SCL入门教程

SCL介绍

SCL 编程语言

SCL（Structured Control Language，结构化控制语言）是一种基于 PASCAL 的高级编程语言。这种语言基于标准 DIN EN 61131-3（国际标准为 IEC 1131-3）。

根据该标准，可对用于可编程逻辑控制器的编程语言进行标准化。SCL 编程语言实现了该标准中定义的 ST 语言 (结构化文本) 的 PLCopen 初级水平。

S7-1200从V2.2版本开始支持SCL语言。

语言元素

SCL 除了包含 PLC 的典型元素（例如，输入、输出、定时器或存储器位）外，还包含高级编程语言。

• 表达式
• 赋值运算
• 运算符

程序控制语句

SCL 提供了简便的指令进行程序控制。例如，创建程序分支、循环或跳转。

应用

因此，SCL 尤其适用于下列应用领域：

• 数据管理
• 过程优化
• 配方管理
• 数学计算 / 统计任务

表达式

说明：表达式将在程序运行期间进行运算，然后返回一个值。一个表达式由操作数（如常数、变量或函数调用）和与之搭配的操作符（如 *、/、+ 或 -）组成。通过运算符可以将表达式连接在一起或相互嵌套。

运算顺序

表达式将按照下面因素定义的特定顺序进行运算：

• 相关运算符的优先级，优先级数越小越优先
• 同等优先级运算符的运算顺序按照从左到右的顺序
• 赋值运算的计算按照从右到左的顺序进行
• 括号优先级最高

表达式类型

不同的运算符，分别可使用以下不同类型的表达式：

• 算术表达式
• 关系表达式
• 逻辑表达式

算数表达式

说明：算术表达式既可以是一个数字值，也可以是由带有算术运算符的两个值或表达式组合而成。

算术运算符可以处理当前 CPU 所支持的各种数据类型。如果在该运算中有 2 个操作数，那么可根据以下条件来确定结果的数据类型：

• 如果这 2 个操作数均为有符号的整数，但长度不同，那么结果将采用长度较长的那个整数数据类型（例如，Int + DInt = DInt）。
• 如果这 2 个操作数均为无符号整数，但长度不同，那么结果将采用长度较长的那个整数数据类型（例如，USInt + UDInt = UDInt）。
• 如果一个操作数为有符号整数，另一个为无符号整数，那么结果将采用另一个长度较大的有符号数据类型（其包含此无符号整数）（例如，SInt + USInt = Int）
• 如果一个操作数为整数，另一个为浮点数，那么结果将采用浮点数的数据类型（例如，Int + Real = Real）。
• 如果 2 个操作数均为浮点数，但长度不同，结果将采用长度较长的那个浮点数的数据类型（例如，Real + LReal = LReal）。
• 对于操作数为"Time"和"日期和时间"数据类型组，运算结果的数据类型请参见表1。

算术表达式的数据类型

表1列出了在算术表达式中可使用的数据类型：

示例

以下为一些算术表达式的示例：

"MyTag1":= "MyTag2" * "MyTag3";

关系表达式

说明：关系表达式将两个操作数的值或数据类型进行比较，然后得到一个布尔值。如果比较结果为真，则结果为 TRUE，否则为 FALSE。

关系运算符可以处理当前 CPU 所支持的各种数据类型。结果的数据类型始终为 Bool。

编写关系表达式时，请注意以下规则：

• 以下数据类型组中的所有变量都可以进行比较：
  • 整数/浮点数
  • 位、位序列
  • 字符串
• 对于以下数据类型，只能比较相同类型的变量：
  • TIME
  • 日期和时间
  • UDT
  • Array
  • Struct
  • Variant
• String 比较是对以 Windows 字符集编码的字符进行比较；而 WSting比较则是对 UTF-16 编码的字符进行比较。在比较过程中，将比较变量的长度及各字符对应的数值。
• Array 比较需要数组维度、数组元素数据类型与数量完全相同
• UDT、Array、Struct、Variant等进行的比较只能使用S7-1200 V4.2及其以上的版本。

关系表达式的数据类型

表2列出了在关系表达式中可使用的数据类型/数据类型组：

示例

以下举例说明了一个关系表达式：

IF a > b THEN c:= a; IF A > 20 AND B < 20 THEN C:= TRUE; IF A<>(B AND C) THEN C:= FALSE;

