IEC 1131-3 的編程語言（一）：文本化語言
圖形化編程語言包括：梯形圖（LD－Ladder Diagram）、功能塊圖（FBD － Function Block Diagram）、順序功能圖（SFC － Sequential Function Chart）。文本化編程語言包括：指令表(IL-Instruction List)和結(jié)構(gòu)化文本 (ST-Strutured Text)。IEC 1131-3的編程語言是IEC工作組對(duì)世界范圍的PLC廠家的編程語言合理地吸收、借鑒的基礎(chǔ)上形成的一套針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的國際編程語言標(biāo)準(zhǔn)，它不但適用于PLC系統(tǒng)，而且還適用于更廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域；IEC 1131-3 的編程工具提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的支持，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置的軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很大影響。
本專題將分兩部分介紹IEC 1131-3的編程語言，本文是IEC 1131-3編程語言的第一部分，重點(diǎn)介紹IEC 1131-3的兩種文本化編程語言；第二部分重點(diǎn)介紹IEC 1131-3的兩種三種圖形化編程語言，將在下一篇文章作介紹。
一、結(jié)構(gòu)化文本（ST）
結(jié)構(gòu)化文本（ST）是一種高級(jí)的文本語言，可以用來描述功能，功能塊和程序的行為，還可以在順序功能流程圖中描述步、動(dòng)作和轉(zhuǎn)變的行為。
結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言表面上與PASCAL語言很相似，但它是一個(gè)專門為工業(yè)控制應(yīng)用開發(fā)的編程語言，具有很強(qiáng)的編程能力用于對(duì)變量賦值、回調(diào)功能和功能塊、創(chuàng)建表達(dá)式、編寫條件語句和迭代程序等。結(jié)構(gòu)化文本（ST）非常適合應(yīng)用在有復(fù)雜的算術(shù)計(jì)算的應(yīng)用中。
結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序格式自由，可以在關(guān)鍵詞與標(biāo)識(shí)符之間任何地方插入制表符、換行字符和注釋。對(duì)于熟悉計(jì)算機(jī)高級(jí)語言開發(fā)的人員來說，結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言更是易學(xué)易用。此外，結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言還易讀易理解，特別是當(dāng)用有實(shí)際意義的標(biāo)識(shí)符、批注來注釋時(shí)，更是這樣。
1.1 操作符
結(jié)構(gòu)化文本（ST）定義了一系列操作符用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算，如邏輯運(yùn)算符：AND,&,XOR,OR; 算術(shù)運(yùn)算符：<, >, <=, >=, =, <>, +, -, MOD, / 等，此外，還定義了這些操作符的優(yōu)先級(jí)。如下是操作符預(yù)算的兩個(gè)例子：
Start ：= Oilpress AND Stream AND Pump;
V : = K*(-W*T)
1.2 賦值語句
結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序既支持很簡(jiǎn)單的賦值語句，如 X:=Y, 也支持很復(fù)雜的數(shù)組或結(jié)構(gòu)賦值，如Profile[3]:=10.3+SQRT((Rate+2.0)), Alarm.TimeOn:=RCT1.CDT。
1.3在程序中調(diào)用功能塊
在結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序中可以直接調(diào)用功能塊。功能塊在被調(diào)用以前，輸入?yún)?shù)被分配為缺省值；在調(diào)用后，輸入?yún)?shù)值保留為最后一次調(diào)用的值。功能塊調(diào)用的格式如下：
FunctionBlockInstance(
InputParameter1:=ValueExpression1,
InputParameter2:=ValueExpression2, …);
ValueExpression1……ValueExpressionN是符合功能塊數(shù)據(jù)類型輸入變量，InputParameter1……InputParameterN功能塊的輸入?yún)?shù)。FunctionBlockInstance是要調(diào)用的功能塊。
1.4結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序中的條件語句
條件語句的功能是，某一條件滿足時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的選擇語句。結(jié)構(gòu)化文本（ST）有如下的條件語句：
l IF …THEN…ELSE條件語句
該選擇語句依據(jù)不同的條件分別執(zhí)行相應(yīng)THEN及ELSE語句。該條件語句可以嵌套入另一條件語句中，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的條件語句。條件語句的格式如下：
IF THEN
ELSE
< statements2…>
END_IF;
