STL 语句表编程

1. 理解 STL 语句表编程的基础

• 基于指令的顺序执行: STL 程序由一系列指令顺序组成，PLC 按照指令在程序中的排列顺序逐条执行。

• 累加器 (Accumulator) 的核心作用: STL 指令的操作通常围绕着 累加器 (ACCU) 进行。 累加器可以理解为一个临时存储和处理数据的寄存器。 很多 STL 指令会将操作数加载到累加器，或者对累加器中的数据进行处理，并将结果放回累加器或存储到其他地址。

• 程序状态字 (Program Status Word - PSW) 的状态标志: PSW 包含一系列状态标志位，例如：

  • OV (溢出): 指示算术运算是否发生溢出。
  • OS (存储溢出): 指示是否发生存储区溢出。
  • CC (条件代码): 通常有两个条件代码位 (CC0, CC1)，用于指示比较或逻辑运算的结果 (例如，相等、大于、小于等)。
  • BR (二进制结果): 通常用于位逻辑指令的结果。
  • 其他标志位: 例如，零标志、符号标志等。

  理解 PSW 的状态标志非常重要，因为很多 STL 指令的执行结果会影响这些标志位，而后续的条件跳转指令 (例如，JC, JCN, JE, JNE 等) 会根据这些标志位的状态来决定程序的执行流程。

• 操作数类型和寻址方式: STL 指令可以操作不同类型的数据，例如位 (Bit)、字节 (Byte)、字 (Word)、双字 (Double Word) 等。 支持多种寻址方式，例如：

  • 直接地址: 例如 I0.0, Q1.5, M2.0, VW100, DB1.DBW20 等。
  • 立即数: 例如 TRUE, FALSE, 10, 16#FF, REAL#3.14 等。
  • 间接寻址: 通过地址寄存器或指针来访问数据，在 STL 中间接寻址相对较少使用，但在更高级的 PLC 编程中很常见。

2. 常用的 STL 指令分类和详解 (S7-200 Smart & S7-200)

以下列举一些常用的 STL 指令类型，并提供简要说明和示例 (注意：S7-200 Smart 和 S7-200 的指令集基本兼容，但某些高级指令可能有所不同，请查阅具体型号的指令手册)：

• 位逻辑指令 (Bit Logic): 用于位操作和逻辑运算。

  • A <位地址> (与): 将指定位地址的信号状态与累加器 ACCU 0 的逻辑与结果存入 ACCU 0。 例如: A I0.0 (如果 ACCU 0 和 I0.0 都为 TRUE, 则 ACCU 0 结果为 TRUE)。
  • AN <位地址> (与非): 将指定位地址的信号状态取反后与累加器 ACCU 0 进行逻辑与。例如: AN I0.1 (如果 ACCU 0 为 TRUE 且 I0.1 为 FALSE, 则 ACCU 0 结果为 TRUE)。
  • O <位地址> (或): 逻辑或运算。 例如: O M1.0。
  • ON <位地址> (或非): 逻辑或非运算。例如: ON M1.1。
  • X <位地址> (异或): 逻辑异或运算。例如: X Q0.0。
  • XN <位地址> (异或非): 逻辑异或非运算。
  • NOT (非): 将累加器 ACCU 0 的逻辑值取反。例如: NOT (如果 ACCU 0 为 TRUE, 执行后变为 FALSE)。
  • = <位地址> (赋值): 将累加器 ACCU 0 的逻辑值赋值给指定的位地址。例如: = Q0.1 (如果 ACCU 0 为 TRUE, 则 Q0.1 输出为 TRUE)。
  • S <位地址> (置位): 如果累加器 ACCU 0 为 TRUE, 则将指定位地址置为 TRUE (SET)。例如: S M2.0。
  • R <位地址> (复位): 如果累加器 ACCU 0 为 TRUE, 则将指定位地址复位为 FALSE (RESET)。 例如: R M2.1。
  • SET (置位累加器): 将累加器 ACCU 0 置为 TRUE。
  • CLR (复位累加器): 将累加器 ACCU 0 复位为 FALSE。
  • NOP <n> (空操作): 执行 n 条空操作指令，不执行任何实际操作，通常用于程序调试或占位。

• 比较指令 (Compare): 比较操作数，并根据比较结果设置 PSW 的条件代码位 (CC0, CC1)。

  • ==I, <>I, >I, <I, >=I, <=I (整数比较): 比较两个整数。 例如: ==I VW10, 100 (比较 VW10 和立即数 100 是否相等)。
  • ==R, <>R, >R, <R, >=R, <=R (实数比较): 比较两个实数。 例如: >R VD20, REAL#5.0 (比较 VD20 是否大于实数 5.0)。
  • ==D, <>D, >D, <D, >=D, <=D (双整数比较): 比较两个双整数。

