คู่มือเขียน PLC ด้วย Structured Text (ST) Ep.5: สถาปัตยกรรม State Machine (The Sequence Logic)

ในฐานะ CODESYS Solutions Architect ผมขอแนะนำว่าคุณมาถูกทางแล้วครับ การเปลี่ยนจาก Logic แบบ “If-This-Then-That” ที่พันกันยุ่งเหยิง (Spaghetti Code) มาเป็น State Machine Design Pattern คือก้าวสำคัญที่จะเปลี่ยนคุณจาก “คนเขียน PLC ทั่วไป” ให้เป็น “Automation Software Engineer” ครับ

สำหรับ C# Developer แนวคิดนี้คือการนำ State Design Pattern มาใช้คู่กับโครงสร้าง switch...case เพื่อควบคุม Flow การทำงานของเครื่องจักรให้เป็นระเบียบและคาดเดาได้ครับ

1. Concept: State Variable & CASE Statement

ใน C# คุณอาจคุ้นเคยกับ enum และ switch เพื่อจัดการ State ของ Application ใน CODESYS เราก็ทำแบบเดียวกันครับ:

1. State Variable: คือตัวแปรที่ทำหน้าที่เป็น “Pointer” บอกว่าตอนนี้เครื่องจักรอยู่ที่ขั้นตอนไหน (Step ไหน) โดยเรามักจะใช้ INT (0, 10, 20…) หรือ ENUM (Idle, Run, Error)
2. CASE Statement: คือคำสั่งที่ใช้แยกการทำงานของแต่ละ State ออกจากกันอย่างเด็ดขาด ในแต่ละรอบสแกน (PLC Cycle) จะมีเพียง 1 State เท่านั้น ที่ถูกประมวลผล

กฎเหล็กของ State Machine:

• Do Action: ใน State นี้ ให้ทำอะไร? (เช่น สั่งมอเตอร์หมุน)
• Check Transition: เมื่อไหร่จะไป State ถัดไป? (เช่น เมื่อเซนเซอร์ทำงาน)
• Change State: เปลี่ยนค่า State Variable ไปเป็นค่าถัดไป (เช่น iState := 20;)

2. ตัวอย่าง Code: Conveyor System (State Machine)

เพื่อให้ Code ดูเป็นมืออาชีพ (Clean Code) และอ่านง่าย ผมแนะนำให้ใช้ ENUM แทนตัวเลข 0, 10, 20 ครับ เพราะในอนาคตถ้าคุณกลับมาอ่าน CASE 10 คุณอาจลืมว่ามันคืออะไร แต่ถ้าเจอ CASE eState.RUNNING คุณจะเข้าใจทันที

Step 1: สร้าง ENUM (DUT)

คลิกขวาที่ Application -> Add Object -> DUT -> เลือก Enumeration ตั้งชื่อ eConveyorState

{attribute 'qualified_only'}
{attribute 'strict'}
TYPE eConveyorState :
(
    STANDBY := 0,      // รอคำสั่ง Start
    RUNNING := 10,     // สายพานกำลังหมุน
    DETECTED := 20,    // เจอชิ้นงาน (หยุดรอ)
    EJECT := 30        // ดีดชิ้นงานออก
);
END_TYPE

Step 2: เขียนโปรแกรม (POU: PLC_PRG)

เราจะใช้ Timer (TON) ช่วยในขั้นตอน Eject เพื่อให้ก้านสูบทำงานค้างไว้สักพักก่อนกลับไปเริ่มใหม่ (ถ้าไม่หน่วงเวลา มันจะทำงานเร็วมากจนมองไม่ทัน)

PROGRAM PLC_PRG
VAR
    // --- Inputs ---
    xStartBtn   : BOOL;
    xSensor     : BOOL;

    // --- Outputs ---
    xConveyor   : BOOL;
    xPiston     : BOOL;
    xLampReady  : BOOL;

