Grafcet 系統說明

Grafcet 順序功能圖 IEC 60848

Grafcet 是 IEC 60848 標準的順序控制建模方法，用於描述自動化系統中的狀態轉換邏輯。適用於 PLC 程式設計、嵌入式控制流程規劃。

兩種 JSON 格式

drawmiat 接受兩種輸入：

Canonical（嚴格）：頂層物件 {Steps, Gates, Edges}，每個元素角色明確分離。渲染器的正式輸入格式，validator 也以這份結構做合規檢查與輸出。
Legacy（傳統）：扁平陣列 [{StepNumber, LinkOutputType, LinkOutputNumber, Condition, ...}]。validator 會自動 canonicalize 成嚴格格式後再送進渲染管線。

新作品建議直接用 canonical 格式輸出，可確保 transition、gate、port、edge 與條件關係都被明確表達；legacy 格式仍可用於既有資料，但部分語意（如 gate port 對應、edge id、bypass topology）會在 canonicalize 階段被推導。

Canonical 格式：頂層結構

{
  "Steps":  [ ... ],   // 步驟 (穩定狀態) 列表
  "Gates":  [ ... ],   // 條件 transition / 分匯合閘列表
  "Edges":  [ ... ]    // 步驟 ↔ gate 之間的有向連線
}

Steps

欄位	類型	說明
`StepNumber`	整數	步驟唯一 ID
`StepType`	字串	`initial` \| `normal` \| `sub_grafcet`
`StepAction`	字串	步驟啟動時執行的動作描述
`ModuleRef`	字串（選填）	對應的 IDEF0 活動 ID（如 `A1`），用於跨圖追蹤
`SubGrafcet`	陣列（選填）	巢狀子圖（macro step）

Gates

欄位	類型	說明
`GateNumber`	整數	Gate 序號（用於 stable id）
`GateId`	字串	如 `G1`，作為 Edge endpoint 的命名根
`GateType`	字串	`divergence_or` / `divergence_and` / `convergence_or` / `convergence_and`
`Owner`	物件	`{Kind: "source"\|"target", StepNumber: N}` — diverge 由 source step 持有，converge 由 target step 持有
`Inputs`	陣列	每個 input port 一筆 `{Port: "I1", From: "S1O1"}`，From 是 step 或上游 gate 的 output endpoint
`Outputs`	陣列	每個 output port 一筆 `{Port: "O1", To: "S2I1", Condition: "..."}`，Condition 是該分支的布林觸發條件

Edges

欄位	類型	說明
`EdgeId`	字串	由 endpoint pair 組成，如 `S1O1G1I1`、`G1O2S3I1`
`From`	字串	來源 endpoint：step output（`S{n}O{k}`）或 gate output（`G{n}O{k}`）
`To`	字串	目的 endpoint：step input（`S{n}I{k}`）或 gate input（`G{n}I{k}`）
`Condition`	字串（選填）	當 edge 直接承載條件時（無 gate 介入的 step→step transition）

連結類型（GateType / Legacy LinkOutputType）

類型	語義	用途
`track`	單一順序段（僅 legacy）	直線流程，無 gate
`divergence_or`	條件分支（多擇一）	If-Else 邏輯
`convergence_or`	條件匯合	分支合流
`divergence_and`	並行分叉	同時啟動多個流程
`convergence_and`	同步匯合	等待所有並行流程完成

Canonical 範例

{
  "Steps": [
    {"StepNumber": 0, "StepType": "initial", "StepAction": "待機",       "ModuleRef": "A1"},
    {"StepNumber": 1, "StepType": "normal",  "StepAction": "啟動馬達",   "ModuleRef": "A1"},
    {"StepNumber": 2, "StepType": "normal",  "StepAction": "監測異常",   "ModuleRef": "A1"},
    {"StepNumber": 3, "StepType": "normal",  "StepAction": "停止馬達",   "ModuleRef": "A1"}
  ],
  "Gates": [
    {
      "GateNumber": 1, "GateId": "G1", "GateType": "divergence_or",
      "Owner":  {"Kind": "source", "StepNumber": 1},
      "Inputs": [{"Port": "I1", "From": "S1O1"}],
      "Outputs": [
        {"Port": "O1", "To": "S2I1", "Condition": "timer_done"},
        {"Port": "O2", "To": "S3I1", "Condition": "fault_detected"}
      ]
    }
  ],
  "Edges": [
    {"EdgeId": "S0O1S1I1", "From": "S0O1", "To": "S1I1", "Condition": "start_button"},
    {"EdgeId": "S1O1G1I1", "From": "S1O1", "To": "G1I1"},
    {"EdgeId": "G1O1S2I1", "From": "G1O1", "To": "S2I1", "Condition": "timer_done"},
    {"EdgeId": "G1O2S3I1", "From": "G1O2", "To": "S3I1", "Condition": "fault_detected"},
    {"EdgeId": "S2O1S0I1", "From": "S2O1", "To": "S0I1", "Condition": "reset"},
    {"EdgeId": "S3O1S0I1", "From": "S3O1", "To": "S0I1", "Condition": "ack"}
  ]
}

