中药煎药自动化产线工序时序性强、安全要求高、异常分支多若用梯形图堆砌逻辑、靠大量标志位跳转很容易出现流程错乱、故障难排查、后期维护困难的问题。采用有限状态机FSM做核心控制架构可将复杂工序拆解为独立状态每个状态职责单一、流转边界清晰既能保证流程稳定可控也便于后续扩展多锅并行、配方管理等功能。一、工艺流程拆解与状态分层设计1.1 完整工序主流程标准单锅煎药全流程包含8个核心环节从装料完成到清洗就绪形成闭环装料就绪 → 定量进水浸泡 → 文武火分段煎煮 → 药液过滤输出 → 药渣挤压回收 → 自动排渣 → 喷淋清洗 → 沥干待机1.2 分层状态机架构采用「主状态 子步」的两层结构主状态对应大工序子步对应工序内的细分执行动作既避免状态数量爆炸又保证动作执行精准可控。启动指令浸泡计时到煎煮完成排渣完成清洗沥干结束复位确认暂停/轻微故障暂停/轻微故障暂停/轻微故障暂停/轻微故障恢复指令恢复指令恢复指令恢复指令严重故障/急停故障复位待机就绪浸泡工序煎煮工序出液挤压工序自动清洗工序运行完成暂停挂起所有状态故障停机主状态层共8种对应完整工序节点是上位机展示、配方关联的核心单元。子步层每个主状态内部拆解为进水、加热、计时等细分动作对上层透明仅PLC内部执行。二、核心状态机设计原则2.1 状态执行三要素每个状态严格遵循「入口动作 周期运行 出口判定」三段式逻辑杜绝跨状态交叉控制入口动作状态切换瞬间执行一次比如打开对应阀门、启动定时器、复位标志位。周期运行每个扫描周期持续执行比如温度PID调节、压力闭环控制、故障检测。出口判定满足跳转条件时执行清理动作切换到下一状态。2.2 流转边界规则状态跳转统一使用上升沿触发避免条件满足时状态反复跳变。同一时刻仅允许一个主状态激活所有输出由当前状态唯一决定杜绝多状态同时输出冲突。异常优先级最高故障、急停信号可打断任意运行状态直接进入安全停机模式。三、全工序状态逻辑详解3.1 待机就绪状态入口动作关闭所有执行机构输出清零过程计时就绪指示灯点亮。周期运行检测安全回路门开关、急停、气源/电源、传感器自检、接收启动指令与配方参数。跳转条件按下启动按钮且安全回路正常 → 进入浸泡工序。3.2 浸泡工序核心目标让药材充分吸水浸润保证有效成分析出。子步1 定量进水打开进水阀通过流量计或液位传感器判定进水量达到配方设定值后关阀。子步2 恒温浸泡启动浸泡定时器可选开启低温补偿加热保持浸泡温度在20~30℃。子步3 完成等待计时结束后保持状态等待跳转指令。异常处理进水超时、液位异常 → 暂停并告警。跳转条件浸泡计时到 → 进入煎煮工序。3.3 煎煮工序核心目标分阶段控温保证煎药质量是整个流程的核心工艺段。子步1 快速升温开启加热管全功率快速升温至沸腾点实时检测防干烧液位。子步2 武火沸腾达到沸点后保持大功率维持沸腾状态启动沸腾计时。子步3 文火保温沸腾一段时间后降低加热功率保持微沸状态直至煎煮总计时结束。关键保护低于最低液位立即停止加热触发干烧告警温度超上限强制切断加热。跳转条件煎煮总计时到 → 进入出液挤压工序。3.4 出液与挤压工序核心目标输出成品药液挤压药渣提升出汁率。子步1 药液输出打开出液阀药液经过滤器流入储液罐检测出液流量。子步2 药渣挤压出液完成后挤压机构下行按设定压力挤压药渣回收残留药液保持压力计时。子步3 泄压排渣挤压到位后缓慢泄压打开排渣门排出药渣后关闭仓门。跳转条件排渣完成、仓门关到位 → 进入自动清洗工序。3.5 自动清洗工序核心目标自动清洁内胆与管路避免药渣残留保证批次间卫生。子步1 喷淋冲洗打开清洗进水阀启动旋转喷淋配合搅拌机构冲洗内壁。子步2 浸泡去污进水到设定液位短暂浸泡后启动排污。子步3 沥干待机排净污水热风或自然沥干准备下一批次。跳转条件清洗计时结束、排污阀关闭 → 进入运行完成状态。3.6 暂停与故障状态暂停挂起轻微故障、人工暂停时进入保持当前所有过程数据与计时进度故障排除后按「恢复」可从断点继续执行不重置流程避免药材报废。故障停机急停、超温、超压、安全门异常等严重故障时触发立即切断所有动力输出锁定故障状态与故障码需人工排查并复位后才能回到待机状态。四、安全互锁与异常处理机制4.1 必加的硬件级安全互锁保护项触发条件执行动作防干烧保护加热阶段液位低于安全阈值立即停止加热触发告警门盖互锁运行中安全门未闭合暂停运行禁止加热、挤压动作超温保护内胆温度超过上限值切断加热电源触发故障停机压力保护挤压压力、内胆压力超限开启泄压阀暂停动力输出急停保护拍下急停按钮切断所有动力输出进入故障状态4.2 断点续跑机制这是煎药产线区别于普通流水线的核心需求药材属于不可逆物料流程中断后不能从头开始。