“boolean expression”可以是“true”或“false”，根據(jù)“true”或“false”的情況，程序執(zhí)行相應(yīng)的statements1或statements2語句。
l CASE 條件語句
該選擇語句的執(zhí)行方向取決于CASE語句的條件, 并有一返回值。實(shí)例見最后的應(yīng)用舉例。該條件語句的格式如下：
CASEOF
< integer selector value1> : < statements1…>
< integer selector value2> : < statements2…>
……
ELSE
< statements …>
END_CASE;
“integer expression”可以是一個(gè)數(shù)值，根據(jù)數(shù)值的不同執(zhí)行相應(yīng)的statements1或statements2等語句。
1.5 結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序中的迭代語句
迭代語句適用于需要一條或多條語句重復(fù)執(zhí)行許多次的情況，迭代語句的執(zhí)行取決于某一變量或條件的狀態(tài)。應(yīng)用迭代語句應(yīng)避免迭代死循環(huán)的情況。
l FOR…DO
該迭代格式語句允許程序依據(jù)某一整型變量迭代。該迭代格式語句格式如下：
FOR
TO
BY DO
END_FOR
“initialize iteraion variable”是迭代開始的計(jì)數(shù)值，“final value expression” 迭代結(jié)束的計(jì)數(shù)值。迭代從“initialize iteraion variable”開始，每迭代一次，計(jì)數(shù)值增加“increment expression”，計(jì)數(shù)值增加到“final value expression”，迭代結(jié)束。
結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序中還有其它的迭代語句，如WHILE … DO，REPEAT … UNTIL等，迭代原理與FOR…DO 格式基本相同。此外，結(jié)構(gòu)化文本（ST）的迭代語句中還有EXIT，RETURN兩種格式，分別用于程序的返回和退出。
1.6 編程舉例：用結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序編功能塊
本程序是一用結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序編功能塊的例子。該實(shí)例描述的是如何用功能塊控制箱體中的流體，箱體可以通過閥門被注滿和倒空，如圖所示，箱體的重量由一個(gè)稱重單元監(jiān)視。功能塊通過比較兩個(gè)輸入值FullWeight和EmptyWeight以確定箱體是滿的還是空的。
該功能塊提供了一個(gè)“Command”輸入，該輸入有四種狀態(tài)，1.給箱體加水；2. 保持不變；3.起動(dòng)“Stirrer”；4. 清空箱體。實(shí)現(xiàn)該功能塊算法的結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序如下：
（*箱體狀態(tài)*）
TYPE_T_STATE: (FULL,NOT_FULL,EMPTIED);END_TYPE;
（*閥門狀態(tài)*）
TYPE_T_VALVE: (OPEN,SHUT);END_TYPE;
FUNCTION_BLOCK TankControl
VAR_IN (**)
Command:SINT;
Weight :REAL;
FullWeight,EmptyWeight : REAL;
END_VAR
VAR_OUT (**)
FillValve :T_VALVE:=SHUT;
EmptyValve :T_VALVE:=SHUT;
StirSpeed ：REAL:=0.0;
END_VAR
VAR
State :=T_STATE :=EMPTYIED;
END_VAR
二、指令表（IL-Instruction List）
IEC 1131-3的指令表（IL-Instruction List）語言是一種低級(jí)語言，與匯編語言很相似，是在借鑒、吸收世界范圍的PLC廠商的指令表語言的基礎(chǔ)上形成的一種標(biāo)準(zhǔn)語言，可以用來描述功能，功能塊和程序的行為，還可以在順序功能流程圖中描動(dòng)作和轉(zhuǎn)變的行為。
指令表語言能用于調(diào)用，如有條件和無條件地調(diào)用功能塊和功能，還能執(zhí)行賦值以及在區(qū)段內(nèi)執(zhí)行有條件或無條件的轉(zhuǎn)移。指令表語言不但簡(jiǎn)單易學(xué)，而且非常容易實(shí)現(xiàn)，可不通過編譯和連編就可以下載到PLC。IEC 1131-3的其它語言如功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本等都可以轉(zhuǎn)換為指令表語言。
2.1指令表語言結(jié)構(gòu)
指令表語言是由一系列指令組成的語言。每條指令在新一行開始，指令由操作符和緊隨其后的操作數(shù)組成，操作數(shù)是指在IEC 1131-3的“公共元素”中定義的變量和常量。有些操作符可帶若干個(gè)操作數(shù)，這時(shí)各個(gè)操作數(shù)用逗號(hào)隔開。指令前可加標(biāo)號(hào)，后面跟冒號(hào)，在操作數(shù)之后可加注釋。
IL是所謂面向累加器（Accu）的語言，即每條指令使用或改變當(dāng)前Accu內(nèi)容。IEC 1131-3將這一Accu標(biāo)記為“結(jié)果”。通常，指令總是以操作數(shù)LD(“裝入Accu命令”)開始。指令表程序如下所示：
2.2 指令表操作符
IEC 1131-3指令表包括四類操作符：一般操作符、比較操作符、跳轉(zhuǎn)操作符和調(diào)用操作符。
2.2.1一般操作符符
指令表一般操作符是指在程序中經(jīng)常會(huì)用到的操作符.