  比较指令通常与条件跳转指令配合使用。

• 算术运算指令 (Arithmetic Operations): 进行数值计算。

  • +I, -I, *I, /I (整数运算): 加、减、乘、除整数。 例如: +I VW30, 5 (将 VW30 的值加上 5，结果存回累加器)。
  • +R, -R, *R, /R (实数运算): 加、减、乘、除实数。 例如: -R VD40, REAL#1.2 (从 VD40 的值减去实数 1.2，结果存回累加器)。
  • +D, -D, *D, /D (双整数运算): 加、减、乘、除双整数。
  • INC <字/双字地址> (递增): 将指定地址的字或双字值加 1。 例如: INC MW10 (将 MW10 的值加 1)。
  • DEC <字/双字地址> (递减): 将指定地址的字或双字值减 1。 例如: DEC VD20 (将 VD20 的值减 1)。
  • MOD (取模/余数): 整数除法后取余数。

• 数据传送指令 (Move): 将数据从一个地址传送到另一个地址。

  • L <操作数> (加载): 将指定的操作数加载到累加器 ACCU 0。 例如: L IW0 (将 IW0 的值加载到 ACCU 0)。
  • T <地址> (传送): 将累加器 ACCU 0 的值传送到指定的地址。 例如: T QW2 (将 ACCU 0 的值传送到 QW2)。
  • MOVB <源字节地址>, <目标字节地址> (传送字节): 传送一个字节。
  • MOVW <源字地址>, <目标字地址> (传送字): 传送一个字。
  • MOVD <源双字地址>, <目标双字地址> (传送双字): 传送一个双字。

• 定时器指令 (Timer): 实现时间延时功能。

  • TON <定时器号>, <预设时间> (接通延时定时器): 当输入条件满足时，定时器开始计时，到达预设时间后，定时器输出位 Q 置位。 例如: TON T37, VW50 (启动定时器 T37，预设时间从 VW50 读取)。
  • TOF <定时器号>, <预设时间> (断开延时定时器): 当输入条件由 TRUE 变为 FALSE 时，定时器开始计时，到达预设时间后，定时器输出位 Q 复位。
  • TP <定时器号>, <预设时间> (脉冲定时器): 当输入条件由 FALSE 变为 TRUE 时，定时器输出位 Q 置位一个脉冲宽度的时间。

• 计数器指令 (Counter): 进行计数功能。

  • CTU <计数器号>, <预设值>, <复位输入>, <计数输入> (加计数器): 当计数输入端有上升沿信号时，计数器当前值加 1，当达到预设值时，计数器输出位 CU 置位。 复位输入端为 TRUE 时，计数器复位。 在 STL 中，通常使用多条指令组合实现计数器功能。
  • CTD <计数器号>, <预设值>, <复位输入>, <计数输入> (减计数器): 类似加计数器，但进行减计数。
  • CTUD <计数器号>, <预设值>, <复位输入>, <加计数输入>, <减计数输入> (加/减计数器): 具有加计数和减计数功能。

• 跳转指令 (Jump): 控制程序的执行流程，实现条件跳转或无条件跳转。

  • JMP <标号> (无条件跳转): 程序无条件跳转到指定的标号处继续执行。 例如: JMP NEXT_STEP。
  • JC <标号> (条件跳转 - Carry/进位): 如果 PSW 的进位标志位 (Carry Flag) 为 1，则跳转到指定标号。
  • JCN <标号> (条件跳转 - 非 Carry/非进位): 如果 PSW 的进位标志位为 0，则跳转。
  • JE <标号> (条件跳转 - Equal/相等): 如果比较结果为相等 (通常由比较指令设置)，则跳转。
  • JNE <标号> (条件跳转 - Not Equal/不相等): 如果比较结果为不相等，则跳转。
  • JL <标号> (条件跳转 - Less than/小于): 如果比较结果为小于，则跳转。
  • JG <标号> (条件跳转 - Greater than/大于): 如果比较结果为大于，则跳转。
  • JLZ <标号> (条件跳转 - Less than or Equal/小于等于): 如果比较结果为小于等于，则跳转。
  • JGZ <标号> (条件跳转 - Greater than or Equal/大于等于): 如果比较结果为大于等于，则跳转。
  • JUO <标号> (条件跳转 - Unordered/无序): 用于实数比较，如果比较结果为无序 (例如，NaN 与任何数比较)，则跳转。
  • LOOP <标号> (循环): 实现循环结构。

• 程序控制指令 (Program Control):

  • CALL <子程序名> (调用子程序): 调用指定的子程序。 例如: CALL SUB_ROUTINE_1。
  • RET (子程序返回): 从子程序返回到主程序。
  • MEND (程序结束): 标志程序段的结束。

• 数据类型转换指令 (Convert): 在不同数据类型之间进行转换。

  • I_DI (整数到双整数): 将整数转换为双整数。
  • DI_I (双整数到整数): 将双整数转换为整数。
  • I_R (整数到实数): 将整数转换为实数。
  • R_I (实数到整数): 将实数转换为整数 (注意舍入)。
  • BCD_I (BCD码到整数): 将 BCD 码转换为整数。
  • I_BCD (整数到 BCD码): 将整数转换为 BCD 码。