逻辑表达式

说明：逻辑表达式由两个操作数和逻辑运算符（AND、OR 或 XOR）或取反操作数 (NOT) 组成。

逻辑运算符可以处理当前 CPU 所支持的各种数据类型。如果两个操作数都是 Bool 数据类型，则逻辑表达式的结果也为 Bool数据类型。如果两个操作数中至少有一个是位序列，则结果也为位序列而且结果是由最高操作数的类型决定。例如，当逻辑表达式的两个操作数分别是 Byte 类型和 Word 类型时，结果为 Word类型。

逻辑表达式中一个操作数为 Bool类型而另一个为位序列时，必须先将 Bool类型的操作数显式转换为位序列类型。

逻辑表达式的数据类型

下表列出了逻辑表达式中可使用的数据类型：

示例

以下为一个逻辑表达式的示例：

IF "MyTag1" AND NOT "MyTag2" THEN c := a; MyTag := A OR B;

赋值运算

定义：通过赋值运算，可以将一个表达式的值分配给一个变量。赋值表达式的左侧为变量，右侧为表达式的值。

函数名称也可以作为表达式。赋值运算将调用该函数，并返回其函数值，赋给左侧的变量。

赋值运算的数据类型取决于左边变量的数据类型。右边表达式的数据类型必须与该数据类型一致。

赋值运算的计算按照从右到左的顺序进行。

可通过以下方式编程赋值运算：

• 单赋值运算：执行单赋值运算时，仅将一个表达式或变量分配给单个变量： 示例：a := b;
• 多赋值运算：执行多赋值运算时，一个指令中可执行多个赋值运算。 示例：a := b := c; 此时，将执行以下操作： b := c; a := b;
• 组合赋值运算：执行组合赋值运算时，可在赋值运算中组合使用操作符"+"、"-"、"*"和"/"： 示例：a += b; 此时，将执行以下操作： a := a + b; 也可多次组合赋值运算： a += b += c *= d; 此时，将按以下顺序执行赋值运算： c := c * d; b := b + c; a := a + b;

示例

下表举例说明了单赋值运算的操作：

下表举例说明了多赋值运算的操作：

下表举例说明了组合赋值运算的操作：

寻址与调用

寻址

SCL寻址分为符号寻址与地址寻址。

• 符号寻址
  • DB块变量："DB块名称"（."变量名称"）
  • PLC变量：变量名称
  • 局部变量：#变量名称
• 地址寻址
  • DB块变量：%DB块号（.变量地址），TIA PORTAL软件会判断该地址有没有对应符号名称，如果有则立即转换为符号名称，没有则保留绝对地址
  • PLC变量：%变量地址，TIA PORTAL软件会判断该地址有没有对应符号名称，如果有则立即转换为符号名称，没有则新建符号名称
  • Temp变量：SCL不支持非优化FC/FB的Temp变量的地址寻址

举例：

调用

程序调用分为以下几类：

• FC调用
• FB调用
• FB多重背景调用

调用可以从指令列表或者项目树程序块中拖拽入程序编辑区域，也可以直接输入。

FC调用

FC调用的格式是

• "FC块名称"(输入形参:=实参,输出形参=>实参,输入输出形参:=实参...)
• 返回值:=“FC块名称”(输入形参:=实参,输出形参=>实参,输入输出形参:=实参...)

FC调用需要确保所有形参都有对应实参。如果没有参数的FC也需要有括号。

如图所示的例子；

图1 FC调用

FB调用

FB调用的格式是

"背景数据块名称"(输入形参:=实参,输出形参=>实参,输入输出形参:=实参...)

一般情况下，FB的简单数据类型形参可以没有对应实参，复杂数据类型的输入、输出也可以没有对应实参，所以FB可以隐藏或不隐藏不出现的形参。如果没有参数的FB也需要有括号。

如图2所示，显示了一些FB调用的例子。

图2 FB调用

如图3所示，当FB的参数全部显示，在背景数据块右键可以激活"仅显示分配的参数"；当FB的参数只显示了分配的参数时，在背景数据块右键可以激活"显示所有参数"。

图3 显示分配/所有参数

FB多重背景调用

FB多重背景调用的格式是

• #多重背景(输入形参:=实参,输出形参=>实参,输入输出形参:=实参...)
• #多重背景[索引](输入形参:=实参,输出形参=>实参,输入输出形参:=实参...)

