plc用什么编程语言

在工业自动化领域，可编程逻辑控制器（PLC）作为核心控制设备，其编程语言的选择直接关系到项目的开发效率、维护成本与系统可靠性。本文将深入探讨国际电工委员会（IEC）标准所定义的PLC五大编程语言体系，包括梯形图（LD）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）和指令表（IL），并详细分析它们各自的诞生背景、核心特点、适用场景及优缺点。通过结合工程实践，旨在为工程师、技术决策者及学习者提供一份全面、权威且极具实用价值的编程语言选型指南。

       在工业自动化波澜壮阔的发展画卷中，可编程逻辑控制器（PLC）犹如一颗稳固的心脏，持续驱动着从汽车装配线到食品包装机，从楼宇自控到智能电网的无数复杂系统。当我们尝试与这颗“工业心脏”对话，赋予其灵魂与智慧时，编程语言便成为了至关重要的桥梁。然而，面对琳琅满目的技术选项，一个根本性问题常常萦绕在工程师心头：PLC究竟用什么编程语言？答案并非单一，而是一个由国际标准精心构建的多元化工具箱。本文将为您抽丝剥茧，深入剖析构成PLC编程世界的五大核心语言，并探讨其背后的设计哲学与实践智慧。

       

一、 标准化基石：国际电工委员会（IEC）61131-3标准

       在早期，各家PLC制造商往往采用私有化的编程语言和软件，导致工程师一旦更换品牌，便需要重新学习，造成了巨大的资源浪费和技术壁垒。为了结束这种混乱局面，推动工业自动化技术的开放与互操作性，国际电工委员会（IEC）制定了影响深远的IEC 61131标准。其中，第三部分，即IEC 61131-3，专门规范了可编程控制器的编程语言。该标准并非强制规定只能使用一种语言，而是极具前瞻性地定义了五种风格迥异但相互补充的编程语言，它们共同构成了现代PLC编程的基石。理解这套标准，是掌握PLC编程语言精髓的关键第一步。

       

二、 直观的图形化传承：梯形图（LD）

       谈及PLC编程，绝大多数人脑海中首先浮现的便是梯形图（Ladder Diagram， LD）。它的设计灵感直接来源于传统的继电器控制电路图。在自动化尚未数字化的年代，电气工程师们通过绘制由继电器、接触器、按钮和指示灯符号构成的电路图来实现逻辑控制。梯形图完美地继承了这一视觉语言，将物理触点、线圈等元素转化为软件中的图形符号。

       其编程界面通常由左右两条垂直的电源轨（类似直流电源的正负极）和中间多级水平的“梯级”构成。每个梯级代表一条逻辑通路，通过放置常开触点、常闭触点、线圈、定时器、计数器等图形化指令来完成“如果…那么…”的逻辑判断。例如，一个简单的启动-保持-停止电路，在梯形图中可以直观地表示为用启动按钮的常开触点、停止按钮的常闭触点和输出线圈的辅助触点并联形成自锁回路。这种高度的视觉相似性，使得拥有电气背景的工程师几乎无需额外培训就能上手编程，极大地降低了从传统继电器控制向PLC控制系统迁移的门槛。时至今日，梯形图依然是处理离散量逻辑控制、联锁保护、顺序启停等场景的首选，其地位无可替代。

       

三、 面向功能的模块化思维：功能块图（FBD）

       如果说梯形图是面向电气工程师的语言，那么功能块图（Function Block Diagram， FBD）则更多地迎合了控制工程师和过程工程师的思维习惯。它将控制系统视为一系列功能模块通过信号流连接而成的网络。每个功能块是一个封装了特定算法或功能的“黑匣子”，具有明确的输入引脚和输出引脚。

       在编程时，工程师从库中拖拽所需的功能块（如数学运算块、模拟量处理块、比例积分微分调节器块、通讯功能块等）到编辑区，然后用连线将前一个功能块的输出与后一个功能块的输入连接起来，数据便如同流水般在模块间传递和处理。这种编程方式非常适合于实现连续过程控制、复杂算法运算、闭环调节等任务。例如，实现一个温度控制回路，可以清晰地用一个模拟量输入块读取温度，一个比例积分微分调节器块进行计算，再通过一个模拟量输出块驱动加热器。功能块图强调系统的结构性和数据流向的清晰性，有利于大型复杂控制系统的模块化设计与团队协作。

