SCL 语言概述

SCL（Structured Control Language，结构化控制语言）是 Darra PLC 的文本编程语言，基于 IEC 61131-3 标准中定义的**结构化文本（ST）**语法。SCL 语法接近 Pascal / Ada，面向工业控制领域的高级算法、数据处理和复杂逻辑实现。

SCL 与梯形图（LAD）、连续功能图（CFC）共同构成 Darra IDE 三大 PLC 逻辑编辑器。

SCL 的应用场景

SCL 适用于需要编写复杂控制逻辑的工业自动化任务：

场景	说明	典型行业
复杂算法	PID 变体、滤波器、运动轨迹规划	冶金、化工
数据处理	数组排序、统计计算、协议解析	水处理、环境监测
数学运算	浮点矩阵、三角变换、坐标映射	机器人、CNC
状态机	多状态工艺步、安全连锁	包装、注塑
配方管理	配方参数计算与切换	食品饮料、制药
通讯协议	串口/以太网数据帧打包解析	楼宇、能源
批量控制	ISA-88 批次顺序控制	化工、制药
运动控制	电子凸轮、插补前计算	电子制造

SCL vs LAD vs CFC

三种编程语言各有侧重，实际项目中常混合使用：

特性	SCL	LAD（梯形图）	CFC（连续功能图）
编程范式	文本（过程式）	图形（继电器电路）	图形（数据流连线）
语法基础	Pascal/Ada	触点 + 线圈	功能块 + 连线
入门难度	中等	较低	中等
复杂算法	非常适合	不适合	中等
位逻辑	可行	非常适合	可行
数学运算	非常适合	困难	适合
状态机	非常适合	困难	中等
代码复用	FUNCTION/FB	子程序 + FB 实例	FB 实例
调试效率	断点 + 监视	高亮线 + 线圈值	连线值实时显示
版本控制	文本 diff 友好	XML diff 可行	XML diff 可行
执行效率	编译优化佳	中等	中等
典型占比	~40%	~40%	~20%

选型建议

• 控制逻辑以位运算为主（启停、连锁、互锁）：优先 LAD
• 以数据流和连续处理为主（信号调理、滤波、比例运算）：优先 CFC
• 以算法、状态机、数学处理为主：优先 SCL
• 需要版本管理和团队协作：SCL 的纯文本格式在 Git diff 上最清晰
• 新功能原型开发：SCL 快速迭代，稳定后再考虑是否图形化

基本程序结构

SCL 程序由若干**程序组织单元（POU）**组成，每种 POU 对应不同的用途：

PROGRAM（程序）

PROGRAM 是 PLC 执行的顶层入口，不保存实例状态，每次扫描周期执行完后输出值清零（除非使用 RETAIN）。

PROGRAM Main
VAR
    iCounter : INT;
    bStart   : BOOL;
END_VAR

// 读取输入
bStart := %IX0.0;

// 控制逻辑
IF bStart THEN
    iCounter := iCounter + 1;
END_IF;

// 写入输出
%QX0.0 := iCounter > 100;

END_PROGRAM

FUNCTION（函数）

FUNCTION 没有持久化状态，相同输入始终返回相同输出，内部变量不保持。

FUNCTION LimitFilter : REAL
VAR_INPUT
    rValue  : REAL;
    rMin    : REAL;
    rMax    : REAL;
END_VAR

IF rValue > rMax THEN
    LimitFilter := rMax;
ELSIF rValue < rMin THEN
    LimitFilter := rMin;
ELSE
    LimitFilter := rValue;
END_IF;

END_FUNCTION

FUNCTION_BLOCK（功能块）

FUNCTION_BLOCK 有持久化状态，实例数据在两次调用之间保持。这是 IEC 61131-3 中最常用的 POU 类型。

FUNCTION_BLOCK FB_Integrator
VAR_INPUT
    rInput  : REAL;
    bReset  : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    rOutput : REAL;
END_VAR
VAR
    rIntegral : REAL;
    rTs       : TIME := T#10ms;  // 采样周期
END_VAR

IF bReset THEN
    rIntegral := 0.0;
ELSE
    rIntegral := rIntegral + rInput * TIME_TO_REAL(rTs) / 1000.0;
END_IF;

rOutput := rIntegral;

END_FUNCTION_BLOCK

TYPE（数据类型声明）

用户自定义数据类型在 TYPE ... END_TYPE 块中声明：

// 枚举
TYPE AxisState : (
    AXIS_IDLE := 0,
    AXIS_HOMING := 1,
    AXIS_RUNNING := 2,
    AXIS_ERROR := 3
);
END_TYPE

