TwinCAT 软件编程

用户指令手册 V1.0

2002.10.28

目录

1. 标准数据类型.............................................................................................................. 3

1.1 BOOL.................................................................................................................. 3

1.2 整型数据类型..................................................................................................... 3

1.3 REAL / LREAL.................................................................................................... 3

1.4 STRING............................................................................................................... 3

1.5 时间、日期类型.................................................................................................. 4

1.6 常数................................................................................................................... 4

1.6.1 BOOL – 常数............................................................................................. 4

1.6.2 TIME – 常数............................................................................................. 4

1.6.3 DATE – 常数............................................................................................. 4

1.6.4 TIME_OF_DAY 常数................................................................................. 4

1.6.5 DATE_AND_TIME – 常数.......................................................................... 5

1.6.6 数值常数................................................................................................... 5

1.6.7 REAL / LREAL – 常数............................................................................... 5

1.6.8 STRING – 常数......................................................................................... 5

2. 变量类型转换功能....................................................................................................... 6

2.1 BOOL_TO_变换................................................................................................... 6

2.2 TO_BOOL – 变换................................................................................................ 6

2.3 整型数类型之间的转换....................................................................................... 6

2.4 REAL_TO - / LREAL_TO – 转换.......................................................................... 7

2.5 TIME_TO - / TIME_OF_DAY – 转换.................................................................... 7

2.6 DATE_TO - / DT_TO – 转换................................................................................. 7

2.7 STRING_TO – 转换............................................................................................. 7

2.8 TRUNC (取整)..................................................................................................... 8

3. 用户定义的数据类型.................................................................................................... 8

3.1 数组................................................................................................................... 8

3.2 指针.................................................................................................................. 10

3.3 牧举.................................................................................................................. 10

3.4 结构.................................................................................................................. 10

3.5 参考(别名类型)................................................................................................ 11

3.6 替代范围类型.................................................................................................... 11

4. 编程方式................................................................................................................... 14

4.1 指令表IL......................................................................................................... 14

4.2 结构化文本ST................................................................................................. 17

4.3 功能块图FBD.................................................................................................. 18

4.4 梯形图LD........................................................................................................ 19

5. TwinCAT 中全部运算符及功能名................................................................................ 20

1. 标准数据类型

1.1 BOOL

BOOL 类型变量可取值 TRUE 和 FALSE。保留8位内存空间。

1.2 整型数据类型

所有的整型数据类型为：

l          BYTE     字节

l          WORD    字

l          DWORD 双字

l          SINT      短整型

l          USINT    无符号短整型

l          INT        整型

l          UINT      无符号整型

l          DINT      双精度整型

l          UDINT   无符号双精度整型

各个不同的数据类型有不同的值范围。下表为整型数据的值范围和占用的内存空间

当用大类型转换为小类型时，将导致丢失信息。

1.3 REAL / LREAL

REAL 和 LREAL 被称为浮点数类型。用于有理数表示。REAL 占用32位内存空间，LREAL 占用64位。

1.4 STRING

STRING 类型变量可以是包含任何字符的字符串。其容量大小在声明变量时说明，如果不对容量大小进行说明，其缺省值为80个字符。

字符串变量声明示例：

str :STRING(35) := ‘This is a String’;

1.5 时间、日期类型

TIME、TIME_OF_DAY (缩写 TOD)、DATE和DATE_AND_TIME (缩写 DT) 数据类型在内部作为DWORD 处理。TIME 和 TOD 中的时间用毫秒表示，TOD 中的时间从 12:00 AM开始。 DATE 和 DT 中的时间用秒表示，并从 1970年1月1日12:00AM 开始。时间数据的格式在常数一节中说明。

1.6 常数

1.6.1 BOOL – 常数

BOOL – 常数为逻辑值 TRUE 和 FALSE。

1.6.2 TIME – 常数

TIME 常数可以在 TwinCAT PLC 控制中声明。主要用于标准库中定时器的操作，格式如下：

T# xx dxx h xx m xx s xx ms

其中：T 表示时间常数起始，# 数值符号，d 天，h 小时，m 分，s 秒，ms 毫秒。

下面是 ST 中分配的正确的 TIME 常数示例：

TIME1 :=T#14ms;

TIME1 :=T#100s12ms; (* 单位最大的成员允许超过其极限*)

TIME1 :=t#12h34m15s;

不正确的 TIME 常数示例：

TIME1 :=t#5m68s; (*单位较小的成员超过其极限*)

TIME1 :=15ms; (* 遗漏 T# *)

TIME1 :=t#4ms13d; (* 单位顺序错 *)