    // --- Internal Logic ---
    CurrentState : eConveyorState := eConveyorState.STANDBY; // State Variable
    fbEjectTimer : TON; // Timer สำหรับหน่วงเวลาดีดของ
END_VAR

// =============================================================
// State Machine Logic
// =============================================================
CASE CurrentState OF

    // ---------------------------------------------------------
    // State 0: Standby - รอคนกดปุ่ม Start
    // ---------------------------------------------------------
    eConveyorState.STANDBY:
        // Action:
        xConveyor  := FALSE;
        xPiston    := FALSE;
        xLampReady := TRUE; // ไฟสถานะพร้อมทำงานติด

        // Transition: ถ้ากดปุ่ม Start ให้ไป Running
        IF xStartBtn THEN
            xLampReady := FALSE;
            CurrentState := eConveyorState.RUNNING;
        END_IF

    // ---------------------------------------------------------
    // State 10: Running - เดินสายพานรอของมา
    // ---------------------------------------------------------
    eConveyorState.RUNNING:
        // Action:
        xConveyor := TRUE;

        // Transition: ถ้าเซนเซอร์เจอของ ให้หยุด (ไป State Detect)
        IF xSensor THEN
            CurrentState := eConveyorState.DETECTED;
        END_IF

    // ---------------------------------------------------------
    // State 20: Detected - ของมาถึงแล้ว หยุดสายพาน
    // ---------------------------------------------------------
    eConveyorState.DETECTED:
        // Action:
        xConveyor := FALSE;

        // Transition: หยุดแล้วเปลี่ยนไป Eject ทันที (หรือจะหน่วงเวลาก่อนก็ได้)
        CurrentState := eConveyorState.EJECT;

    // ---------------------------------------------------------
    // State 30: Eject - ดีดของออก (หน่วงเวลา 1 วินาที)
    // ---------------------------------------------------------
    eConveyorState.EJECT:
        // Action: สั่ง Piston ทำงาน
        xPiston := TRUE;

        // Timer Logic: เริ่มจับเวลาเมื่อเข้ามาใน State นี้
        fbEjectTimer(IN := TRUE, PT := T#1S);

        // Transition: เมื่อเวลาครบ 1 วินาที
        IF fbEjectTimer.Q THEN
            // Cleanup: รีเซ็ต Timer และ Piston ก่อนออก
            fbEjectTimer(IN := FALSE);
            xPiston := FALSE;

            // Loop กลับไปรอรอบใหม่
            CurrentState := eConveyorState.STANDBY;
        END_IF

    // ---------------------------------------------------------
    // Defensive Programming: กรณี State หลุด (Safety)
    // ---------------------------------------------------------
    ELSE
        CurrentState := eConveyorState.STANDBY;
        xConveyor := FALSE;
        xPiston := FALSE;

END_CASE;

3. สรุปข้อดี: State Machine vs. Spaghetti Code

ในมุมมองของ Architect การใช้ State Machine ช่วยแก้ปัญหา Classic ของงาน PLC ได้ดังนี้:

คำแนะนำเพิ่มเติม: สำหรับงานจริงที่ซับซ้อนกว่านี้ คุณสามารถใช้ Methods ในการเขียน Action ของแต่ละ State แยกออกไป เพื่อให้ Main Program สะอาดตาขึ้น ซึ่งตรงกับหลักการ Single Responsibility Principle ใน OOP ที่คุณคุ้นเคยครับ

บทสรุปซีรีส์: ยินดีด้วยครับ! คุณได้เรียนรู้พื้นฐานสำคัญของ Structured Text ครบทั้ง 5 บทแล้ว ตั้งแต่ Syntax, Logic, Loops, Function Blocks จนถึง State Machine Design Pattern ตอนนี้คุณพร้อมแล้วที่จะลุยงาน Automation ระดับมืออาชีพด้วยมาตรฐานสากลครับ