一般情况下，FB的简单数据类型形参可以没有对应实参，复杂数据类型的输入、输出也可以没有对应实参，所以FB可以隐藏或不隐藏不出现的形参。如果只有Static的FB也需要有括号。

如图4所示，显示了一些FB多重背景调用的例子。

图4 FB多重背景调用

注意：

对于定时器和计数器的SCL调用，有特殊的格式，请参考链接：定时器、计数器。

新建SCL

有两种方式新建SCL：

第一种是在新建块，选择OB/FC/FB后，设置语言为SCL，如图5所示。

第二种是在LAD、FBD中直接插入SCL语言段，这需要TIA PORTAL V14及其以上的版本，如图6所示。

图5 新建SCL块

①在项目树中，找到PLC，然后展开程序块，点击"添加新块"

②在弹出对话框中，选择块类型，可以是OB/FB/FC，

③选择语言为SCL

图6 在LAD中插入SCL段

区域与注释

和LAD/FBD不同，LAD/FBD在程序编辑器是一段一段的，编辑器可以插入新的网络段，每一个网络段可以有各自的注释。而SCL是文本语言，不分网络段（LAD/FBD语言内增加SCL除外），需要用其他的方法来解决。

区间

从TIA PORTAL V14以后，增加区间功能，使用指令：

REGION 区间名称

程序文本

END_REGION

可以在指令中间增加需要编写的程序还不影响程序逻辑，并且支持嵌套。此外还可以像网络段一样收折叠来，如图7所示。

图7 区域

其中左边为区间总览，可以看出整体的结构

①使得程序或总览全部展开

②使得程序或总览全部折叠

③全部展开/折叠是针对总览与程序还是只针对总览，图中为针对总览与程序

④独立展开/折叠程序

注释

编辑器的空行，或者调用块的右侧均可以增加注释，如图8所示有两种方式注释：

第一种是：//注释内容

第二种是：(/*注释内容*/)

可以在工具栏中利用按钮整段注释或取消注释。此外从TIA PORTAL V16开始支持多语言注释，使用指令(*多语言注释内容*)，具体参考多语言文档。

图8 注释

①注释掉选中段落

②对注释掉的段落取消注释

指令

SCL作为一种编程语言，可以实现LAD/FBD所有的功能，大多数的指令与LAD/FBD都是相同的，只是在编辑器中的外形不同。只有一些指令使用是不太一样的甚至LAD/FBD没有的，这里只介绍这些不同的。

SCL特殊的指令有以下几种，如图1-3红框中的指令：

图1 读写存储器

图2 转换操作

图3 程序控制指令

在这三部分中，读写存储器的PEEK POKE指令可以参考链接，转换操作可以参考链接，这里只介绍图3的程序控制指令。

程序控制指令

程序控制指令见以下表格。

程序控制指令是SCL编程的基础，接近高级语言的指令，虽然这些功能通过LAD/FBD也可以实现，但使用SCL编写会更加方便，逻辑条理也更加清晰。

IF：条件执行

说明：使用"条件执行"指令，可以根据条件控制程序流的分支。该条件是结果为布尔值（True 或 False）的表达式。可以将Bool变量、逻辑表达式或比较表达式作为条件。

执行该条件执行指令时，将对指定的表达式进行运算。如果表达式的值为 True，则表示满足该条件；如果其值为 False，则表示不满足该条件。

参数

根据分支的类型，可以对以下形式的指令进行编程：

• IF...THEN... 分支： IF <条件> THEN <语句1> END_IF;

图4 IF...THEN... 分支

如果满足该条件，则将执行 THEN 后编写的指令。如果不满足该条件，则程序将从 END_IF 后的下一条指令开始继续执行。

• IF...THEN... ELSE...分支： IF <条件> THEN <语句1> ELSE <语句2> END_IF;

图5 IF...THEN... ELSE...分支

如果满足该条件，则将执行 THEN 后编写的语句。如果不满足该条件，则将执行 ELSE 后编写的语句。不论执行哪一个语句，之后都将从 END_IF 后的下一条指令开始继续执行。