       

四、 描绘顺序控制的蓝图：顺序功能图（SFC）

       对于具有明显步骤性、阶段性的生产过程，如装配线、包装机、批次反应釜等，顺序功能图（Sequential Function Chart， SFC）提供了一种至高无上的描述和编程方法。它源于法国的工业标准，其核心思想是将复杂的顺序控制过程分解为一系列清晰的“步”和“转换”。

       在顺序功能图中，“步”代表控制系统中的一个稳定状态，在该状态下执行某些动作；“转换”则是步与步之间切换的条件，通常是一个或一组逻辑条件。图形上，步用矩形框表示，转换用短横线表示，整个流程按照从上到下或从左到右的顺序展开，可以包含单一序列、并行分支与汇合、选择分支与汇合等复杂结构。顺序功能图本身并不直接编写具体的控制逻辑，而是作为一个顶层的、图形化的组织框架。每一步或每一转换背后关联的具体动作和条件，通常由梯形图、功能块图或结构化文本来实现。这种将“做什么”（顺序流程）与“怎么做”（具体逻辑）分离的方式，使得程序结构一目了然，调试和维护异常方便，特别适合描述状态机或复杂的工艺配方。

       

五、 强大而灵活的文本语言：结构化文本（ST）

       当控制逻辑变得异常复杂，涉及大量数学运算、数据结构处理、算法实现或字符串操作时，图形化语言可能会显得力不从心，代码变得冗长且难以阅读。此时，结构化文本（Structured Text， ST）便闪亮登场。它是一种高级的、类似于帕斯卡或C语言的文本编程语言。

       结构化文本支持丰富的语法元素，包括变量声明、赋值语句、条件判断（如果…否则…）、多种循环（当…时、对于…）、函数和功能块调用等。它能够以非常紧凑和数学化的形式表达复杂逻辑。例如，实现一个复杂的滤波算法、配方计算、或与上层管理系统的数据交换协议解析，用结构化文本书写往往比用图形语言拼接高效得多。它深受熟悉计算机编程的软件工程师的喜爱，也是实现可重用代码库、复杂用户自定义功能块的利器。然而，其缺点是对编程人员的计算机编程基础要求较高，且程序的直观性不如图形语言。

       

六、 面向底层的简明指令：指令表（IL）

       指令表（Instruction List， IL）是一种类似于早期汇编语言的低级文本语言。它由一系列依次执行的指令组成，每条指令包含一个操作码和零个或多个操作数。操作码指定要执行的动作，如加载、与运算、或运算、输出等；操作数则指定操作的对象，如某个输入点、输出点或内部存储器地址。

       指令表的语法非常简洁，执行效率高，并且与PLC的机器指令有较好的对应关系，因此在某些对程序空间和执行速度有极端要求的场合，或者在一些非常老旧的PLC编程中仍可见其身影。然而，由于其可读性差，编写和维护复杂逻辑时极易出错，在现代主流的PLC编程中，指令表已逐渐淡出视野，更多地作为一种历史存在或用于理解PLC底层执行原理的教学工具。

       

七、 如何根据应用场景选择编程语言

       了解了五种语言的特点后，关键在于如何选择。优秀的工程师如同技艺高超的厨师，懂得根据“食材”（控制任务）选用最合适的“刀具”（编程语言）。

       对于以开关量控制为主的机械设备，如机床、传送带、简单的包装机，梯形图无疑是首选。其直观的电气逻辑表示，让故障排查变得像阅读电路图一样简单。

       对于过程工业，如化工、制药、水处理中涉及大量模拟量调节和复杂运算的回路，功能块图更能体现其优势。模块化的设计便于封装和复用成熟的控制策略，如比例积分微分调节器控制。

       对于任何具有清晰工序和步骤的自动化设备，顺序功能图应作为程序结构的顶层设计。它能让工艺流程图几乎直接转化为程序框架，极大提升程序的可读性和可维护性。

       当遇到需要复杂计算、数据处理、算法实现或与高级语言交互时，结构化文本的强大功能便不可或缺。它常用于编写自定义的功能块、复杂的数学模型或通讯处理程序。

       值得注意的是，IEC 61131-3标准的一个重要优势是允许在同一个项目中混合使用多种语言。例如，可以用顺序功能图描述主流程，每一步的具体动作用梯形图实现，而其中涉及的计算模块则用结构化文本编写。这种灵活性让工程师能够扬长避短，充分发挥每种语言的优势。

