1131-3國際標準得到了包括有美國AB公司、德國西門子公司等世界知名大公司在內的眾多廠家的共同推動和支持，它極大地改進了工業控制系統的編程軟件質量及提高了軟件開發效率；它定義的一系列圖形化語言和文本語言，不僅對系統集成商和系統工程師的編程帶來很大的方便，而且對最終用戶同樣會帶來很大的方便；它在技術上的實現是高水平的，有足夠的發展空間和變動余地，使得能很好地適應于下一個世紀。IEC 1131-3標準最初主要用于可編程序控制器（PLCs）的編程系統，但它目前同樣也適用于過程控制領域、分散型控制系統、基于控制系統的軟邏輯、SCADA等。1131-3國際標準正在受到越來越多的國外公司、廠商的重視和采用，1131-3國際標準因其具有的諸多優點，也正在受到越來越多的國內公司、廠商的重視和采用。

　　IEC 1131國際標準包括8部分：Part 1: 綜述；Part 2: 硬件；Part 3: 可編程語言；Part 4: 用戶導則；Part 5: 通信；Part 6:現場總線通信；Part 7:模糊控制編程；Part 8:編程語言的實施方針。IEC 1131-3是IEC 1131中最重要、最具代表性的部分。IEC 1131-3國際標準將是下一代PLC的基礎。IEC 1131-5是IEC 1131的通信部分，通過IEC 1131-5，可實現可編程序控制器與其它工業控制系統，如機器人，數控系統，現場總線等的通信。

　　一、采用IEC 1131-3國際標準的必要性

　　1． 對系統“開放性”的要求

　　成熟的工業控制市場已經開始對“開放性系統”產品提出了越來越多的要求，IEC

　　1131-3國際標準正是適應了這種要求。

　　2． 傳統PLC梯形圖編程的缺點

　　l 不同PLC產品的梯形圖符號和編程變化很大。

　　l 有限的數據封裝能力，很難將一個復雜的程序分解為數個簡單的程序部分:現在的梯形圖編程，一個程序塊的內部數據還缺乏對外部隱藏其數據的封裝能力，因而，一個大的程序要想分解為幾個簡單的小程序，并且各個小程序之間具有的清晰的接口是很困難的。

　　l 有限的程序可重用性：程序可重用性是現在編程的一個發展趨勢，傳統的PLC不能通過重復調用相同的邏輯策略和算法，實現程序重復使用。

　　l 不支持數據結構：在許多復雜的應用中，程序需要把一些數據組織成象高級語言PASCAL 、C中的數據結構那樣的數據類型，而目前的梯形圖程序還不支持數據結構。

　　l 支持有限的對順序操作功能編程：傳統的PLC梯形圖編程對順序操作的處理方法是，為每一個順序狀態提供一個狀態位，這種對順序操作的處理能力是很有限的。

　　l 程序執行的局限性：PLC程序是順序執行的，執行一次程序的時間取決于程序的長短和復雜性，對很大和很復雜的程序，執行一次程序的時間就較長，這對有些對時間有苛刻要求的應用，是有很大的局限性的。

　　l 執行算術操作的局限性：傳統的PLC梯形圖程序對算術操作處理是很困難的。

　　3． 采用IEC 1131-3國際標準的優點

　　因采用一致的IEC 1131-3國際標準編程，各個PLC廠家的編程系統都是統一的，因而，對用戶來說具有如下優點：

　　l 減少了人力資源，如培訓、調試、維護和咨詢的浪費

　　l 高水平軟件再使用性，它聚焦于解決控制中的問題

　　l 減少了編程中的誤解和錯誤

　　l 適用于寬環境范圍的編程技術：通用的工業控制

　　l 連接來自不同程序、項目、公司、地區或國家的部件

　　IEC 1131-3軟件：一種先進的工業控制編程系統 .