• IF...THEN... ELSIF...分支： IF <条件1> THEN <语句1> ELSIF <条件2> THEN <语句2> END_IF;

图6 IF...THEN... ELSIF...分支

如果满足条件1，则将执行 THEN 后的语句1，执行这些语句后，程序将从 END_IF 后继续执行。

如果不满足条件1，则将检查条件2。如果满足条件2，则将执行 THEN 后的语句2。执行这些语句后，程序将从 END_IF 后继续执行。

如果不满足任何条件，则直接执行 END_IF 后的程序部分。

在 IF 指令内可以嵌套任意多个 ELSIF 和 THEN 组合。可以选择对 ELSE 分支进行编程。

参数

下表列出了该指令的参数：

示例

图7 IF示例

下表展示了不同的操作数数值对目标变量的影响：

CASE：创建多路分支

说明：使用"创建多路分支"指令，可以根据数字表达式的值执行多个指令序列中的一个。

按如下方式声明此指令：

CASE <变量> OF

<常数1>: <语句1>;

<常数2>: <语句2>;

......

<常数n>: <语句n>;

ELSE <语句>;

END_CASE;

图8 CASE语句

参数

下表列出了该指令的参数：

• 二进制数（例如，2#10）
• 八进制数（例如，8#77）
• 十六进制数（例如，16#AD）
• 未定型的常数（例如，1000）

整数作为指令序列执行条件的常数值。常数可以为以下值：

• 整数（例如，5）
• 整数范围（例如，15 到 20）
• 由整数和范围组成的枚举（例如，10、11、15 到 20）

<语句>--当表达式的值等于某个常数值时，将执行该常数后的各种指令。如果不满足条件，则执行 ELSE 后编写的指令。如果两个值不相等，则执行这些指令。

* TIA PORTAL V16开始支持位序列数据类型的变量

示例

图9 CASE示例

下表展示了不同的操作数数值对目标变量的影响：

FOR：在计数循环中执行

说明：使用"在计数循环中执行"指令，重复执行程序循环，直至运行变量不在指定的取值范围内。

也可以嵌套程序循环。在程序循环内，可以编写包含其它运行变量的其它程序循环。

通过指令"复查循环条件"(Continue)，可以终止当前正在运行的程序循环。通过指令"立即退出循环"(Exit)终止整个循环的执行。

注意：

有关运行次数和运行变量的信息：

程序运行时无法更改运行次数。出于性能原因，应在块接口的"Temp"部分中声明运行变量。在循环中，该运行变量无法更改。

按如下方式声明此指令：

FOR <运行变量> := <起始值> TO <结束值> BY <增量> DO

<语句>;

END_FOR;

如果增量为1，可以简写为：

FOR <运行变量> := <起始值> TO <结束值> DO

<语句>;

END_FOR;

图10 FOR语句

下表列出了该指令的参数：

*TIA PORTAL V16开始支持无符号整数类型的变量

示例

图11 FOR示例

Tag_Value 操作数乘以b_array 数组变量的元素 (2, 4, 6, 8)。并将计算结果读入到a_array 数组变量的元素 (2, 4, 6, 8) 中。

下表展示了给定 Tag_Value 与 b_array[i] 的值得到 a_array[i] 的结果：

WHILE：满足条件时执行

说明：使用"满足条件时执行"指令可以重复执行程序循环，直至不满足执行条件为止。该条件是结果为布尔值（True 或 False）的表达式。可以将逻辑表达式或比较表达式作为条件。

执行该指令时，将对指定的表达式进行运算。如果表达式的值为 True，则表示满足该条件；如果其值为 False，则表示不满足该条件。

也可以嵌套程序循环。在程序循环内，可以编写包含其它运行变量的其它程序循环。

通过指令"复查循环条件"(Continue)，可以终止当前连续运行的程序循环。通过指令"立即退出循环"(Exit)终止整个循环的执行。

可按如下方式声明此指令：

WHILE <条件>

DO <语句>;

END_WHILE;

图12 WHILE语句

参数

下表列出了该指令的参数：

示例

图13 WHILE示例

下表展示了循环初始和循环结束时变量值的变化

REPEAT：不满足条件时执行

说明：使用"不满足条件时执行"指令可以重复执行程序循环，直至不满足执行条件为止。该条件是结果为布尔值（True 或 False）的表达式。可以将逻辑表达式或比较表达式作为条件。

