📚 课程目录第4章 IEC 61131-3基础数据类型与变量

4. IEC 61131-3基础数据类型与变量

在TwinCAT中编写PLC程序，第一步往往不是写逻辑，而是决定“这个数据用什么类型装、放在哪里、谁能访问”。IEC 61131-3把数据类型和变量作用域规定得非常明确，理解它们能避免大量隐式转换错误、内存浪费和跨POU访问混乱。本节围绕BOOL、INT、REAL、STRING、ARRAY、STRUCT、枚举、别名与变量作用域展开，并结合TwinCAT 3的实际声明语法说明。

一、基本数据类型：先分清“位、整数、浮点、文本”

BOOL只占1位，取值TRUE/FALSE，常用于按钮、限位、使能、报警标志。INT是16位有符号整数，范围−32768～32767；DINT是32位有符号整数；UINT/USINT等无符号类型不能表示负数。REAL是32位浮点数，约7位有效数字；LREAL是64位浮点数，约15位有效数字。STRING是字符序列，默认长度80个字符，声明时可写STRING(20)限定长度。

选择类型时遵循“够用且不溢出”原则：计数小于3万用INT，累计产量、时间戳用DINT；模拟量、温度、速度用REAL；只有高精度运算才用LREAL。BOOL不要用来存0/1数值，否则后续运算需要反复转换。

VAR
    bStart      : BOOL;          // 启动按钮
    nCount      : INT := 0;      // 计数，范围足够
    rTemp       : REAL := 25.0;  // 温度，单位℃
    sRecipeName : STRING(20);    // 配方名，最长20字符
END_VAR

二、ARRAY：同类型数据的批量容器

ARRAY用于存放同类型、同含义的一组数据，例如8个工位的合格数、4轴的位置。声明格式为ARRAY[下限..上限] OF 类型。TwinCAT默认下限为0，但也可以写成1..8，便于与现场编号一致。访问用下标，如aCount[3]。注意下标越界不会自动报错，可能读到相邻内存，因此循环边界必须用LOWER_BOUND和UPPER_BOUND获取。

VAR
    aStationOK : ARRAY[1..8] OF INT;   // 8个工位合格数
    aAxisPos   : ARRAY[0..3] OF REAL;  // 4轴位置
END_VAR

FOR i := 1 TO 8 DO
    aStationOK[i] := 0;
END_FOR

三、STRUCT：把相关字段打包成一个对象

STRUCT用于描述一个“整体对象”，例如一个电机包含使能、速度、当前位置、报警码。声明用TYPE ... STRUCT ... END_STRUCT END_TYPE，然后像基本类型一样使用。STRUCT可以嵌套，也可以作为ARRAY元素，形成“结构数组”，非常适合多轴、多工位建模。

TYPE ST_Motor :
STRUCT
    bEnable  : BOOL;
    rSpeed   : REAL;   // 单位 r/min
    rPos     : REAL;   // 单位 mm
    nAlarm   : INT;
END_STRUCT
END_TYPE

VAR
    stAxis1 : ST_Motor;
    aAxis   : ARRAY[1..4] OF ST_Motor;
END_VAR

stAxis1.bEnable := TRUE;
aAxis[2].rSpeed := 1500.0;

四、枚举与别名：让代码可读、可维护

枚举（ENUM）用有名字的常量代替数字，例如设备状态。声明后变量只能取枚举成员，比较时不再写0、1、2。别名（ALIAS）给已有类型起一个业务名字，例如TYPE T_Temperature : REAL;，这样声明rTemp : T_Temperature;比直接写REAL更能表达含义，且底层仍是REAL，不增加开销。

TYPE E_State :
(
    eIdle   := 0,
    eRun    := 1,
    ePause  := 2,
    eFault  := 3
);
END_TYPE

TYPE T_Temperature : REAL; END_TYPE

VAR
    eMachine : E_State := eIdle;
    rInlet   : T_Temperature;
END_VAR

IF eMachine = eFault THEN
    ; // 处理故障
END_IF

五、变量作用域：LOCAL、VAR_GLOBAL、VAR_INPUT/OUTPUT

作用域决定变量“在哪里可见”。POU内部声明的VAR是局部变量，只在本POU内有效；VAR_INPUT由调用者传入，VAR_OUTPUT返回给调用者，VAR_IN_OUT是引用传递，函数内修改会影响外部变量。全局变量在VAR_GLOBAL中声明，整个工程可访问，但滥用会导致耦合和排障困难。TwinCAT中还可使用VAR_GLOBAL CONSTANT定义常量，或用VAR_STAT保持FB实例间共享。

VAR_GLOBAL
    gbSystemReady : BOOL;
    gnTotalCount  : DINT;
END_VAR

FUNCTION_BLOCK FB_Conveyor
VAR_INPUT
    bStart : BOOL;
    rSpeed : REAL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    bRunning : BOOL;
END_VAR
VAR
    nLocalStep : INT;
END_VAR
END_FUNCTION_BLOCK

命名建议：BOOL用b前缀，INT用n，DINT用di，REAL用r，STRING用s，结构体用st，枚举用e，全局用g。这样在TwinCAT的变量监视和交叉引用中能快速定位。

六、类型选择与作用域的实际判断

假设要做一个4轴搬运站：每轴需要使能、目标位置、当前位置、报警码，还要统计每轴完成次数。合理做法是定义ST_Axis结构体，再用ARRAY[1..4] OF ST_Axis；完成次数用ARRAY[1..4] OF DINT；设备状态用枚举E_State；温度用别名T_Temperature。轴控制逻辑封装在FB中，输入输出通过VAR_INPUT/VAR_OUTPUT传递，只有系统级就绪和总计数放全局。这样既避免了全局变量泛滥，又让数据类型与业务含义一一对应。

需要特别注意的是类型转换：INT与REAL混合运算时，TwinCAT不会自动把INT提升为REAL，必须显式写INT_TO_REAL(nCount)；REAL转INT会截断小数，需要四舍五入时用REAL_TO_INT(rTemp + 0.5)。STRING与数值之间也要用INT_TO_STRING等转换函数，不能直接赋值。

把类型和作用域定清楚后，后续的FB封装、HMI变量绑定和在线监视都会顺畅很多。建议在项目初期就建立自己的类型库（DUT），把ST_、E_、T_开头的类型集中管理，避免每个POU重复定义。