　　IEC 1131-3是第一個為工業控制系統提供標準化編程語言的國際標準，該標準針對工業控制系統所闡述的的軟件設計概念、模型等適應了當今世界軟件、工業控制系統的發展方向，是一種非常先進的設計技術，它不但極大地推動了工業控制系統的軟件設計的進步，而且它的許多概念還對現場總線設備的軟件設計產生了很大影響。符合IEC 1131-3的軟件系統是一個結構完美、可重復使用、可維護的工業控制系統軟件，不但能被應用在PLC（可編程控制器），而且還能被應用在控制工業及制造過程的一切軟件中，是一種先進的工業控制編程系統。 IEC 1131-3標準包括兩部分：編程和公共元素。編程部分描述了兩個重要模型：IEC 軟件模型和通訊模型。公共元素定義了編程系統中需要的的數據類型。

　  一、 IEC 1131-3的兩個重要模型 IEC 1131-3標準有兩個模型：IEC 軟件模型和通訊模型。這兩個模型構成了實現符合IEC 1131-3國際標準的編程系統的概念基礎，它們不但是IEC 1131-3編程系統區別于傳統的PLC編程系統的重要標志，而且也是IEC 1131-3編程系統優越于傳統的PLC編程系統的原因所在。IEC 軟件模型從理論上描述了如何將一個復雜的程序分解為若干個小的不同的可管理部分，并且在各個被分解部分之間有清晰的和規范的接口的方法；描述了一臺PLC如何實現多個獨立程序的同時裝載、運行；描述了系統如何實現對程序執行的完全控制等。通訊模型同樣從理論上描述了不同程序組織單元（POU – Program Organization Units）之間如何交換信息的方法。程序組織單元包括程序，功能塊和功能。為了更好地描述IEC 軟件模型，我們先通過一個實際的應用系統來描述IEC 1131-3軟件與實際系統的關系，然后再進一步說明1131-3軟件模型。

二、IEC 1131-3軟件與實際系統的關系如圖1為一采用PLC的直接數字控制系統。來自物理傳感器的連續信號被轉換為數字采樣信號后，PLC控制系統就可以運行諸如比例，積分，微分（PID）等算法產生控制信號輸出，最終實現對裝置位置的控制。在圖1中，IEC 1131-3軟件假設，來自傳感器或變送器 圖一應用PLC系統的直接數字控制系統的外部數值被直接放在一段特定的內存區，同時，程序運行后產生的結果也被放在一段特定的內存區，更新這些內存區數值，即實現了對執行器或顯示器的驅動。到PLC的I/O裝置的內存映射并沒有定義在標準中，它會隨著不同的PLC廠商有很大的不同。三、IEC 軟件模型 IEC 1131-3軟件模型如圖二所示。該軟件模型是一種分層結構，每一層隱藏了其下層的許多特征。IEC 1131-3具有的這種分層結構，構成了IEC 1131-3軟件優越于傳統的PLC軟件的理論基礎，是IEC 1131-3軟件先進性的體現。下面我們先描述軟件模型的各個部分的概念，同時分析、總結IEC 1131-3編程系統所具有的優點。

　　 1. 配置、資源、程序和任務在模型的最上層是軟件“配置”，它等同于一個PLC軟件，使用在一個具體應用的定義PLC行為的整個軟件中，它與配置系統的實際過程是不同的。如在一個復雜的由多臺PLC組成的自動化生產線中，每臺PLC中的軟件就是一個獨立的“配置”。一個“配置”可與其它的IEC“配置”通過定義的接口進行通訊。在每一個配置中，有一個或多個“資源”，“資源”不僅為運行程序提供了一個支持系統，而且它反映了PLC的物理結構，在程序和PLC物理I/O通道之間提供了一個接口。一個IEC程序只有在裝入“資源”后才能執行。“資源”通常放在PLC內，但也可以放在其它系統內。一個IEC程序可以用不同的IEC編程語言來編寫。典型的IEC程序由許多互連的功能塊組成，各功能塊之間可互相交換數據。一個程序可以讀寫I/O變量，并且能夠與其它的程序通訊。一個程序中的不同部分的執行通過“任務”來控制。 “任務”被配置以后，可以控制一系列程序和/或功能塊周期性地執行程序或由一個的特定的事件觸發開始執行程序。IEC程序或功能塊通常保持完全的待用狀態，只有當是由一個特定的被配置的任務來周期性地執行或由一個特定的變量狀態改變來觸發執行的情況，IEC程序或功能塊才會執行。

　　 2． 功能塊和功能功能塊概念是IEC 1131-3標準編程系統的一個重要的特征。任何功能塊可以用其它的更小的更易管理的功能塊來編程，這樣就可以由許多的功能塊創建一個有層次的結構合理的程序。IEC 1131-3還允許程序設計人員利用現有的功能塊和其它的軟件元件生成新的功能塊。 圖二：IEC軟件模型功能也是IEC 1131-3標準中的一個重要概念，但在軟件模型中未表現出來，它常常使人們與功能塊混淆。功能是一些在程序執行過程中的軟件元件，這些軟件元件對一系列特定的輸入值會產生相應的輸出結果，如算術功能COS(),SIN()等。IEC 1131-3標準中有大量的用于處理不同數據類型的功能。

