PLC编程标准IEC61131-3教程系列(1)-总览

本文是PLC国际标准IEC61131-3系列教程的第一节，该系列教程着重介绍PLC的编程标准。目前很多的PLC编程都遵循IEC61131-3，学会这个标准有助于我们在众多的PLC产品中找到一种共通的规则，从而缩短从一种PLC产品到另一种PLC产品的学习时间和成本。本系列教程介绍的内容是与硬件无关的、并采用理论+实践的方式，会使用Codesys、OpenPLC等通用平台，也会介绍一些基于这些平台的产品，比如博士的BODAS、倍福的TwinCAT3等。本节课我们先概览性的认识下IEC61131。

1993年，国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，简称IEC）发布了用于工业控制领域——可编程逻辑控制器(PLC)的国际标准，命名为：IEC61131 。

IEC61131是一个标准集，涵盖了PLC的硬件、软件、通信、安全等方方面面，并随着时间的发展添加了一些新的子集。目前（2020年）最新的IEC61131标准包括10个子集，具体如下：

IEC61131-1：通用信息（General information）。该部分对IEC61131标准的术语进行了定义，介绍了标准的适用范围（PLC及其编程/测试设备，人机界面等）及其它通用信息。目前最新的版本是2003年5月发布的第2版；IEC61131-2：设备要求与测试（Equipment requirements and tests）。该部分对PLC及其外围设备的操作、机械性能、供电、功能、电磁兼容性等方面提出具体的要求，并明确了测试验证的方法。目前最新的版本是2017年发布的第4版；IEC61131-3：编程语言（Programming languages）。该部分明确了了PLC的编程语言、语法、程序结构、数据类型、指令、函数等关于编程的方方面面，为PLC编程提出了明确的、可操作的指导，本课程要介绍的就是这个标准的内容，目前其最新版本是2013年发布的第3版；IEC61131-4：用户导则（User guidlines）。该部分规定了为PLC产品的最终用户（比如，你我）提供技术报告的指导，其目的是方便PLC厂家与PLC最终用户之间的沟通交流，帮助用户选择合适的PLC产品。目前最新版本是2004年发布的第2版；IEC61131-5：通信（Communications）。该部分定义了PLC与其它控制器之间使用MMS（ Manufacturing Message Specification）协议进行数据通信的规范，目前最新版本是2000年发布的第1版；IEC61131-6：功能安全（Functional Safety）。该部分定义了PLC及其外围设备成为功能安全系统所需要满足的条件，能够满足该标准要求的PLC、传感器、执行器、软件及逻辑系统可视为是功能安全系统。目前最新的版本是2012年发布的第1版；IEC61131-7：模糊控制编程（Fuzzy control programming）。该部分定义了PLC用于模糊控制的基本编程元素，目前最新的版本是2000年发布的第1版；IEC61131-8：IEC 61131-3语言的应用和实现导则（Guidelines for the application and implementation of programming languages）。该部分是一个技术报告，提供了IEC61131-3使用参考及编程语言的应用规范，还推荐了一些用于编程及调试的工具。目前最新版是2017年发布的第3版；IEC61131-9：小型传感器和执行器单滴数字通信接口（Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators）。该部分定义了一个用于小型传感器/执行器之间进行单滴数字通信的接口，其实就是我们知道的IO-Link。其最新版本是2013年发布的第1版。IEC61131-10：PLC开放XML交换格式（PLC open XML Exchange Format）。该部分定义了一个基于XML语言的数据格式，可用于符合IEC61131-3的程序项目的导入或导出，这可以使一个符合IEC61131-3标准的项目可在不同的编程环境下使用。该标准允许使用不同编程语言（IL、ST、LD、FBD、SFC）编写的组态、数据类型及程序组织单元（POU）相互转换。该标准是2019年4月份新增加到IEC61131中的，与之前的PLCopen 的XML数据交换的格式不兼容。

最后要说明的是，IEC61131是推荐标准，不是强制标准。PLCopen国际组织是推动IEC61131标准在工业领域应用的主要机构，确切的说主要是IEC61131-3标准的推广和应用。该组织在中国设有分支机构：PLCopen China，其官网地址为：http://plcopen.org.cn。