• 移位和循环移位指令 (Shift and Rotate): 对数据进行位移操作。

  • SHL <字/双字地址>, <移位位数> (左移): 将字或双字向左移位，空出的低位补 0。 例如: SHL MW20, 3 (将 MW20 左移 3 位)。
  • SHR <字/双字地址>, <移位位数> (右移): 向右移位，空出的高位补 0。
  • ROL <字/双字地址>, <循环移位位数> (循环左移): 循环左移，移出的位填补到空出的低位。
  • ROR <字/双字地址>, <循环移位位数> (循环右移): 循环右移。

3. STL 语句表程序设计方法 - 步骤和技巧

• 清晰理解控制任务: 如同任何编程语言，首先要明确你的控制目标。 详细分析控制逻辑、输入输出关系、顺序控制流程、数据处理需求等。

• I/O 分配和地址规划: 确定程序中使用的输入 (I)、输出 (Q)、存储器 (M)、变量存储区 (V)、数据块 (DB) 等地址，并做好记录。

• 算法设计 (流程图或伪代码): 在编写 STL 代码之前，先用流程图或伪代码描述控制算法的步骤。 这对于组织复杂的逻辑至关重要，尤其是在 STL 这种文本语言中。

• STL 代码编写: 根据算法，逐条编写 STL 指令。 注意以下技巧：

  • 注释: 在 STL 代码中添加 详细的注释! 由于 STL 代码相对抽象，充分的注释是提高代码可读性和可维护性的关键。 可以使用行注释 (; 开头) 和块注释 (例如，使用 (* ... *))。
  • 合理使用累加器: 理解累加器的工作方式，高效地利用累加器进行数据处理和逻辑运算，减少不必要的加载和传送指令。
  • 利用 PSW 状态标志: 充分利用 PSW 的状态标志位，结合条件跳转指令，实现复杂的条件控制逻辑。
  • 程序分段和模块化: 对于较长的 STL 程序，可以将程序分解成多个功能相对独立的段 (例如，使用标号分隔)，甚至编写子程序 (Subroutine)，提高程序结构清晰度。
  • 使用标号 (Label): 合理使用标号 (例如 NEXT_STEP:) 作为跳转指令的目标位置，使程序流程更易于理解。 标号的命名应具有描述性。
  • 数据类型匹配: 确保指令的操作数数据类型匹配，避免数据类型错误。
  • 代码格式化: 保持一致的代码缩进和格式，提高代码可读性。 尽管 STL 的格式不如 LAD/FBD 那么直观，但合理的缩进和对齐仍然重要。

• 程序测试与调试:

  • 语法检查: 使用 STEP 7 Micro/WIN SMART 软件进行语法检查，消除语法错误。
  • 逻辑仿真: 在软件仿真环境下，模拟输入信号，检查程序逻辑是否符合预期。
  • 在线监控: 将程序下载到实际 PLC 中，使用在线监控功能，观察程序运行状态、变量值、I/O 状态等，进行在线调试。
  • 逐步调试: 对于复杂的程序，可以采用逐步调试的方法，一段一段地测试程序的功能，逐步排查错误。

4. STL 语句表编程风格建议

• 注释先行: 先写注释，描述程序段的功能和逻辑，再编写 STL 指令。
• 指令分解: 对于复杂的逻辑运算，可以分解成多条简单的 STL 指令，提高代码可读性。 避免写过于复杂的单行 STL 指令。
• 使用有意义的符号地址: 尽量使用符号地址 (而不是绝对地址)，提高程序的可读性和可移植性。 在 STEP 7 Micro/WIN SMART 中，可以创建符号表，为 I/O 点、存储器位、变量等定义符号名称。
• 避免过度优化 (除非必要): 过度的代码优化可能会降低代码的可读性。 除非对程序执行效率有非常高的要求，否则应优先考虑代码的可读性和可维护性。
• 程序版本管理: 使用版本控制工具 (例如 Git) 管理 PLC 程序代码，方便代码的版本管理、回溯和团队协作。

5. STL 语句表编程的优缺点

• 优点:

  • 执行效率高: STL 代码通常比 LAD/FBD 代码执行效率更高，尤其是在进行复杂的数据处理和运算时。
  • 控制精确: STL 提供了更底层的硬件控制能力，可以实现更精细的控制逻辑。
  • 适合复杂逻辑和算法: 对于复杂的逻辑控制、数学运算、数据处理等，STL 表达能力更强，更灵活。
  • 系统级编程: 在编写 PLC 系统程序、通信程序、驱动程序等底层程序时，STL 更为适用。
  • 代码紧凑: 在某些情况下，使用 STL 可以编写出更紧凑的代码。

• 缺点:

  • 学习曲线陡峭: STL 相对于 LAD/FBD 更难学习和掌握，需要理解累加器、PSW、指令执行机制等底层概念。
  • 可读性较差: 文本化的 STL 代码不如图形化的 LAD/FBD 直观，可读性和可维护性相对较差 (尤其在缺乏注释的情况下)。
  • 调试难度较高: 相对于 LAD/FBD，STL 程序的调试可能更具挑战性，需要更强的调试技巧。
  • 不适合所有应用: 对于简单的开关量逻辑控制，LAD 通常更直观易用，STL 的优势不明显。