　　 3．變量和存取路徑在配置、系統資源、程序、功能或功能塊內，可以聲明和使用局部變量、全局變量、直接變量。局部變量是僅僅能在配置、資源、程序、功能或功能塊內聲明和存取的變量；全局變量在一個程序（或配置）內聲明，它能被程序（配置）內的所有軟件元件存取；直接變量是PLC程序的內存區直接用地址變量來表示的變量。存取路徑提供了在不同的配置之間交換數據和信息的設備。每一配置內的變量可被其它遠程配置存取。配置之間存取數據和信息可采用基于以太網的網絡，現場總線或通過底板總線交換數據。

　　4、軟件模型到實際系統的映射 IEC 軟件模型到實際系統的映射，針對不同的系統有如下的不同的映射關系： 1．具有一個主處理器的小型系統：小型系統的模型典型地退化為一個配置、一個資源和一條程序。 2．具有多處理器的較復雜系統：整個PLC被看作一個配置，每個處理器用一個資源描述，一個資源支持一條或多條程序。 3． 對于分散PLC 系統：分散PLC 系統將包含多個配置，一個配置對應多個處理器，每個處理器用一個資源描述，一個資源支持一條或多條程序。 IEC 軟件模型可以充分地適應于從簡單到較復雜PLC系統，甚至是非常復雜的PLC系統，這就大大地擴展了傳統PLC的應用范圍和領域。

　　五、 IEC 軟件模型的優點 IEC 軟件模型具有如下優點： 1．在一臺PLC中同時裝載、啟動和執行多個獨立的程序：IEC 1131-3標準允許一個“配置”內有多個“資源”，每個“資源”能夠支持多個程序，這使得在一臺PLC中可以同時裝載、啟動和執行多個獨立的程序，而傳統的PLC程序只能同時運行一個程序。 2．實現對程序執行的完全控制能力：IEC1131-3標準的這種“任務”機制，保證了PLC系統對程序執行的完全控制能力。傳統PLC程序只能順序掃描、執行程序，對某一段程序不能按用戶的實際要求定時執行，而IEC 1131-3 程序允許程序的不同部分在不同的時間、以不同的比率并行執行，這大大地擴大了PLC的應用范圍。 3．IEC軟件模型能夠適應很廣范圍的不同的PLC結構：IEC軟件模型是一個國際標準的軟件模型，它不是針對具體的PLC系統，而是具有很強的適用性。 4. IEC軟件模型既能適合小型的PLC系統，也可適合較大的分散系統。 5. IEC軟件支持程序組織單元的重用特性：軟件的重用性是IEC軟件的重要優點。 6. IEC軟件支持分層設計:一個復雜的IEC軟件通常可以通過一層層的分解，最終分解為可管理的程序單元。

　　六、通訊模型根據不同的通訊要求，IEC 1131標準規定了以下四種通訊模型： 1．內部通訊：在程序、功能塊和功能內部之間可以互相連接以形成一個網絡，數據信息可以通過這個內部的網絡進行通訊。 2．局變量通訊：全局變量可以被用來在功能塊與其它的程序組織單元之間交換數據信息。 3． 外部變量通訊：IEC 1131的第五部分定義了一個通訊功能塊家族來通過一個網絡來交換數據。 4．使用存取路徑通訊：存取變量提供了一種方法用于從遠程設備存取特定的變量。丁一在IEC 1131的第五部分的通訊功能塊還能讀寫遠程配置中的ACCESS變量。 IEC 1131標準規定的這四種通訊模型，使得不但在IEC編程系統內部的通訊靈活、便捷，而且還有效地支持了IEC編程系統的功能擴展對通訊提出的要求，使得新一代編程系統可以更有效地適應未來對網絡、現場總線、遠程通訊等新技術發展的要求。七、公共元素公共元素描述了IEC 1131-3五種編程語言、IEC 軟件模型及通訊模型中需用到的全部公共編程元素的變量和數據類型，給出了如何命名這些軟件元素、聲明變量、變量及數據類型的初始化等規則，是實現IEC 1131-3編程系統不可缺少的有機組成部分。八、結論 IEC 1131-3軟件是一個功能強大、設計思想和技術先進并能很好地適應未來發展的編程系統。

