作为机械工程师，我们时常面临一个尴尬的场景：设备主体结构和机械动作已经设计完毕，只差一个简单的顺序控制逻辑，比如几个气缸的先后动作。为了这点“小事”去排期、沟通电气工程师，不仅影响项目进度，也让我们感觉自身能力存在短板。如今，借助大型语言模型（LLM），我们完全有能力打通这“最后一公里”，提升自己作为项目“全栈工程师”的掌控力。

核心思路：将时序图思维注入 Prompt

机械工程师最擅长的就是时序图（Timing Diagram）。我们脑中清晰地知道哪个气缸先动，哪个后动，传感器信号何时触发。关键在于，如何将这种图形化的逻辑，转化为 AI 能精准理解的文本描述。这本质上是一种“面向 AI 的需求分析”。

一个高质量的 Prompt 应该包含以下几个结构化模块：

  • 1. I/O 定义 (Input/Output Definition): 清晰罗列所有输入和输出点。这是编程的基础，必须准确无误。
    • 输入 (Inputs): 启动按钮、急停按钮、复位按钮、各气缸原位/末位磁性开关。
    • 输出 (Outputs): 控制各气缸伸出/缩回的电磁阀。
  • 2. 动作流程描述 (Step-by-Step Process): 用自然语言，按照时间顺序，一步步描述完整的工艺流程。关键是明确每一步的触发条件和完成标志。
    • 例如：“步骤1：按下‘启动按钮’后，A缸（夹紧气缸）伸出。”
    • “步骤2：当‘A缸伸出到位传感器’信号为 ON 后，B缸（推料气缸）伸出。”
  • 3. 复位与初始状态 (Reset and Initial State): 定义系统启动前或复位后，所有执行机构应处于的默认状态。例如：“系统上电或按下‘复位按钮’后，所有气缸都必须缩回到原位。”
  • 4. 异常处理逻辑 (Exception Handling): 简要说明在非预期情况下系统的行为，例如急停。

从 Prompt 到代码：一个 SCL 实例

假设我们有一个简单的“夹紧-送料”机构。我们来构建一个实际的 Prompt，并让 AI 生成西门子 PLC 常用的 SCL (Structured Text) 代码。

Prompt 示例:

请为西门子 S 7-1200 PLC 编写一段 SCL 语言的顺序控制逻辑。

I/O 定义:

  • 输入:
    • I0.0 “Start_Button” (启动按钮)
    • I0.1 “Reset_Button” (复位按钮)
    • I0.2 “Cylinder_A_Retracted” (A缸原位传感器)
    • I0.3 “Cylinder_A_Extended” (A缸伸出传感器)
    • I0.4 “Cylinder_B_Retracted” (B缸原位传感器)
    • I0.5 “Cylinder_B_Extended” (B缸伸出传感器)
  • 输出:
    • Q0.0 “Cylinder_A_Extend_Valve” (A缸伸出阀)
    • Q0.1 “Cylinder_B_Extend_Valve” (B缸伸出阀)

工艺流程:

  1. 初始状态：A、B 两缸均在原位。
  2. 按下 “Start_Button”，启动流程。
  3. A缸（夹紧缸）伸出。
  4. 确认 “Cylinder_A_Extended” 信号为 ON 后，B缸（送料缸）伸出。
  5. 确认 “Cylinder_B_Extended” 信号为 ON 后，延时 1 秒。
  6. B缸缩回。
  7. 确认 “Cylinder_B_Retracted” 信号为 ON 后，A缸缩回。
  8. 确认 “Cylinder_A_Retracted” 信号为 ON 后，流程结束，等待下一次启动。

复位逻辑:
按下 “Reset_Button” 时，无论在哪一步，都应立即停止当前动作，并将所有气缸缩回到原位。

AI 很可能会生成类似下面这样的基于状态机（State Machine）的 SCL 代码框架：

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// 定义一个整数变量作为步骤号
"Step" : INT := 0;

// 主逻辑程序块
CASE "Step" OF
    0: // 等待启动
        "Cylinder_A_Extend_Valve" := FALSE;
        "Cylinder_B_Extend_Valve" := FALSE;
        IF "Start_Button" AND "Cylinder_A_Retracted" AND "Cylinder_B_Retracted" THEN
            "Step" := 10;
        END_IF;

    10: // A缸伸出
        "Cylinder_A_Extend_Valve" := TRUE;
        IF "Cylinder_A_Extended" THEN
            "Step" := 20;
        END_IF;

    20: // B缸伸出
        "Cylinder_B_Extend_Valve" := TRUE;
        IF "Cylinder_B_Extended" THEN
            // 此处可加入定时器逻辑
            "Step" := 30;
        END_IF;

    // ... 后续步骤类似 ...

    50: // 流程结束，返回待机
        "Step" := 0;

END_CASE;

// 复位逻辑 (独立于CASE之外)
IF "Reset_Button" THEN
    "Step" := 0;
END_IF;

AI 的边界：工程师的责任与校验

AI 生成的代码绝不能直接下载到 PLC 中运行！ 它仅仅是一个高效的草稿和框架。作为工程师，我们的核心价值体现在后续的校验和优化上：

  • 互锁逻辑（Interlock）: AI 可能不会主动添加关键的互锁。例如，在 B 缸缩回的指令中，我们应确保 A 缸伸出的指令依然有效（"Cylinder_A_Extend_Valve" := TRUE;），防止夹具松脱。这是工艺安全的核心，必须人工审查。
  • 安全性（Safety）: 急停逻辑、安全门信号等必须由工程师严格按照安全规范来设计，这超出了 AI 生成常规逻辑的范畴。AI 的代码通常处理的是“正常流程”，而安全逻辑处理的是“所有异常”。
  • 鲁棒性（Robustness）: 传感器可能出现抖动或故障。AI 生成的简单 IF 判断可能不够可靠，我们可能需要加入延时确认或边沿检测逻辑。

总而言之，将 AI 作为辅助编程工具，是机械工程师拓展能力边界、提升项目效率的有效途径。它让我们能快速将机械设计思路转化为控制逻辑原型，从而更高效地与电气工程师协作，甚至独立完成一些小型项目的机电一体化调试，最终成为更具综合竞争力的技术专家。