// 结构体
TYPE ConveyorData :
STRUCT
    bRunning   : BOOL;
    rSpeed     : REAL;
    diDistance : DINT;
    sProduct   : STRING[32];
END_STRUCT;
END_TYPE

SCL 编辑器功能

Darra IDE 的 SCL 编辑器提供工业级代码编辑体验：

语法高亮

• 关键字（IF、FOR、CASE、VAR 等）以粗体蓝色显示
• 数据类型（INT、REAL、BOOL、STRING）以青色显示
• 字符串字面量以绿色显示
• 数字常量以紫色显示
• 注释以灰色斜体显示
• 错误下划线红色波浪线

代码折叠

支持折叠以下结构：

• VAR ... END_VAR 变量声明块
• FUNCTION / FUNCTION_BLOCK / PROGRAM ... END_FUNCTION / END_FUNCTION_BLOCK / END_PROGRAM
• IF ... END_IF 条件分支
• CASE ... END_CASE 分支
• FOR / WHILE / REPEAT ... END_FOR / END_WHILE / END_REPEAT 循环
• TYPE ... END_TYPE 类型声明
• WITH ... END_WITH 区域（厂家扩展）

智能补全

输入前缀时自动弹出候选列表：

• 变量名（当前 POU + 全局变量）
• 功能块实例与成员
• 数据类型关键字
• 标准函数（SQRT、SIN、ABS、LEN 等）
• 字符串与转换函数
• 内置 OB/FB 名称

参数提示

输入函数或 FB 名称后紧跟 ( 时，弹出参数列表提示：

• 参数名称与数据类型
• 输入/输出方向（VAR_INPUT / VAR_OUTPUT / VAR_IN_OUT）
• 当前参数高亮定位
• 已有默认值的参数灰显

重构支持

• 重命名符号：变量、FB 实例、POU 名称的跨文件重命名
• 提取变量：选中表达式 → 提取为中间变量
• 提取函数：选中代码块 → 提取为独立 FUNCTION
• 跳转定义：F12 跳转到变量声明或 POU 定义
• 查找所有引用：Shift + F12 列出所有引用位置
• 格式化文档：Ctrl + K, Ctrl + D 统一缩进与对齐

组织块（Organization Blocks）

组织块（OB）是 PLC 程序与操作系统之间的接口。每个 OB 有固定的优先级和触发条件，由 PLC 运行时自动调用。

主循环 OB

OB 编号	名称	触发条件	优先级	说明
OB1	主循环	循环执行	1（最低）	主程序周期扫描，默认所有项目必须至少有一个 OB1

OB1 是 PLC 程序的核心，PLC 运行时在每个扫描周期中自动调用一次 OB1。扫描周期由系统配置决定（典型值 1ms ~ 100ms）。

启动 OB

OB 编号	名称	触发条件	优先级	说明
OB100	暖启动	CPU 上电	最高	执行一次，用于初始化全局变量和硬件

OB100 在 PLC 从 STOP 切换到 RUN 时执行一次。常用于：

• 变量初始值设定
• 硬件模块配置校验
• 通讯连接建立
• 故障恢复后的状态恢复

时间中断 OB

OB 编号	触发频率	优先级	典型用途
OB30 ~ OB38	周期性（10ms ~ 60s 可配置）	2 ~ 10	PID 调节、高速计数、位置采样

每个循环中断 OB 可独立配置间隔时间。高频率 OB（如 OB30 配 10ms）用于对时间精度要求高的任务。

日钟中断 OB

OB 编号	触发条件	优先级	典型用途
OB20 ~ OB23	指定时刻（每日/每周/每月）	3 ~ 6	日报统计、设备巡检、定时切换

错误 OB

OB 编号	触发条件	优先级	默认响应
OB80	扫描周期超时	26	记录错误，继续运行
OB81	电源故障	26	记录错误，继续运行
OB82	诊断中断	26	记录诊断消息
OB83	插拔中断	26	记录模块变更
OB84	CPU 硬件故障	26	记录错误
OB85	程序执行错误	26	记录错误，跳过故障块
OB86	机架/站故障	26	记录分布式 IO 故障
OB87	通讯错误	26	记录通讯失败
OB88	中断堆栈溢出	26	记录溢出
OB89	编程错误	26	记录语法/逻辑错误
OB90	后台循环	26（最低）	空闲时执行低优先级任务
OB91	多处理器通讯	26	多 CPU 同步
OB92	IO 冗余故障	26	记录冗余切换
OB93	温度/环境告警	26	记录环境异常
OB94	存储区损坏	26	记录存储错误
OB95	用户自定义	26	厂家保留
OB96	用户自定义	26	厂家保留
OB97	用户自定义	26	厂家保留
OB98	用户自定义	26	厂家保留
OB99	用户自定义	26	厂家保留
OB121	编程错误	27	记录错误，停止当前块
OB122	IO 访问错误	27	记录 IO 错误

