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在智慧煎药中心场景中，文武火分段煎煮是中药工艺的核心。文火慢煎、武火沸腾，不同处方需要切换不同加热功率、保沸时长，还要支持先煎、后下特殊工序。本文从工程落地角度，讲解基于S7‑1200 PLC + C# WPF上位机整套方案，包含PLC控制逻辑、上位机交互、现场调试遇到的实际问题。

一、整体系统架构

• PLC（S7‑1200）：负责硬实时控制，状态机流转、PID温控、文武火切换、安全联锁、断点续煎。即使上位机关闭，PLC可独立完成当前批次煎煮。
• WPF上位机：处方工单管理、工艺参数下发、实时曲线展示、批次数据存储、操作权限与审计追踪。
• 现场外设：加热管、固态继电器实现功率档位切换；温度、液位传感器采集锅内工况；投料、挤压、排渣机构完成完整工序。

二、文武火分段煎煮工艺逻辑

一套完整煎煮工序：浸泡 → 武火升温至沸腾 → 武火保沸 → 文火慢煎 → （可选先煎/后下等待投料）→ 挤压出液 → 排渣清洗。

工艺关键点：不是简单固定温度设定值，沸腾以后依靠维持沸腾状态而不是死死锁死某一个摄氏度；海拔不同沸点会变化，不能写死温度阈值。

三、S7‑1200 PLC端核心实现

3.1 采用分层状态机设计

主状态枚举：待机、浸泡、武火升温、武火保沸、文火煎煮、后下等待、挤压出液、排渣清洗、故障暂停。
每个主状态内部包含子步，遵循：入口动作、周期扫描逻辑、出口跳转条件三段式。
DB块开启非优化块访问，方便上位机读写；关键状态、子步、定时器剩余时间开启掉电保持，实现断电断点续煎。

3.2 文武火PID分段控温逻辑

S7‑1200使用FB41 CONT_C功能块做PID调节，不同煎煮阶段使用不同PID参数集。

1. 武火阶段：比例P放大，加快升温速度，允许较大输出占空比；
2. 文火阶段：降低P，增加积分I限制，避免剧烈沸腾溢锅；
3. 沸腾判定：温度到达接近沸点，结合温度上升速率综合判断，而不是单纯判断等于100℃。

功率输出做档位限制：武火允许0‑100%输出；文火强制限制最大输出上限，防止出现剧烈沸腾。

伪逻辑示意：

CASE 主状态 OF 浸泡: 加热输出:=0; IF浸泡计时到 THEN 切换至武火升温; 武火升温: PID参数集:=武火参数; PID运算输出到加热占空比; IF检测到沸腾 THEN 切换武火保沸; 武火保沸: PID参数集:=武火保沸参数; 限制最大输出100%; IF保沸计时完成 THEN 切换文火煎煮; 文火煎煮: PID参数集:=文火参数; 强制限制最大输出功率上限; IF文火计时完成 THEN 判断是否需要后下； END_CASE

3.3 安全联锁（PLC内部硬保护，不受上位机控制）

• 液位过低，直接切断加热输出，触发干烧告警；
• 温度超过上限阈值，强制停止加热；
• 舱门打开禁止进入加热工序；
• 故障发生，保存当前状态与计时，进入暂停状态，可恢复继续执行，不直接复位。

四、WPF上位机实现要点

4.1 通信层

C#通过S7协议和S7‑1200交互：

1. 读取DB块：当前锅位状态、子步、实时温度、压力、告警码、剩余时间；
2. 下发工单：处方编号、浸泡时长、武火时间、文火时间、是否开启先煎/后下标志；
3. 下发操作指令：启动批次、暂停、恢复、复位。

注意：上位机只下发参数与指令，不能接管PLC流程驱动。网络抖动、上位机崩溃，PLC依旧独立运行当前煎煮流程。

4.2 业务功能模块

1. 处方工艺配置
   可以预设常用处方模板，也支持单处方自定义文武火时长；标记是否先煎、后下。参数下发前做参数范围校验，防止非法数值写入PLC。

2. 实时监控与曲线
   WPF图表展示温度、加热输出占空比实时曲线，直观观察武火升温、文武火切换过程；每个锅位状态可视化展示。

3. 后下工序人机交互
   PLC运行到“后下等待”状态，上传状态标记，上位机弹出弹窗提醒操作人员投入后下药材；操作人员确认之后，上位机下发确认信号，PLC继续往下执行煎煮流程。

4. 批次归档与审计日志
   每一次批次完整保存：处方信息、文武火各阶段时间、完整温度时序曲线、操作人员、告警记录；人工暂停、修改参数全部写入审计日志，满足煎药室管理规范。

五、现场调试高频踩坑

1. PID震荡，武火阶段冲温严重

现象：温度超调，出现大量溢锅风险。
解决：武火升温阶段到达沸点前提前降低PID输出；区分升温阶段和保沸阶段两套PID参数，不要全局同一套参数。

2. 不同海拔，沸点不等于100℃

现象：平原设备现场正常，高原现场永远判定不到沸腾。
解决：沸腾逻辑增加温度上升速率判断，支持现场校准沸腾阈值，不要硬编码100℃。

3. 断电重启，煎煮从头开始

现象：中途断电，上电后全部计时清零。
解决：PLC DB块开启掉电保持；主状态、子步、定时器剩余时间全部保持，上电恢复后从断点继续执行文武火流程。

4. 上位机断连，煎煮流程失控
   解决：所有时序逻辑放在PLC；上位机仅仅做监控与指令下发；禁止把计时、状态判断写在上位机软件中。

5. 文武火切换时刻沸腾剧烈波动
   解决：切换阶段增加输出平滑过渡，不要瞬间满功率或者直接归零。

六、整体流程闭环总结

处方在上位机录入 → 文武火等工艺参数下发S7‑1200 → PLC状态机驱动浸泡‑武火‑文火完整流程 → 遇到后下等工序向上位机推送交互提醒 → 煎煮完成执行挤压排渣清洗 → 上位机采集完整曲线、告警、操作人员信息归档保存。

S7‑1200负责可靠的工业级时序与安全，WPF上位机承担业务、人机交互与追溯，二者职责严格分离，是中药煎煮工控稳定落地的核心。