好了，关于IEC61131-3的第一节课就介绍到这里，如果你喜欢这篇文章，可以去网站（https://www.founderchip.com/）下载本文PDF版本。点击【了解更多】查看更多技术文章。

PLC编程标准IEC61131-3教程系列(2)-软件模型

IEC61131-3为PLC编程开发定义了一个软件模型，该模型描述了如何采用分层/分级的方法将一个复杂的项目分解成若干小的组成部分，并定义了各部分之间的接口规范。今天这篇文章，我们来介绍下这个软件模型，并结合西门子PLC、Codesys软PLC分析下该模型。

封面

下面这张图就是IEC61131-3定义的软件模型：

软件模型

从图片中可以看出，该软件模型定义了配置、资源、任务、程序组织单元(功能、功能块、程序)、全局变量、访问路径等等。我们来详细介绍下：

1、配置（Configuration）

配置位于软件模型的最上层，可以理解成一整套控制系统。对于小型控制系统而言，比如一个由CPU ST20组成的简单控制系统，属于一个配置；而对于复杂控制系统，比如一个由多个CPU组成的、具有分布式模块的控制系统，也属于一个配置。配置就是一套控制系统，或者是一套设备，在Codesys V3版本之后直接将其称为“设备”；一个配置由一个或几个资源组成。

2、资源（Resource）

资源位于软件模型的第二层，用于支持任务的运行。对于一个小型控制系统，比如上面说的CPU ST20系统，资源可以理解为CPU本身。对于具有多个CPU的大型系统，每一个CPU都是一个资源。资源可以包含多个任务、程序组织单元等。在Codesys V3版本之后，资源被称为“应用”。

3、任务（Task）

任务是程序的调度者，用来执行一个或多个程序(Program)。任务分为很多类型，比如：主任务、周期性执行的任务、由中断触发的任务等等。西门子PLC中的组织块就属于任务的角色，OB1相当于主任务、OB30~OB38属于周期性执行的任务、OB82属于诊断中断的任务等等；在Codesys中，任务分为周期型(Cyclic)、事件型(Event)、自由运行型(Freewheeling)、状态触发型(Status)。周期型任务是以固定时间间隔来执行；事件触发型任务在事件变量的上升沿开始执行；自由运行任务其内部程序在任务启动时就开始执行，程序的执行不受扫描周期的影响；状态触发型任务当其状态变量变为TRUE时开始执行；任务具有不同的优先级，优先级高的任务可以中断优先级低的任务而抢先执行；

4、程序组织单元(Program Organization Unit,POU)

程序组织单元是用户程序的基本单位，包括变量声明区和代码区两部分。变量声明区用来定义该POU中使用的变量的名称、类型及初始值；代码区是使用IEC61131-3推荐的五种编程语言写的程序代码。

IEC61131-3定义了三种程序组织单元：功能(Function)、功能块(Function Block)和程序(Program)。

功能(Function)是包含局部变量和指令的代码，可以设置输入/输出参数。功能没有静态变量，因此每次调用都会产生同一个结果；

功能块(Function Block)与功能的区别在于它有属于自己的存储区，可以存放静态变量。功能块也可以设置输入/输出参数，但由于程序代码中静态变量可能发生变化，因此对于功能块的调用并不一定产生同样的结果；

可以将程序中经常使用的代码（比如电机运行控制）写成功能或者功能块，这样就可以反复调用。既能节省项目编程的时间，又提高了程序的可读性，体现了该软件模型将复杂任务分解成小的简单模块的思想。

程序(Program)可以分为主程序与子程序，可以被任务启动，并调用功能或者功能块。程序中可以定义全局变量、地址映射、局部变量等等；

5、全局变量、访问路径

全局变量用于程序组织单元之间交互数据，访问路径提供了当前配置对外通信的接口。

好了，关于IEC61131-3的软件模型就先介绍到这里。后续文章我们会继续该标准的介绍。

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