错误 OB 的作用

即使未编写对应的错误 OB，PLC 运行时也不会因此停机——系统会使用默认处理方式（记录诊断并继续）。编写错误 OB 可以让工程师在故障发生时执行自定义恢复逻辑，例如切换冗余通道或触发安全停机序列。

程序执行模型

循环扫描

PLC 程序执行遵循"输入采样 → 程序执行 → 输出刷新"的循环扫描模型：

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│                   一个扫描周期                        │
│                                                      │
│  ┌──────────┐    ┌──────────┐    ┌──────────┐        │
│  │ 读取输入  │    │ 执行程序  │    │ 刷新输出  │        │
│  │ (采样)    │───▶│ (OB 调度) │───▶│ (写映像)  │        │
│  └──────────┘    └──────────┘    └──────────┘        │
│       │               │               │               │
│       ▼               ▼               ▼               │
│  过程映像          OB 链          过程映像            │
│  输入区           执行            输出区             │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

1. 读取输入：PLC 将物理输入模块的状态批量复制到过程映像输入区（PII）
2. 执行程序：按优先级顺序执行 OB1 及所有已触发的中断 OB
3. 刷新输出：将**过程映像输出区（PIQ）**批量写入物理输出模块

这个模型保证了扫描周期内输入输出的一致性——程序执行期间输入值不会变化。

OB 优先级调度

OB 按优先级执行，优先级数值越低表示优先级越高：

// Darra PLC 扫描周期示例
// 周期设置: 10ms
// 中断配置: OB30 (5ms), OB35 (50ms)

PROGRAM Main        // 优先级 1 (最低)
// 10ms 执行一次
// 可被所有中断 OB 打断

// 执行过程中若 5ms 定时到:
// 1. OB1 暂停
// 2. OB30 执行 (优先级 2)
// 3. OB30 执行完毕后, OB1 继续
END_PROGRAM

调度规则：

• 优先级高的 OB 可以打断优先级低的 OB
• 同优先级 OB 按触发时间顺序执行
• 错误 OB（OB80 ~ OB99）优先级高于普通 OB
• OB90（后台循环）仅在无其他 OB 等待时执行
• OB1 执行时间超过配置的扫描周期时触发 OB80

任务看门狗

每个循环中断 OB 和 OB1 均有独立看门狗：

参数	默认值	说明
扫描周期监视	周期的 2 倍	OB1 执行超时触发 OB80
循环中断监视	配置周期的 1.5 倍	OB30 ~ OB38 超时触发 OB80
最大循环嵌套	16 层	中断嵌套深度限制
最大 OB 调用栈	32 层	POU 调用深度限制

// 看门狗复位（厂家扩展）
FUNCTION_BLOCK FB_WatchdogSafe
VAR_INPUT
    bTrigger : BOOL;
    tTimeout : TIME;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    bAlarm   : BOOL;
END_VAR
VAR
    tonWatch : TON;
END_VAR

tonWatch(IN := bTrigger, PT := tTimeout);

// 看门狗触发 → 安全输出
IF tonWatch.Q THEN
    bAlarm := TRUE;
    // 此处执行安全动作：输出清零 / 急停 / 报警
END_IF;

END_FUNCTION_BLOCK

执行模式

模式	说明	触发方式
RUN	正常循环执行	启动后默认
STOP	停止程序执行，输出保持或清零	编程设备命令 / 故障
STARTUP	暖启动（OB100 执行）	上电 / STOP→RUN
HOLD	冻结所有输出（调试用）	调试命令

与 IEC 61131-3 标准的兼容性

Darra SCL 实现覆盖 IEC 61131-3 Third Edition 的全部必备要素：

标准要素	支持状态	说明
基本数据类型	全部支持	BOOL / INT / DINT / REAL / LREAL / TIME / DATE / STRING 等
复合数据类型	全部支持	ARRAY / STRUCT / STRING / WSTRING
枚举	支持	支持显式赋值与范围检查
引用	支持	REF_TO / POINTER TO
标准函数	全部支持	SQRT / SIN / COS / ABS / LEN / FIND 等
标准功能块	全部支持	TON / TOF / TP / SR / RS / CTU / CTD / CTRL
组织块	支持全部标准 OB	OB1 / OB100 / OB30-38 / OB20-23 / OB80-99
多语言互调	支持	SCL 可调用 LAD / CFC 编写的 FB
RETAIN	支持	保持型变量在掉电后恢复
CONSTANT	支持	编译期常量，不可运行时修改
VAR_IN_OUT	支持	引用传递参数

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