼？
DUR = {"G": 2, "Y": 1, "R": 1}
NEXT = {"G": "Y", "Y": "R", "R": "G"}
step, t, out = "G", 0, ""
for s in range(5):
out += step
t += 1
if t >= DUR[step]:
step, t = NEXT[step], 0
print(out)
小測驗：在階梯圖實作
用步驟位元寫順序控制時，按下停止（或急停復歸後）通常要怎麼處理？
為什麼建議「輸出只由步驟位元驅動」，而不是在好幾條 rung 裡 SET／RST 同一個輸出？
重點整理
- 順序控制：把流程切成步驟，步驟有效時做動作，轉移條件成立時換到下一步；同一時間只有一個步驟（或一組並行步驟）有效。
- SFC：初始步驟（雙框）、步驟、轉移、動作；轉移只在前一步驟有效且條件成立時觸發。可以有選擇分支與並行分支。
- 階梯圖實作：每個步驟一個 M 位元；轉移＝目前步驟串聯條件 → SET 下一步、RST 這一步；動作＝步驟位元驅動輸出。
- 也可以用一個字組存步驟編號，ST 用
CASE。 - 停止時 RST 所有步驟回到初始狀態；感測器轉移有時要等條件消失（箱子離開）才轉移，避免重複觸發。
下一課進入類比量：4～20 mA、數值換算與 PID 的概念。