l 裝入指令：LD N等。
l 邏輯指令：AND N( (與指令)、OR N( (或指令)、XOR N（ (異或指令)等。
l 算術(shù)指令：ADD (（加指令）、SUB(（減指令）、MUL ( （乘指令）,DIV(（除指令）、MOD ( （取模指令）等。
2.2.2 比較指令：GT ( （大于）、GE ( （大于等于）、EQ( （等于）、 NE( （不等于）、 LE( （小于等于）、 LT( （小于）等。
2.2.3 跳轉(zhuǎn)及調(diào)用操作符
JMP C,N (跳轉(zhuǎn)操作符)、 CALL C,N （調(diào)用操作符）等。
2.3 在指令表中調(diào)用功能及功能塊
在IEC 1131-3指令表的程序中，可以直接調(diào)用功能塊和功能。指令表的功能塊調(diào)用有
種格式，功能調(diào)用有兩種格式。詳細(xì)的調(diào)用可見IEC 1131-3標(biāo)準(zhǔn)。
2.4 用指令表定義功能及功能塊
指令表可用于定義功能塊和功能。當(dāng)用指令表定義功能時(shí)，功能的返回值是結(jié)果寄存
內(nèi)的最新值；當(dāng)用指令表定義功能塊時(shí)，指令表引用功能塊的輸入?yún)?shù)（VAR_INPUT），并且把值寫到輸出參數(shù)(VAR_OUPUT)。
2.5 指令表與其它語言的移植性
指令表語言轉(zhuǎn)換為其它語言是非常困難的，除非指令表操作符的使用范圍及書寫格式受到嚴(yán)格的限制，才有可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。IEC 1131-3的其它語言較容易轉(zhuǎn)換為指令表。
2.6 IL的編程實(shí)例
本例是一個(gè)用指令表程序定義功能的實(shí)例，功能描述的計(jì)算平面上兩點(diǎn)的移動(dòng)距離。 兩點(diǎn)X,Y的坐標(biāo)如下圖所示。
用結(jié)構(gòu)化文本描述的兩點(diǎn)間距離的計(jì)算公式為：Travel_distance：=SQRT((X1-X2)*(X1-X2)+(Y1-Y2)*(YI-Y2)))。TMax是X,Y兩點(diǎn)見的最大距離，當(dāng)計(jì)算值小于TMax時(shí)，說明計(jì)算正確；當(dāng)計(jì)算值大于TMax時(shí)，說明X,Y兩點(diǎn)間的距離超出了最大距離，在這種情況下，功能是沒有輸出的。
用指令表編寫的該功能的函數(shù)TRAVEL()如下：
FUNCTION TRAVEL : REAL
VAR_INPUT
X1,X2,Y1,Y2 : REAL (*點(diǎn)X,Y坐標(biāo)*)
TMax : REAL (*最大移動(dòng)距離*)
END_VAR
VAR
Temp : REAL; (*中間值*)
END_VAR
LD Y1
SUB Y2 (*計(jì)算Y2-Y1*)
ST Temp (*將Y2-Y1值存入Temp *)
MUL Temp (*計(jì)算（Y2-Y1）的平方*)
ADD( X1
SUB X2 (*計(jì)算(X1-X2)*)
ST Temp (*將(X1-X2)值存入Temp *)
MUL Temp (*計(jì)算(X1-X2)的平方*)
) (*將兩平方值相加*)
CAL SQRT (*調(diào)平方根函數(shù)*)
ST TRAVEL (*設(shè)定計(jì)算結(jié)果*)
GT TMax (*比TMax 大嗎？*)
JMPC ERR (*是，轉(zhuǎn)到ERR 執(zhí)行*)
S ENO (*設(shè)定ENO *)
ERR:
RET (*錯(cuò)誤返回，ENO 不輸出*)
END_FUNCTION