1.6.3 DATE – 常数

该常数用于输入日期。DATE 常数的声明用 d、D、DATE 或 date，后接 # 构成，可以输入格式为年-月-日的任何日期。

示例：

DATE#1996-05-06

d#1972-03-29

1.6.4 TIME_OF_DAY 常数

该常数主要用于存储一天中的时间。TIME_OF_DAY 声明用 tod#,TOD#,TIME_OF_DAY# 或time_of_day# 后接一个时间格式：小时：分：秒。秒可以用实数表示。

示例：

TIME_OF_DAY#15:36:30.123

tod#00:00:00

1.6.5 DATE_AND_TIME – 常数

日期常数和时间常数可以组合成所谓的 DATE_AND_TIME 常数。DATE_AND_TIME 常数用 dt#, DT#, DATE_AND_TIME# 或 date_and_time# 开始，后接日期和时间，日期和时间之间用– 连接。

示例：

DATE_AND_TIME#1996-05-06-15:36:30

dt#1972-03-29-00:00:00

1.6.6数值常数

数值可以用二进制、八进制、十进制和十六进制数表示。

示例：

14 (十进制数)

2#1001_0011(二进制数)

8#67 (八进制数)

16#A (十六进制数)

这些数值可以是 BYTE, WORD, DWORD, SINT, USINT, INT, UINT, DINT, UDINT, REAL 或 LREAL 类型，不允许直接从“大类型”向“小类型”转换。例如，DINT 变量不能简单地以 INT 型变量使用。可以用标准库中的转换功能实现其转换。

1.6.7 REAL / LREAL – 常数

REAL 和 LREAL 常数可以用尾数和指数表示，并使用美国标准。

示例：

7.4 取代 7,4

1.64e+009取代 1,64e+009

1.6.8 STRING – 常数

字符串是由字符组成的序列。STRING 常数使用单引号对区分。一些特殊的符号可用下表表示：

示例：

‘YourName’

‘Susiand Claus’

‘:- )$’’

2. 变量类型转换功能

不能直接从“大类型”向“小类型”变量转换。(例如：从 INT 到 BYTE，或从 DINT 到 WORD)。要完成此功能，可以使用特殊功能块实现。作为一种规则，你可以用此功能将一种类型的变量转换成任何需要的类型变量。

句法：

<elem.Tpy1>_TO_<elem.Typ2>

2.1 BOOL_TO_变换

BOOL类型变量到不同类型的变换：对于数值类型变量，操作数为TRUE时，结果为1；操作数为FALSE时，结果为0。对字符串类型变量，其结果分别为 ‘TRUE’ 和 ‘FALSE’。

ST 中的示例：

i:=          BOOL_TO_INT(TRUE);             (*结果为 1 *)

str:=        BOOL_TO_STRING(TRUE);      (*结果为'TRUE' *)

t:=          BOOL_TO_TIME(TRUE);          (*结果为T#1ms *)

tof:=              BOOL_TO_TOD(TRUE);            (*结果为TOD#00:00:00.001 *)

dat:=       BOOL_TO_DATE(FALSE);        (*结果为D#1970-01-01 *)

dandt:=   BOOL_TO_DT(TRUE);              (*结果为 DT#1970-01-01-00:00:01 *)

2.2 TO_BOOL – 变换

其它类型变量到BOOL的转换：当操作数不为零时，结果为TRUE，当操作数为零时，结果为FALSE；当字符串变量的操作数为’TRUE’时，结果为真，否则，结果为假。

ST 中的示例：

b :=BYTE_TO_BOOL(2#11010101);  (*结果为 TRUE *)
b := INT_TO_BOOL(0);                    (*结果为 FALSE *)
b := TIME_TO_BOOL(T#5ms);          (*结果为 TRUE *)
b := STRING_TO_BOOL('TRUE');     (*结果为 TRUE *)

2.3 整型数类型之间的转换

整型数值类型到其它数值类型的转换：当从大类型向小类型转换时，存在丢失信息的危险。如果转换的数值超过其极限；则该数的第一个字节将被忽略。

ST 中的示例：

si :=INT_TO_SINT(4223);  (* 结果为 127 *)

如果你将整数 4223 (十六进制为 16#107f) 作为 SINT 变量保存，其结果为 127(十六进制为 16#7f)。

IL 中的示例：

LD 2

INT_TO_REAL

MUL 3.5

2.4 REAL_TO - / LREAL_TO – 转换

REAL 或 LREAL类型到其它数值类型的转换：数值将向上或向下取整并转换成新的数据类型。但变量类型 STRING,BOOL,REAL 和 LREAL 除外。当从大类型向小类型转换时，存在丢失信息的危险。