执行该指令时，将对指定的表达式进行运算。如果表达式的值为 True，则表示满足该条件；如果其值为 False，则表示不满足该条件。

即使满足终止条件，至少也会执行一次循环内的语句。

也可以嵌套程序循环。在程序循环内，可以编写包含其它运行变量的其它程序循环。

通过指令"复查循环条件"(Continue)，可以终止当前连续运行的程序循环。通过指令"立即退出循环"(Exit)终止整个循环的执行。

可按如下方式声明此指令：

REPEAT <语句>;

UNTIL <条件>

END_REPEAT;

图14 REPEAT语句

参数

下表列出了该指令的参数：

示例

图15 REPEAT示例

下表展示了循环初始和循环结束时变量值的变化

CONTINUE：复查循环条件

说明：使用"复查循环条件"指令，可以结束 FOR、WHILE 或 REPEAT 循环的当前程序运行。

执行该指令后，将再次计算继续执行程序循环的条件。该指令将影响其所在的程序循环。

图16 CONTINUE用在FOR循环

图17 CONTINUE用在WHILE循环

图18 CONTINUE用在REPEAT循环

示例

图19 CONTINUE示例

下表展示了计算结果：

如果满足条件 i < 5，则不执行后续值分配 ("DB10".Test[i] := 1)。运行变量 (i) 以增量"1"递增，然后检查其当前值是否在设定的循环取值范围内。如果执行变量在循环取值范围内，则将再次计算 IF 的条件。

如果不满足条件 i < 5，则将执行后续值分配 ("DB10".Test[i] := 1) 并开始一个新循环。在这种情况下，执行变量也会以增量"1"进行递增并接受检查。

EXIT：立即退出循环

说明：使用"立即退出循环"指令，可以随时取消 FOR、WHILE 或 REPEAT 循环的执行，而无需考虑是否满足条件，并在循环结束（END_FOR、END_WHILE 或 END_REPEAT）后继续执行程序。

该指令将影响其所在的程序循环。

图20 EXIT语句

示例

图21 EXIT示例

下表展示了计算结果：

如果满足条件 i > 5，则将取消循环执行。程序将从 END_FOR 后继续执行。

如果不满足条件 i <= 5，则将执行后续值分配 ("DB10".Test[i] :=1) 并开始一个新循环。将运行变量 (i) 以 1 进行递增，并进行检查该变量的当前值是否在程序中设定的循环取值范围之内。如果执行变量 (i) 在循环取值范围内，则将再次计算 IF 的条件。

GOTO：跳转

说明：使用"跳转"指令，可以从标注为跳转标签的指定点开始继续执行程序。

跳转标签和"跳转"指令必须在同一个块中。在一个块中，跳转标签的名称只能指定一次。每个跳转标签可以是多个跳转指令的目标。不允许从"外部"跳转到程序循环内，但允许从循环内跳转到"外部"。

注意：

LAD/FBD语言内的SCL段，不能使用GOTO指令。

跳转标签遵循以下语法规则：

• 字母（a 至 z，A 至 Z）
• 字母和数字组合；请必须字母为开始

可按如下方式声明此指令：

GOTO <跳转标签>;

...

<跳转标签>: <语句>

示例

图22 GOTO示例

下表展示了每个操作数数值对目标变量的变化影响：

根据"Tag_Value"操作数的值，程序将从对应的跳转标签标识点开始继续执行。例如，如果"Tag_Value"操作数的值为 2，则程序将从跳转标签"MyLABEL2"开始继续执行。在这种情况下，将跳过"MyLABEL1"跳转标签所标识的程序行。