　　IEC 1131-3 的編程語言（一）：文本化語言 IEC 1131-3國際標準的編程語言包括圖形化編程語言和文本化編程語言。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)和結構化文本 (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控制系統的國際編程語言標準，它不但適用于PLC系統，而且還適用于更廣泛的工業控制領域；IEC 1131-3 的編程工具提供對現場總線系統的支持，并對現場總線裝置的軟件設計產生了很大影響。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、結構化文本（ST）結構化文本（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、動作和轉變的行為。結構化文本（ST）語言表面上與PASCAL語言很相似，但它是一個專門為工業控制應用開發的編程語言，具有很強的編程能力用于對變量賦值、回調功能和功能塊、創建表達式、編寫條件語句和迭代程序等。結構化文本（ST）非常適合應用在有復雜的算術計算的應用中。結構化文本（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的人員來說，結構化文本（ST）語言更是易學易用。此外，結構化文本（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 操作符結構化文本（ST）定義了一系列操作符用于實現算術和邏輯運算，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 結構化文本（ST）程序既支持很簡單的賦值語句，如 X:=Y, 也支持很復雜的數組或結構賦值，如Profile[3]:=10.3+SQRT((Rate+2.0)), Alarm.TimeOn:=RCT1.CDT。

　　1.3在程序中調用功能塊在結構化文本（ST）程序中可以直接調用功能塊。功能塊在被調用以前，輸入參數被分配為缺省值；在調用后，輸入參數值保留為最后一次調用的值。功能塊調用的格式如下： FunctionBlockInstance( InputParameter1:=ValueExpression1, InputParameter2:=ValueExpression2, …); ValueExpression1……ValueExpressionN是符合功能塊數據類型輸入變量，InputParameter1……InputParameterN功能塊的輸入參數。FunctionBlockInstance是要調用的功能塊。

　　1.4結構化文本（ST）程序中的條件語句條件語句的功能是，某一條件滿足時執行相應的選擇語句。結構化文本（ST）有如下的條件語句： l IF …THEN…ELSE條件語句該選擇語句依據不同的條件分別執行相應THEN及ELSE語句。該條件語句可以嵌套入另一條件語句中，以實現更復雜的條件語句。條件語句的格式如下： IF<boolean expression_r> THEN <statements1…> ELSE < statements2…> END_IF; “boolean expression_r”可以是“true”或“false”，根據“true”或“false”的情況，程序執行相應的statements1或statements2語句。 l CASE 條件語句該選擇語句的執行方向取決于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： CASE<integer expression_r >OF < integer selector value1> : < statements1…> < integer selector value2> : < statements2…> …… ELSE < statements …> END_CASE; “integer expression_r”可以是一個數值，根據數值的不同執行相應的statements1或statements2等語句。

　　1.5 結構化文本（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行許多次的情況，迭代語句的執行取決于某一變量或條件的狀態。應用迭代語句應避免迭代死循環的情況。 l FOR…DO 該迭代格式語句允許程序依據某一整型變量迭代。該迭代格式語句格式如下： FOR <initialize iteraion variable> TO <final value expression_r> BY <increment expression_r> DO <statements…> END_FOR “initialize iteraion variable”是迭代開始的計數值，“final value expression_r” 迭代結束的計數值。迭代從“initialize iteraion variable”開始，每迭代一次，計數值增加“increment expression_r”，計數值增加到“final value expression_r”，迭代結束。結構化文本（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，結構化文本（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：用結構化文本（ST）程序編功能塊本程序是一用結構化文本（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。圖一 水箱控制及功能塊示意圖 該功能塊提供了一個“Command”輸入，該輸入有四種狀態，1.給箱體加水；2. 保持不變；3.起動“Stirrer”；4. 清空箱體。實現該功能塊算法的結構化文本（ST）程序如下： （*箱體狀態*） TYPE_T_STATE: (FULL,NOT_FULL,EMPTIED);END_TYPE; （*閥門狀態*） 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變的行為。指令表語言能用于調用，如有條件和無條件地調用功能塊和功能，還能執行賦值以及在區段內執行有條件或無條件的轉移。指令表語言不但簡單易學，而且非常容易實現，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、結構化文本等都可以轉換為指令表語言。