请注意：当向字符串变量转换时，保留16个数据，如果(L)REAL数据有更多的数，则第十六个数将被取整。如果字符串的长度定义为短型，则从右端开始截取。

ST 中的示例：

i :=REAL_TO_INT(1.5);     (* 结果为 2 *)

j :=REAL_TO_INT(1.4);     (* 结果为1 *)

IL 中的示例：

LD 2.7

REAL_TO_INT

GE %MW8

2.5 TIME_TO - / TIME_OF_DAY – 转换

TIME 或 TIME_OF_DAY类型到其它类型的转换：时间在内部以毫秒单位及DWORD方式处理(对于TIME_OF_DAY变量，用 12:00 AM 起始)。该值将被转换。当从大类型向小类型转换时，存在丢失信息的危险。对于字符串类型变量，其结果为时间常数。

ST 中的示例：

str:=TIME_TO_STRING(T#12ms);           (*结果为 'T#12ms' *)

dw:=TIME_TO_DWORD(T#5m);             (*结果为 300000 *)

si:=TOD_TO_SINT(TOD#00:00:00.012);  (*结果为12 *)

2.6 DATE_TO - / DT_TO – 转换

DATE 或 DATE_AND_TIME类型到其它类型的转换：时间在内部以1970.01.01开始所经过的时间，并以秒为单位及DWORD方式处理。该值将被转换。当从大类型向小类型转换时，存在丢失信息的危险。对于字符串类型变量，其结果为日期常数。

ST 中的示例：

b :=DATE_TO_BOOL(D#1970-01-01);                   (*结果为 FALSE *)

i:=DATE_TO_INT(D#1970-01-15);                         (*结果为29952 *)

byt:=DT_TO_BYTE(DT#1970-01-15-05:05:05);      (*结果为129 *)

str:=DT_TO_STRING(DT#1998-02-13-14:20);        (*结果为'DT#1998-02-13-14:20'*)

2.7 STRING_TO – 转换

STRING 类型到其它类型的转换：字符串类型变量中必须包含有效的目标变量类型值，否则其转换结果为零。

ST 中的示例：

b:=STRING_TO_BOOL('TRUE');      (* 结果为 TRUE *)

w:=STRING_TO_WORD('abc34');     (* 结果为 0 *)

t:=STRING_TO_TIME('T#127ms');    (* 结果为 T#127ms *)

2.8 TRUNC (取整)

从 REAL 到 INT 类型转换。数值的所有部分都将被使用。当从大类型向小类型转换时，存在丢失信息的危险。

ST 中的示例：

i:=TRUNC(1.9);    (* 结果为 1 *).

i:=TRUNC(-1.4);   (* 结果为1 *).

IL 中的示例：

LD 2.7

TRUNC

GE %MW8

3. 用户定义的数据类型

3.1 数组

支持一维、二维和三维数组的成员数据类型。数组可在POU的声明部分和全局变量表中定义。

语法：

<数组名> : ARRAY[<ll1>..<ul1>,<ll2>..<ul2>] OF <elem. Type>

ll1，ll2 为数组维数的下限标识，ul1和ul2为数组维数的上限标识。数值范围必须为整数。

示例：

Card_game:ARRAY [1..13, 1..4] OF INT;

数组的初始化：

可以对数组中的所有元素进行初始化，或不进行初始化。

数组初始化示例：

arr1 :ARRAY [1..5] OF INT := 1,2,3,4,5;
arr2 : ARRAY [1..2,3..4] OF INT := 1,3(7); (* 等同 1,7,7,7 *)

arr3 :ARRAY [1..2,2..3,3..4] OF INT := 2(0),4(4),2,3; (* 等同0,0,4,4,4,4,2,3 *)

结构化中的数组初始化示例：

TYPE STRUCT1

STRUCT

p1:int;

p2:int;

p3:dword;

END_STRUCT

ARRAY[1..3] OF STRUCT1:=(p1:=1;p2:=10;p3:=4723),(p1:=2;p2:=0;p3:=299),

(p1:=14;p2:=5;p3:=112);

数组部分元素初始化示例：

arr1 :ARRAY [1..10] OF INT := 1,2;

数组中的元素如果没有初始化值，则用基本类型的缺省值初始化其值。在上例中，元素 arr1[3] 到元素 arr1[10] 均被初始化为 0。

二维数组的元素存取，使用下列语法：

<数组名>[Index1,Index2]

示例

Card_game[9,2]

