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工作組對世界范圍的PLC廠家的編程語言合理地吸收、借鑒的基礎上形成的一套針對工業(yè)控制系統(tǒng)的國際編程語言標準，它不但適用于PLC系統(tǒng)，而且還適用于更廣泛的工業(yè)控制領域；IEC 1131-3 的編程工具提供對現(xiàn)場總線系統(tǒng)的支持，并對現(xiàn)場總線裝置的軟件設計產(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，重點介紹IEC 1131-3的兩種文本化編程語言；第二部分重點介紹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，但它是一個專門為工業(yè)控制應用開發(fā)的編程語言，具有很強的編程能力用于對變量賦值、回調(diào)功能和功能塊、創(chuàng)建表達式、編寫條件語句和迭代程序等。結(jié)構(gòu)化文本（ST）非常適合應用在有復雜的算術計算的應用中。 　　結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序格式自由，可以在關鍵詞與標識符之間任何地方插入制表符、換行字符和注釋。對于熟悉計算機高級語言開發(fā)的人員來說，結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言更是易學易用。此外，結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言還易讀易理解，特別是當用有實際意義的標識符、批注來注釋時，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現(xiàn)算術和邏輯運算，如邏輯運算符：AND,&,XOR,OR; 算術運算符：<, >, <=, >=, =, <>, +, -, MOD, / 等，此外，還定義了這些操作符的優(yōu)先級。如下是操作符預算的兩個例子： 　　Start ：= Oilpress AND Stream AND Pump; 　　V : = K*(-W*T) 　　1.2 賦值語句 　　 結(jié)構(gòu)化文本（ST）程序既支持很簡單的賦值語句，如 X:=Y, 也支持很復雜的數(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，某一條件滿足時執(zhí)行相應的選擇語句。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THEN及ELSE語句。該條件語句可以嵌套入另一條件語句中，以實現(xiàn)更復雜的條件語句。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。實例見最后的應用舉例。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”可以是一個數(shù)值，根據(jù)數(shù)值的不同執(zhí)行相應的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)。應用迭代語句應避免迭代死循環(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”是迭代開始的計數(shù)值，“final value expression” 迭代結(jié)束的計數(shù)值。迭代從“initialize iteraion variable”開始，每迭代一次，計數(shù)值增加“increment expression”，計數(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，箱體的重量由一個稱重單元監(jiān)視。功能塊通過比較兩個輸入值FullWeight和EmptyWeight以確定箱體是滿的還是空的。 　　 　　該功能塊提供了一個“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“Stirrer”；4. 清空箱體。實現(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上形成的一種標準語言，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。指令表語言不但簡單易學，而且非常容易實現(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操作數(shù)，這時各個操作數(shù)用逗號隔開。指令前可加標號，后面跟冒號，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前Accu內(nèi)容。IEC 1131-3將這一Accu標記為“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。詳細的調(diào)用可見IEC 1131-3標準。 　　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。當用指令表定義功能時，功能的返回值是結(jié)果寄存 　　內(nèi)的最新值；當用指令表定義功能塊時，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格的限制，才有可能實現(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的編程實例 　　本例是一個用指令表程序定義功能的實例，功能描述的計算平面上兩點的移動距離。 兩點X,Y的坐標如下圖所示。 　　 　　用結(jié)構(gòu)化文本描述的兩點間距離的計算公式為：Travel_distance：=SQRT((X1-X2)*(X1-X2)+(Y1-Y2)*(YI-Y2)))。TMax是X,Y兩點見的最大距離，當計算值小于TMax時，說明計算正確；當計算值大于TMax時，說明X,Y兩點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X,Y坐標*) 　　 TMax : REAL (*最大移動距離*) 　　 END_VAR 　　VAR 　　 Temp : REAL; (*中間值*) 　　 END_VAR 　　 LD Y1 　　 SUB Y2 (*計算Y2-Y1*) 　　 ST Temp (*將Y2-Y1值存入Temp *) 　　 MUL Temp (*計算（Y2-Y1）的平方*) 　　 ADD( X1 　　 SUB X2 (*計算(X1-X2)*) 　　 ST Temp (*將(X1-X2)值存入Temp *) 　　 MUL Temp (*計算(X1-X2)的平方*) 　　 ) (*將兩平方值相加*) 　　 CAL SQRT (*調(diào)平方根函數(shù)*) 　　 ST TRAVEL (*設定計算結(jié)果*) 　　 GT TMax (*比TMax 大嗎？*) 　　 JMPC ERR (*是，轉(zhuǎn)到ERR 執(zhí)行*) 　　 S ENO (*設定ENO *) 　　ERR: 　　 RET (*錯誤返回，ENO 不輸出*) 　　END_FUNCTION