PackML · 半导体设备

PackML 状态机工程实现：17个状态 · Stopping vs Aborting · TwinCAT 3 完整 FB

PackML 状态机 ISA-88 半导体设备 2025-09-15 · 尚工

一、为什么半导体设备要用 PackML

半导体设备控制逻辑复杂，状态繁多，如果用自定义状态机，不同工程师写出来的结构各不相同，维护和交接成本极高。ISA-88 PackML 标准定义了一套通用的 17 状态机，已被 OMAC 组织采纳，成为工业设备控制的事实标准。

标准状态机的好处：新工程师上手快、MES 系统对接有标准接口、设备状态一目了然。

二、17 个状态总览

Stopped：已停止，等待 Start 命令
Starting：启动中（预热、安全检查）→ 自动进入 Execute
Execute：正常运行产出
Completing：本批次处理完成，收尾动作中
Complete：本批次完成，等待 Reset
Suspending：暂停中（如等料，内部触发）
Suspended：已暂停，等待条件恢复
Unsuspending：从暂停恢复
Holding：保持中（操作员触发，安全停止）
Held：已保持，等待 Unhold
Unholding：从保持恢复
Stopping：有序停止，走安全停止流程
Aborting：紧急中止，立即停所有轴
Aborted：已中止，等待 Clear 复位
Clearing：清除故障，回到 Stopped
Resetting：复位，初始化后回到 Stopped
Idle：空闲，等待 Start（部分设备用此替代 Stopped）

三、Stopping vs Aborting 核心差异

这是 PackML 中最常被误用的两个状态：

Stopping：有序停止。设备走完当前动作周期后安全停下，保留工件在位，可 Reset 后重新 Start。用于：操作员按停止按钮、上一批次处理完毕。
Aborting：立即中止。不管当前运动状态，强制停止所有轴（调用 MC_Stop/MC_Halt），适合紧急情况。需要 Clear 才能退出，且通常需要人工确认。

⚠️ 半导体设备关键点：晶圆在卡盘上时触发 Aborting 会使主轴在任意位置急停，可能导致晶圆碎片。应在 Aborting 逻辑中判断主轴位置，优先让主轴退到安全高度再停止。

四、TwinCAT 3 完整 FB 实现（核心状态）

FUNCTION_BLOCK FB_PackMLStateMachine
VAR_INPUT
    cmdStart  : BOOL;
    cmdStop   : BOOL;
    cmdAbort  : BOOL;
    cmdClear  : BOOL;
    cmdReset  : BOOL;
    bStopDone : BOOL;  // 安全停止序列完成信号
END_VAR
VAR_OUTPUT
    eState     : E_PackMLState;
    bDoExecute : BOOL;  // 运行产出使能
    bDoStop    : BOOL;  // 触发安全停止序列
    bDoAbort   : BOOL;  // 触发紧急中止
END_VAR

CASE eState OF
E_PackMLState.Stopped:
    IF cmdStart THEN
        eState := E_PackMLState.Starting;
    END_IF
    IF cmdAbort THEN eState := E_PackMLState.Aborting; END_IF

E_PackMLState.Starting:
    // 此处添加预热/安全检查逻辑
    eState := E_PackMLState.Execute;

E_PackMLState.Execute:
    bDoExecute := TRUE;
    IF cmdStop  THEN eState := E_PackMLState.Stopping; END_IF
    IF cmdAbort THEN eState := E_PackMLState.Aborting; END_IF

E_PackMLState.Stopping:
    bDoExecute := FALSE;
    bDoStop    := TRUE;  // 触发安全停止序列（让当前周期完成）
    IF bStopDone THEN
        bDoStop := FALSE;
        eState  := E_PackMLState.Stopped;
    END_IF
    IF cmdAbort  THEN eState := E_PackMLState.Aborting; END_IF

E_PackMLState.Aborting:
    bDoExecute := FALSE;
    bDoStop    := FALSE;
    bDoAbort   := TRUE;  // 立即停所有轴，不等周期完成
    eState     := E_PackMLState.Aborted;

E_PackMLState.Aborted:
    bDoAbort := FALSE;
    IF cmdClear THEN eState := E_PackMLState.Clearing; END_IF

E_PackMLState.Clearing:
    // 此处清除故障、复位硬件
    eState := E_PackMLState.Stopped;
END_CASE

完整 PackML FB 源码（含所有 17 状态 + 模式切换 + 报警集成）已上传至 github.com/tc3-engineer。