注：

如果你在项目中定义了一个名为 CheckBounds 的功能，则可以自动检查数组的上下限超限错误！下图中给出了如何实现该功能的示例。

下面的示例用 CheckBounds 功能测试数组的超限问题。CheckBounds 功能允许 A[0] 到 A[7] 元素分配值 TRUE，而不会给 A[10] 分配值，这样可以避免对数组元素的错误操作。

3.2 指针

当程序运行时，变量或功能块地址保存在指针中。指针声明为如下句法形式：

<指针名> : POINTER TO <数据类型 / 功能块>;

指针可指向任何数据类型、功能块和用户定义的数据类型。对地址操作的 ADR 功能，可将变量或功能块的地址指向指针。指针后加内容操作符”^”可取出指针中的数据。

示例：

pt:POINTER TO INT;

var_int1:INT := 5;

var_int2:INT;

pt := ADR(var_int1);

var_int2:= pt^;             (* var_int2 的值为 5 *)

3.3 牧举

牧举为用户定义的数据类型，并由一组字符串常数组成。这些常数被视为牧举值。牧举值在项目中为全局使用的变量，即使它们在POU中为本地声明的变量。创建牧举变量的最好方法是在数据类型对象组织下创建。用关键字 TYPE 开始，END_TYPE 结束。

句法：

TYPE <牧举变量>:(<Enum_0> ,<Enum_1>, ...,<Enum_n>);END_TYPE

牧举变量可以取牧举值中的任何一个值。缺省情况下，第一个牧举值为零，其后依次递增。

示例：

TRAFFIC_SIGNAL: (Red, Yellow, Green:=10);(*每个颜色的初始值为red0, yellow 1, green 10 *)

TRAFFIC_SIGNAL:=0; (* 交通信号值为red*)

FOR i:= Red TO Green DO 

i := i + 1;

END_FOR;

不能对同一个牧举值多次使用。

示例：

TRAFFIC_SIGNAL: (red, yellow, green);

COLOR: (blue, white, red);

错误：red 不能对 TRAFFIC_SIGNAL 和 COLOR 变量同时使用。

3.4 结构

结构作为对象在数据类型页中创建。使用TYPE关键字开始，END_TYPE关键字结束。结构声明的句法如下：

TYPE <结构名>:

STRUCT 

<声明变量1> 

. 

. 

<声明变量n>

END_STRUCT

END_TYPE

<结构名>是一种类型，在项目中为全程识别，并且可作为标准数据类型使用。允许内嵌结构。唯一的限制是变量不能带地址(不允许用 AT 声明!)。

下例为多边形的结构示例：

TYPE Polygonline:

STRUCT 

Start:         ARRAY [1..2] OF INT; 

Point1:      ARRAY [1..2] OF INT; 

Point2:      ARRAY [1..2] OF INT; 

Point3:      ARRAY [1..2] OF INT; 

Point4:      ARRAY [1..2] OF INT; 

End:          ARRAY [1..2] OF INT;

END_STRUCT

END_TYPE

可以使用下面的句法存取结构中的成员。

<结构_名>.<成员名>

例如：结构名为 “Week”，其中包含一个成员 “Monday”，可以用 Week.Monday 获取该值。

3.5 参考 (别名类型)

可以使用用户定义的参考数据类型，创建已经更名的变量、常数或功能块。在数据类型页中创建参考对象。使用TYPE关键字开始，END_TYPE关键字结束。

句法：

TYPE <标识符>: <分配 项>;

END_TYPE

示例：

TYPE message:STRING[50];

END_TYPE;

3.6 替代范围类型

替代范围类型，是对其基本数据类型重新设置范围的一种数据类型。声明可以在数据类型页中进行，但变量也可直接用子范围类型声明：

在数据类型页中声明的句法如下：

TYPE <Name> : <Inttype>(<ug>..<og>) END_TYPE;

示例：

TYPE

SubInt : INT (-4095..4095);

END_TYPE

用子范围类型直接声明的变量：

VAR

    i1 : INT(-4095..4095);

    i2 : INT(5...10):=5;  

    ui : UINT(0..10000);

END_VAR

如果常数被分配为一个子范围类型(在声明或实现段中)，但其值没有落在该范围之内(例如 i := 5000)，系统将会发出错误信息。

为了在运行期间检查边界范围，推荐使用功能 CheckRangeSigned 或 CheckRangeUnsigned。这样，边界有效性验证可通过合适的方法和手段捕获(例：数值可以截取或设置错误标志)。

示例：

当变量属于有符号子范围类型时(如上例中的 i)，则功能 CheckRangeSigned 被调用；可以通过编程的方法使其值在允许范围之内。

FUNCTION CheckRangeSigned : DINT

VAR_INPUT

     value, lower,upper: DINT;

