順序操作是工業控制和自動化的重要組成部分。例如，工業洗衣機就是一個典型的例子。我們可以用諸如注水、洗滌、排水或沖洗等動作動詞來描述洗衣機的運作狀態。狀態轉換與特定的刺激相關聯，例如操作員按下按鍵、水箱注滿或延遲結束。
如今，可程式邏輯控制器（PLC）通常用於控制這些順序任務。了解這項古老的技術至關重要，因為現代 PLC 實作通常使用相同的術語，將實體設備抽象化為軟體。
凸輪定時器和棘輪步進定序器的歷史
歷史上，要實現這種控制方式有幾種不同的方法，包括滾筒定序器和類似繼電器的棘輪機制。這兩種技術之間存在著一個微妙但非常重要的區別。差別在於時間。
滾筒定序器，更準確的說法是凸輪定時器，由電動馬達驅動。滾筒以特定速度旋轉。事實上，許多設備都採用同步交流馬達，以便透過市電頻率來控制計時。隨著滾筒旋轉，開關被激活，就像音樂盒中鼓點撥動琴鍵，芭蕾舞女翩翩起舞一樣。這種機制在洗衣機等消費性電子產品中尤其有效。馬達能夠精確地控制洗滌週期的每個階段。
雖然凸輪定時器為PLC操作提供了一個思路起點，但時間因素卻會造成不必要的混淆。在許多情況下，最好考慮如圖 1、圖 2 和圖 3 所示的棘輪定序器。圖中左下角可以看到類似繼電器電樞的零件。當線圈通電時，凸輪前進一格，帶動觸點環上的公共滑片移動到下一個位置。這種機構相當於一個 10 極 24 位的機械驅動開關。
我們可以將這個裝置看作一個 10×24 的查找表（LUT）。以焊接作為「程式設計」語言，我們可以為每個狀態配置輸出，每種狀態對應 10 個輸出。這相當於在查找表的每個儲存格中新增 1 或 0。透過適當的外部電路和外部延時繼電器，我們可以根據感測器輸入和時間控制狀態。這樣的機構可以輕鬆控制一台工業洗衣機，並實現一些獨特的洗滌程序。
棘輪凸輪的工作原理
圖 1 所示的棘輪凸輪與時間無關。例如，如果我們想在兩個狀態之間等待 1 分鐘，則需要新增一個定時開啟（TON）定時器來「計時」。當 TON 計時結束後，它將啟動凸輪，使其進入下一個狀態。
該機構是線性機構。作為一種機械裝置，它必須從狀態 1 過渡到狀態 2，再到狀態 3，以此類推，直到狀態 24。需要注意的是，它不需要在任何給定狀態下停留很長時間，但必須在每個狀態下停留足夠長的時間，以便線圈放鬆，使棘爪能夠移動到下一個齒。例如，考慮圖 1 中靠近攝影機的極柱的編程。如果棘爪順時針移動 2 個位置，它將進入重設狀態。仔細觀察，你會發現從該位置向前的所有導線都焊接在一起。該機構將像一個由其自身常閉觸點供電的繼電器一樣工作，導致其快速振動。這使得機構快速前進到起始（空轉）位置。
技術提示：一個真正的狀態機，包含「當前狀態」和「下一狀態」變量，允許狀態從任意狀態轉換到任意狀態 —— 可以隨意跳過或跳躍。這與凸輪或棘輪截然不同，因為它們必須沿著單一（順時針）方向依次經過所有狀態。
還有另一個微妙但極其重要的方面需要考慮。
為了推進狀態，必須先斷開線圈的電源，並使其有時間恢復到「常開」位置。這種放鬆狀態允許棘輪移動到下一個齒。
結論
當您將此思維模型應用於 PLC 環境時，很可能會遇到一些挑戰。這些挑戰通常與經過一段時間後進入下一狀態有關。例如，如果忘記放鬆「線圈」輸入線，PLC 軟體將鎖定在當前狀態，從而導致問題。
我們將透過一個具體的 PLC 實現案例，對此主題進行更深入的探討。