       

八、 主流PLC厂商对编程语言的支持

       目前，全球主流的PLC制造商，如西门子、罗克韦尔自动化、施耐德电气、三菱电机、欧姆龙等，其软件开发环境（如西门子的博途、罗克韦尔的Studio 5000）均全面或部分支持IEC 61131-3标准。虽然各家在具体实现、指令库扩展和软件界面上各有特色，甚至保留了部分传统的私有语言元素，但五大标准语言的核心思想已普遍被接纳。这为工程师在不同平台间迁移知识、复用设计经验提供了极大便利，也推动了自动化编程教育的标准化。

       

九、 面向对象编程与新型编程范式的兴起

       随着工业四点零和智能制造的发展，控制系统日益复杂，软件规模急剧膨胀。传统的编程方式有时难以应对。为此，在IEC 61131-3标准的第三版中，引入了面向对象编程的概念，如封装、继承和多态。这使得工程师能够创建更强大、更易复用的软件组件。同时，一些基于代码的配置、模型驱动开发等新理念也开始渗透到工业自动化领域，旨在进一步提高开发效率和质量。

       

十、 编程语言与程序组织单元

       在IEC标准框架下，编程语言用于编写具体的程序组织单元。这些单元包括程序、功能块和函数。程序是最大的可执行单元；功能块是带有内部状态（记忆）的可重用模块；函数则是纯运算的无状态模块。理解这种层次结构，有助于更好地组织代码，实现模块化和可重用性。

       

十一、 安全编程语言的特殊要求

       在涉及功能安全的领域，如紧急停车系统或安全门监控，需要使用经过认证的安全PLC和对应的安全编程语言。这些语言（如梯形图的安全变体）在语法和语义上增加了严格的限制，并配合专用的安全功能块，以确保程序行为在任何情况下都是可预测和安全的，避免因编程错误导致人身伤害或重大财产损失。

       

十二、 学习路径与资源建议

       对于初学者，建议从梯形图入手，结合简单的硬件实验，建立对PLC扫描周期、输入输出的直观认识。随后，学习顺序功能图来构建程序框架思维。进而，掌握功能块图和结构化文本以应对更复杂的控制任务。官方手册、标准文档以及各大厂商提供的培训课程和仿真软件，都是极佳的学习资源。实践永远是掌握PLC编程语言最有效的途径。

       

十三、 编程风格与最佳实践

       无论使用哪种语言，良好的编程习惯都至关重要。这包括：为变量和功能块使用有意义的命名、编写详尽的注释、采用一致的代码缩进和格式、避免使用过于复杂晦涩的逻辑嵌套、对程序进行合理的模块化划分、以及在关键位置添加诊断和报警信息。这些实践能显著提升代码的可读性、可维护性和可靠性。

       

十四、 调试与仿真工具的应用

       现代PLC编程软件通常集成了强大的离线仿真和在线调试功能。利用这些工具，可以在不连接实际硬件的情况下，测试程序的逻辑是否正确，观察变量的变化趋势。对于顺序功能图，可以单步执行流程；对于结构化文本，可以设置断点。熟练掌握调试工具，能极大缩短项目开发周期，快速定位和解决问题。

       

十五、 未来展望：编程语言的融合与进化

       展望未来，PLC编程语言的发展将呈现融合与进化的趋势。图形化语言的直观性与文本化语言的强大功能将进一步结合。高级语言（如C++、Python）与IEC语言的交互会更加紧密，用于实现人工智能、大数据分析等前沿功能。云端编程、协同开发等新模式也可能影响编程语言的形态和使用方式。但万变不离其宗，IEC 61131-3标准所确立的多元化、实用性原则，仍将在很长一段时间内指引着工业控制编程的发展方向。

       

       总而言之，PLC的编程语言世界是一个丰富而有序的生态系统。从直观的梯形图到严谨的结构化文本，每种语言都是为解决特定类型的问题而诞生。没有一种语言是万能的，但通过深入理解国际电工委员会标准的内涵，并灵活运用这五种核心工具，工程师便能游刃有余地应对千变万化的工业自动化挑战，编写出高效、可靠、易于维护的控制程序，最终驱动智能制造的宏伟蓝图变为现实。