END_VAR

IF (value < lower) THEN

CheckRangeSigned := lower;

ELSIF(value > upper) THEN

CheckRangeSigned := upper;

ELSE

CheckRangeSigned := value;

END_IF

为了自动调用功能，功能名CheckRangeSigned 被指定，并且接口也被指定：返回值和三个 DINT 类型的参数。

当调用时，功能参数如下：

对 i := 10 * y 进行边界有效性验证的示例：

i := CheckRangeSigned(10 * y, -4095, 4095);

示例中，y 即使是 1000，i 经过上例赋值后其值仍然为 4095。

同样，功能CheckRangeUnsigned 过程同上：功能名和接口必须正确。

FUNCTION CheckRangeUnsigned : UDINT

VAR_INPUT

    value, lower,upper: UDINT;

END_VAR

注意：

如果没有CheckRangeSigned和CheckRangeUnsigned，则运行时，没有子类型的类型检验发生，变量i 可以在 –32768 和 32767 之间取任何值。

注意：

如果功能CheckRangeSigned和CheckRangeUnsigned 按照上例实现，则在 FOR 循环中可对子范围类型连续使用循环。

示例：

VAR

ui : UINT(0..10000);

END_VAR

FOR ui:=0 TO 10000 DO

...

END_FOR

FOR 循环不会剩余，因为 ui 不会大于 10000。

象 CheckRange 功能内容一样，当在 FOR 循环中使用增量值时，也应考虑这些问题。

4. 编程方式

4.1 指令表 IL

指令表(IL)由一系列指令组成。每条指令都由一个新行开始，包含一个操作符以及和操作符类型相关的一个或多个操作数，并用逗号分开。在指令前可以有标号，后接一个冒号。

注解必须在一行的最后，指令之间可以插入空行。

示例

在 IL 语言中，可以使用下面的操作符和修饰符。

修饰符：

l          JMP、CAL、RET中带 C：   指令在预置表达式结果为TRUE 时执行。

l          JMPC、CALC、RETC中带 N：指令在预置表达式结果为 FALSE 时执行。

l          其它指令中带 N：            操作数取反 (不是累加器)。

下表为 IL 中全部的操作符及可能的修饰符和相关的意义：

IL 是一种面向行的语言。

通过不同的操作符组修改CR

带布尔操作数(BOOL类型)的操作符

用于类属数据类型(类型 ANY) 操作数的操作符

跳转或调用

使用功能和功能块

A.     调用一个功能

在 IL 语言中，调用一个功能只是简单地写入该功能名即可。随后的实际参数用逗号分隔。这种语法和带有几个操作数的操作符的语法相同。

功能的第一个参数是当前结果(CR)。因此必须正好在功能调用之前将该值装入CR中。用于功能调用的第一个操作数实际上是功能的第二个参数，并依次类推。

B.      调用一个功能块

操作符 CAL (或条件调用 CALC 和条件取反调用 CALCN)可以激活一个功能块。IEC61131-3 描述 IL 语言中给一个FB传送参数的三种方法：

1). 使用一个调用，它包括在括号内的实际输入和输出参数的一个列表

2). 在调用FB前，装载和保存输入参数

3). 用输入参数作为操作符“隐性地”调用

第三种方法只对标准FB有效，不适合用户定义的FB。

4.2 结构化文本 ST

ST 语言的优点 (与 IL 语言相比较)：

l          编程任务高度压缩化的表达格式，

l          在语句块中清晰的程序结构，

l          控制命令流的强有力结构

   这些优点亦带来其本身的缺陷：

l          由于它借助于编译程序自动地执行程序，因此用户不能直接影响其翻译成机器码。

l          高度抽象导致效率降低(通常，编译程序的时间更长且执行速度更慢)

ST 语句

ST 语言不包括跳转指令 (GOTO)。

4.3 功能块图 FBD

功能块图(FBD)语言起源于信号处理领域，对信号处理而言，整数与/或浮点数是很重要的。

使用图形化语言FBD或LD的POU表达式包括的部分与文本化语言相同。

1). POU 的引导部分和结束部分

2). 说明部分

3). 代码部分

代码部分  分为若干个网络。网络有助于构造POU的控制流。

一个网络包括

1). 网络标号

2). 网络注释

3). 网络图形

4.4 梯形图 LD

梯形图语言 (LD) 源自机电一体化的继电器系统的应用领域，它描述一个POU的网络自左至右的能量流。编程语言主要是设计用于处理布尔信号。

梯形图 LD 接点分类：

梯形图 LD 线圈分类：

梯形图 LD 执行控制分类：

调用功能和功能块

5. TwinCAT 中全部运算符及功能名