RETURN：退出块

说明：使用"退出块"指令，可以终止当前处理块中的程序执行，并在调用块中继续执行。

如果该指令出现在块结尾处，则可以跳过。

图23 RETURN语句

示例

图24 RETURN示例

如果"Tag_Error"操作数的信号状态不为 0，则将终止当前处理块中的程序执行。

常见问题

问题1：如何监视循环指令？

正常监视如图1所示，无法监控到循环程序内部的执行情况。

图1 监视页面

①点击监视按钮

②可以看到FOR循环内部没有任何变量显示

如果希望监视循环内部执行情况，可以在监视中的SCL程序任意位置，如图2中操作。

图2 点击监视循环

激活监视循环后，跳出窗口如图3所示，点击按钮“是”。

图3 警告窗口

之后，就可以如图4所示的，看到循环内的情况，不过这会造成增加CPU循环时间，并且只能监控到第一个循环。

图4 监视循环

问题2：CASE指令如何实现顺控功能？

通过CASE OF指令，可以比较容易实现类似顺控的功能，并且编程方法便捷、可读性较好。可以使用类似于下面的编程方式实现类似顺控的功能：

CASE 步骤号 OF //Int类型步骤号，一般位于FB的Static 0: 步骤0 逻辑编程 //一般初始步不执行具体操作，只是初始化，然后是等待开始 IF 条件 THEN 步骤号:=1； ELSIF 错误 THEN 步骤号:=100； END_IF;

1: 步骤1 逻辑编程 置位复杂指令i.REQ IF 复杂指令i.DONE THEN 复位复杂指令i.REQ 步骤号:=2； ELSIF 复杂指令i.ERROR 复位复杂指令i.REQ 步骤号:=100； END_IF;

2: 步骤2 逻辑编程 置位复杂指令m.REQ IF 复杂指令m.DONE THEN 复位复杂指令m.REQ 步骤号:=3； ELSIF 复杂指令m.ERROR 复位复杂指令m.REQ 步骤号:=100； END_IF;

. . .

n: 步骤n 逻辑编程 置位复杂指令x.REQ IF 复杂指令x.DONE THEN 复位复杂指令x.REQ 步骤号:=n+1； ELSIF 复杂指令x.ERROR 复位复杂指令x.REQ 步骤号:=100； END_IF; . . . 100: 错误处理 逻辑编程 步骤号:=0 END_CASE;

复杂指令0 //复杂指令调用 复杂指令1 . . . 复杂指令n

输出Busy、Done、Status等

复杂指令一般包含：通信、运动控制、读配方、写数据日志、读写数据记录、定时器等异步指令，这些指令通常不放在CASE语句的逻辑中，而是在最后统一调用。

一般通过复杂指令完成位、错误位等作为跳转条件。如果是定时器，也可以通过判断时间是否到达作为跳转条件。

例子：使用CASE OF指令编程运动控制，第一步相对运动以200mm/s的速度移动10000mm，第二步速度控制以100mm/s的速度移动15s，第三步停止。

图5为FB块的参数部分，图6为程序。

图5 FB参数

图6 源程序

问题3：如何导入导出SCL源文件？

可以将SCL编写的块，或者全局DB以及UDT导出成源文件，可以导出块或UDT，也可以导出所关联嵌套的块或者UDT，如图7所示。

导出方式参见图7。

图7 导出源文件

通过选择“仅所选块”导出当前块，即表中绿色底色的部分。通过选择“包含所有关联块”，导出嵌套的UDT、程序块，即表中红色底色的部分。

导入源文件方式如图8-9所示。

图8 导入源文件

图9 从源生成块

通过导入的方式可以导入单独内容的源文件，也可以导入包含多个内容的源文件。

问题4：如何使用经典Step7的接口型式

在TIA PORTAL V15.1之前，SCL块的接口方式和其他编程语言是一致的。从V15.1开始，SCL块的接口方式可以修改成和经典STEP7相同的方式，操作方式如图10所示。

图10 块接口设置

①在TIA PORTAL选项中选择设置

②左边选择“SCL（结构化控制语言）”

③在块接口选择“文本视图”，此设置默认选择表格视图。设置完，再新建的SCL块即使用所选择的视图。之前新建的SCL块不变。

如图11所示为文本视图的SCL。

图11 文本视图SCL

问题5：为什么GOTO指令会编译报错?

如图12-13所示，在LAD/FBD中的SCL编写GOTO指令时会编译报错，所以不要在这里编写GOTO指令。建议在LAD/FBD中的SCL不要使用过于复杂的编程，如果需要实现较为复杂的程序，建议单独把SCL组织成为一个子程序，然后在LAD/FBD中调用。

图12 编译报错

图13 语法错误