所有计时、计数、工艺进度全部掉电保持断电恢复后状态不丢失。暂停/轻微故障恢复后直接回到中断前的主状态与子步接续剩余计时继续运行。仅人工按下「复位」按钮才会重置整个流程回到待机。五、PLC程序结构化实现5.1 核心数据结构按功能分区规划变量便于上位机对接与维护配方参数区浸泡时间、煎煮温度、武火时长、文火时长、挤压压力、清洗次数等支持多配方存储。过程变量区当前主状态、子步号、剩余计时、实时温度、实时压力、实时液位。指令交互区启动、暂停、恢复、复位、手动操作指令。故障告警区故障码、故障触发时间、故障描述支持历史记录。5.2 状态机核心代码框架ST语言采用CASE语句实现主状态流转结构清晰便于排查问题// 主状态机核心逻辑 CASE MainState OF // 待机就绪 0: IF StartCmd AND SafetyOK THEN MainState : 10; // 跳转浸泡 SoakTimer.PT : Recipe.SoakTime; SoakTimer.IN : TRUE; END_IF // 浸泡工序 10: SoakProcess(); IF SoakTimer.Q THEN MainState : 20; // 跳转煎煮 DecoctTimer.PT : Recipe.DecoctTotalTime; DecoctTimer.IN : TRUE; END_IF IF FaultLevel1 THEN MainState : 60; // 跳转暂停 END_IF // 煎煮工序 20: DecoctProcess(); IF DecoctTimer.Q THEN MainState : 30; // 跳转出液挤压 END_IF // 出液挤压工序 30: SqueezeProcess(); IF SqueezeFinish THEN MainState : 40; // 跳转清洗 END_IF // 自动清洗工序 40: CleanProcess(); IF CleanFinish THEN MainState : 50; // 跳转完成 END_IF // 运行完成 50: IF ResetCmd THEN MainState : 0; END_IF // 暂停挂起 60: IF ResumeCmd AND NOT FaultLevel1 THEN MainState : LastRunState; END_IF // 故障停机 70: AllOutputOff(); IF FaultReset AND SafetyOK THEN MainState : 0; END_IF END_CASE5.3 手动/自动双模式自动模式状态机全自动流转人工仅需启动与确认。手动模式屏蔽状态机自动跳转可单独操作每个阀门、电机、加热管用于调试、维护与异常处理。模式切换时保持当前输出状态避免切换瞬间出现动作冲击。六、上位机对接要点6.1 状态与进度展示读取PLC主状态码映射为对应工序名称在界面高亮显示当前运行节点。读取各工序剩余计时以进度条倒计时形式展示直观呈现运行进度。实时展示温度、压力、液位等模拟量曲线支持历史回溯。6.2 配方管理上位机可读写PLC内的配方参数支持多配方存储、切换修改参数后下载到PLC生效无需修改PLC程序。6.3 操作交互单按钮控制启动、暂停、恢复、复位操作逻辑与PLC状态机严格对应。手动操作面板切换到手动模式后可单独控制每个执行机构带操作权限校验。故障告警弹窗故障发生时自动弹窗显示故障码与处理建议支持确认与消音。七、现场落地避坑指南跳转条件加边沿触发状态跳转条件必须用上升沿不能直接用电平信号避免传感器波动导致状态反复跳变。增加步序超时检测每个工序设置最大允许时长超时自动触发告警防止流程卡死无提示。模拟量先滤波再判定温度、液位、压力等模拟量必须做滤波处理避免现场干扰导致误跳转、误告警。输出状态由状态唯一决定所有阀门、电机的输出逻辑统一在状态内赋值禁止多处重复赋值避免出现冲突。掉电保持核心数据当前状态、计时进度、配方参数全部设置为掉电保持意外断电后恢复可接续运行。总结中药煎药产线的控制核心是工序时序与安全保护分层状态机架构既能清晰拆解复杂流程又能保证异常处理的稳定性同时便于上位机统一对接。单锅逻辑跑通后可快速扩展为多锅并行调度适配不同产能的产线需求。