Legacy 格式（為相容性保留）

每個元素是一個 Step 物件，內含本身與所有後繼 transition 的描述。validator 會以以下規則 canonicalize：

LinkOutputType 不是 track 時 → 產生一個對應的 divergence_* Gate，Owner.Kind="source"，owner 為當前 step。
多個 step 指向同一個 target 且 LinkInputType 非空 → 產生 convergence_* Gate，Owner.Kind="target"。
每個顯式 transition 都會推導出對應的 Edge（含 EdgeId），condition 從 Condition 陣列對應到 gate output。

[
  {"StepNumber": 0, "StepType": "initial", "StepAction": "待機",
   "LinkOutputType": "track",         "LinkInputNumber": [2,3], "LinkOutputNumber": [1],   "Condition": ["start_button"]},
  {"StepNumber": 1, "StepType": "normal",  "StepAction": "啟動馬達",
   "LinkOutputType": "divergence_or", "LinkInputNumber": [0],   "LinkOutputNumber": [2,3], "Condition": ["timer_done","fault_detected"]},
  {"StepNumber": 2, "StepType": "normal",  "StepAction": "監測異常",
   "LinkOutputType": "track",         "LinkInputNumber": [1],   "LinkOutputNumber": [0],   "Condition": ["reset"]},
  {"StepNumber": 3, "StepType": "normal",  "StepAction": "停止馬達",
   "LinkOutputType": "track",         "LinkInputNumber": [1],   "LinkOutputNumber": [0],   "Condition": ["ack"]}
]

IEC 60848 演化規則

嚴格交替：步驟和 transition 必須嚴格交替；step 不能直接連到 step（須經 Edge 上的 condition 或 Gate）
最小模型：至少 2 個步驟 + 1 個 transition。每個獨立圖恰好 1 個 initial 步驟
步驟語義：每個步驟代表穩定行為，動作僅在步驟啟動時執行
轉換語義：每個 transition 必須有明確的可評估布林條件（在 Edge 或 Gate output 上）
轉換觸發：所有前置步驟必須啟動 AND 條件為 True
同步演化：觸發時同時停用所有前置步驟、啟動所有後繼步驟
啟動優先：若步驟同時被啟動和停用，啟動優先

Endpoint 命名規則

S{n}O{k} — 第 n 號 step 的第 k 個 output port（k 從 1 起算）
S{n}I{k} — 第 n 號 step 的第 k 個 input port
G{n}O{k} — gate G{n} 的第 k 個 output port
G{n}I{k} — gate G{n} 的第 k 個 input port
EdgeId = From + To 直接串接，例如 S1O1G1I1、G1O2S3I1

IDEF0 追蹤性

每個步驟的 ModuleRef 對應到 IDEF0 層級中存在的活動 ID，確保功能分解（IDEF0）與行為建模（Grafcet）之間的雙向可追蹤性。

ModuleRef: "A1" → 這個步驟屬於 IDEF0 中 A1 活動的控制邏輯
若 IDEF0 中有 A1 → A11, A12 的分解，Grafcet 可以用 ModuleRef: "A11" 來對應子活動

常見錯誤

多分支 gate 的 output port 缺少 Condition
需要同步的地方使用了 _or（應用 _and）
Edge endpoint 名稱錯誤（port 索引從 1 起算，不要用 0）
迴圈斷裂，無法回到穩定狀態
跨巢狀圖重用步驟 ID
缺少 ModuleRef 或對應到不存在的 IDEF0 模組

PPTX 匯出與 PowerPoint 增益集

Grafcet SVG 之外，drawmiat 同時匯出 可編輯 PPTX（每個 step / gate / route / label 都是 PowerPoint 原生 shape，可在 PPT 內直接調整）。Condition 標籤的放置由兩段管線負責：

Python L6（webapp/pptx_l6/）：在 EMU 座標系算 snap target、natural / flipped 候選位置、wrap 寬度，並把每個 stub label 標上 shape Name MiatL6Stub|<stub_x>|<stub_y>|...|<snap_x>|<snap_y>|<side>。
VBA 增益集（miat_function.ppam）：在使用者 PowerPoint 內負責 runtime tier escalation —— Tier 1 snap、Tier 1.5 flipped single-line、Tier 2 雙側 wrap、Tier 3 remote + S-curve leader、Tier 4 clamp。長文字（> 30 char）自動強制 wrap。

安裝增益集

下載 PPTX 增益集（zip 包，約 138 KB）
解壓出 miat_installer.cmd，雙擊執行
等候出現「Installation complete」訊息
重開 PowerPoint —— 上方應出現「Grafcet」分頁

分頁上的「一鍵 Refit + 統一字級」會把當前 deck 所有 Miat 標籤重新跑一次排版（refit text → normalize font → layout stub labels）。也可在「更多動作」下拉中個別觸發各步驟。

注意事項

第一次下載後 Windows SmartScreen 可能會跳「來源不明」警告：右鍵 → 內容 → 解除封鎖 → 確定後再執行
裝完之後若 PPT 重啟時 Grafcet 分頁不見，到檔案 → 選項 → 增益集 → 管理「PowerPoint 增益集」→ 執行 → 把 miat_function 勾起來。這是 Office 對「檔案有更新」的安全機制，勾一次即可
升級新版：重新下載 zip → 解壓 → 雙擊 cmd 即可覆蓋安裝

drawmiat