3. PLC变量与数据类型

在Sysmac Studio中，变量是程序与硬件之间交换数据的唯一通道。与许多传统PLC用“地址”编程不同，Sysmac NJ/NX系列采用变量化编程：I/O、程序内部运算、HMI交互都通过具名变量完成，物理地址只在变量属性中映射。理解变量的作用域与数据类型，是后续编写可维护程序、实现PLC与HMI集成的第一步。

一、全局变量与局部变量：作用域决定可见性

Sysmac Studio把变量按作用域分为两类。全局变量定义在“全局变量表”中，整个工程的所有程序（POU）、功能块、HMI都能访问；局部变量定义在某个程序或功能块内部，只在该POU内可见。工程上的一条基本原则是：能用局部变量就不要用全局变量。局部变量随POU封装，修改时影响面小；全局变量一旦被多处引用，改名或改类型会牵动整个工程。

全局变量又细分为“变量”和“网络变量”两类。普通全局变量用于程序内部共享；网络变量（Network Variable）用于EtherNet/IP或EtherCAT网络上不同控制器之间的数据交换，需要指定发布/订阅关系。对于单机项目，通常只需普通全局变量。

局部变量在POU的变量声明区定义，分为内部变量（VAR）、输入变量（VAR_INPUT）、输出变量（VAR_OUTPUT）、输入输出变量（VAR_IN_OUT）和保持变量（VAR_RETAIN）。其中VAR_INPUT/VAR_OUTPUT/VAR_IN_OUT用于功能块与调用者之间的接口，是结构化编程的关键。

二、基本数据类型：选对类型才能省内存、防溢出

Sysmac Studio支持IEC 61131-3标准数据类型，常用的基本类型如下表。选择类型时既要考虑数值范围，也要考虑HMI和通信的兼容性。

工程上常见的错误是用INT存放模拟量。例如一个12位模拟量模块，原始值0～4095对应0～10V，若直接用INT存放原始值没问题；但若要做工程量转换，结果应使用REAL，否则小数部分会被截断。另一个常见问题是INT溢出：一个INT最大32767，若用INT做累计计数，超过就会翻转，应改用DINT或UDINT。

三、结构体、数组与枚举：组织复杂数据

结构体（STRUCT）把多个相关变量打包成一个数据类型。例如定义一个电机数据结构体：

TYPE ST_Motor :
STRUCT
    bRun      : BOOL;      // 运行命令
    bFault    : BOOL;      // 故障反馈
    nSpeed    : INT;       // 转速设定
    rCurrent  : REAL;      // 电流反馈
    nStatus   : WORD;      // 状态字
END_STRUCT
END_TYPE

定义后即可声明stMotor1 : ST_Motor;，通过stMotor1.bRun访问成员。结构体让程序接口清晰，也便于HMI按结构批量绑定。

数组（ARRAY）用于存放同类型的多个元素，声明格式为aData : ARRAY[0..9] OF INT;。数组下标默认从0开始，也可指定为1..10。数组常用于配方、历史数据、多工位状态。注意数组越界在Sysmac中会触发异常，访问前应做下标范围判断。

枚举（ENUM）用有意义的名称代替数字，提高可读性。例如：

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

声明eState : E_State;后，程序中可写eState := eRunning;，比写eState := 1;清晰得多。枚举在HMI中还能自动显示为文本列表。

四、工程化命名规范：让变量自己说话

变量名是程序可读性的第一道防线。Sysmac Studio允许中文变量名，但工程上建议使用英文或拼音首字母，避免编码问题。推荐一套可落地的命名规则：

• 作用域前缀：全局变量用g_，局部输入用i_，局部输出用o_，输入输出用io_，保持变量用r_。
• 类型前缀：布尔b，整数n，实数r，字符串s，结构体st，数组a，枚举e。
• 主体名：用驼峰式，如bMotorRun、nSpeedSet、rTempValue。
• 单位后缀：带物理量时加单位，如rTemp_C、nTime_ms，避免单位混淆。

例如一个全局的电机运行命令，命名为g_bMotor1Run；一个局部功能块的输出完成标志，命名为o_bDone。这样即使不看注释，也能大致判断变量的作用域、类型和用途。

五、实操示例：定义一个电机控制功能块的变量

假设要编写一个电机控制功能块FB_Motor，输入启动命令、速度设定，输出运行状态、故障。变量声明如下：

FUNCTION_BLOCK FB_Motor
VAR_INPUT
    i_bStart   : BOOL;      // 启动命令
    i_bStop    : BOOL;      // 停止命令
    i_nSpeed   : INT;       // 速度设定，单位rpm，范围0~3000
END_VAR
VAR_OUTPUT
    o_bRunning : BOOL;      // 运行状态
    o_bFault   : BOOL;      // 故障标志
    o_nActual  : INT;       // 实际转速反馈
END_VAR
VAR
    nState     : E_State;   // 内部状态枚举
    tonStart   : TON;       // 启动延时定时器
END_VAR
VAR_RETAIN
    nRunCount  : DINT;      // 累计运行次数，掉电保持
END_VAR
END_FUNCTION_BLOCK

调用时，在程序中声明一个实例fbMotor1 : FB_Motor;，然后写fbMotor1(i_bStart := g_bStart, i_nSpeed := 1500);。这样，功能块内部状态与外部隔离，只有输入输出接口暴露，符合高内聚低耦合的工程原则。

掌握变量作用域与数据类型后，下一步是把这些变量映射到实际I/O和HMI标签。在Sysmac Studio中，全局变量可以直接在“I/O映射”中绑定到EtherCAT从站或内置I/O，HMI则通过变量名直接引用，无需再关心物理地址。这正是变量化编程带来的集成便利。