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运算符与表达式

SCL 提供了丰富的运算符用于构建表达式，涵盖算术、比较、逻辑、位运算和赋值操作。本章详细介绍每种运算符的语法、优先级规则和类型转换约定。

算术运算符​

运算符名称说明示例结果
+加法数值相加5 + 38
-减法数值相减10 - 46
*乘法数值相乘6 * 742
/除法数值相除，结果为 REAL10 / 33.333333
MOD取模整数除法余数10 MOD 31
**幂运算指数运算2 ** 38.0

除法注意: 整数参与除法时，运算结果提升为 REAL 类型。如需整数截断，使用 TRUNC 或 DIV 指令。

// 算术运算示例
VAR
    iA, iB, iSum : INT;
    rResult      : REAL;
    diRemainder  : DINT;
END_VAR

iSum := iA + iB;          // 加法
rResult := 100.0 / 3.0;   // 除法 → 33.33333
diRemainder := 17 MOD 5;  // 取模 → 2
rResult := 2.0 ** 10.0;   // 幂运算 → 1024.0

比较运算符​

所有比较运算符返回 BOOL 类型。

运算符名称说明示例
=等于两值相等为 TRUEiVal = 100
<>不等于两值不等为 TRUEiVal <> 0
<小于左值小于右值为 TRUEiTemp < 85
>大于左值大于右值为 TRUErSpeed > 500.0
<=小于等于左值小于等于右值为 TRUEiCount <= 1000
>=大于等于左值大于等于右值为 TRUEdiPosition >= 0
// 比较运算示例
IF iPressure > 1000 THEN
    bOverload := TRUE;
END_IF;

IF diPosition = 0 AND bHomeSensor THEN
    bHomed := TRUE;
END_IF;

逻辑运算符​

逻辑运算符用于 BOOL 表达式的组合判断，也可用于位置位运算。

运算符等效写法说明真值表 (A, B)
AND&逻辑与仅 TRUE & TRUE → TRUE
OR—逻辑或任一 TRUE → TRUE
XOR—异或两值不同 → TRUE
NOT—逻辑非 (单目)NOT TRUE → FALSE
// 逻辑运算示例
IF bEnable AND bSafetyGate THEN
    bRun := TRUE;
END_IF;

IF bStart OR bManualOverride THEN
    bCycleRequest := TRUE;
END_IF;

IF NOT bFault THEN
    bReady := TRUE;
END_IF;

// AND 与 & 等效
IF bEnable & bSafetyGate THEN
    bRun := TRUE;
END_IF;

位运算符​

位运算符作用于 BYTE、WORD、DWORD、LWORD 等位串类型，按位执行逻辑运算或移位操作。

按位逻辑​

运算符说明示例结果
AND按位与16#0F AND 16#F016#00
OR按位或16#0F OR 16#F016#FF
XOR按位异或16#0F XOR 16#F016#FF
NOT按位取反 (单目)NOT 16#0F16#F0 (以 BYTE 为例)

移位与循环​

运算符名称方向说明
SHL左移左低位补 0，高位丢弃
SHR右移右高位补 0，低位丢弃
ROL循环左移左移出的高位回填到低位
ROR循环右移右移出的低位回填到高位

移位运算符的第二个操作数为移位位数（UINT 或 INT 常量）。

// 位运算示例
VAR
    wStatus    : WORD;
    wControl   : WORD;
    wResult    : WORD;
    dwFlags    : DWORD;
    dwMasked   : DWORD;
END_VAR

// 按位设置标志位
wControl := 16#0000;
wControl := wControl OR 16#0001;   // 置位 Bit 0
wControl := wControl OR 16#0080;   // 置位 Bit 7

// 按位清除标志位
wStatus := wStatus AND NOT 16#0004;  // 清除 Bit 2

// 位掩码检测
IF (wStatus AND 16#0002) <> 0 THEN
    // Bit 1 为 TRUE
END_IF;

// 左移 3 位
wResult := wStatus SHL 3;

// 右移 2 位
wResult := wStatus SHR 2;

// 循环左移 4 位
wResult := ROL(wStatus, 4);

// 循环右移 4 位
wResult := ROR(wStatus, 4);

// DWORD 掩码操作
dwMasked := dwFlags AND 16#00FF0000;
dwFlags := dwFlags OR 16#00010000;

赋值运算符​

运算符名称说明
:=赋值将右值赋给左变量

赋值是 SCL 中最基本的操作，等号右边可以是字面量、变量、函数调用或任意复杂表达式。

// 赋值示例
iCounter := 0;                     // 字面量赋值
rSetpoint := rMasterSpeed * 0.75;  // 表达式赋值
bReady := iTemp < 85 AND iLevel > 0;  // 比较表达式赋值
sName := 'Motor_1';                 // 字符串赋值
tTimeout := T#500ms;               // 时间段赋值
arrData[5] := 100;                 // 数组元素赋值
stMotor.rSpeed := 1500.0;          // 结构体成员赋值

运算符优先级表​

从最高优先级到最低优先级，同一行内的运算符优先级相同。

优先级类别运算符结合性
1 (最高)括号(表达式)左到右
2幂运算**右到左
3单目NOT、+ (正号)、- (负号)右到左
4乘除*、/、MOD左到右
5加减+、-左到右
6移位SHL、SHR、ROL、ROR左到右
7比较<、>、<=、>=左到右
8等于/不等=、<>左到右
9按位与AND左到右
10按位异或XOR左到右
11按位或OR左到右
12 (最低)赋值:=右到左

经验法则:

  • 括号优先：不确定优先级时，用括号明确表达式的计算顺序。
  • 算术高于比较，比较高于逻辑：a + b > c AND d 等价于 ((a + b) > c) AND d。
  • 逻辑与 (AND) 优先级高于逻辑或 (OR)：a OR b AND c 等价于 a OR (b AND c)。

表达式求值顺序​

表达式的求值遵循以下规则：

  1. 按优先级从高到低：先算优先级高的运算符，再算优先级低的运算符。
  2. 同优先级从左到右：优先级相同时，从左到右依次计算（幂运算 ** 为右到左）。
  3. 短路求值：AND 和 OR 采用短路求值——左操作数足以确定结果时，右操作数不再计算。
// 短路求值示例
// 如果 iIndex < 0，右侧 arrData[iIndex] 不会计算，避免越界
IF iIndex >= 0 AND iIndex < 100 AND arrData[iIndex] > 0 THEN
    bValid := TRUE;
END_IF;

// 如果 bFault，右侧的复杂函数调用不会执行
IF NOT bFault OR ResetSystem() THEN
    bRunning := TRUE;
END_IF;

表达式中的类型转换​

隐式提升规则​

SCL 在不损失精度和范围的前提下，会自动进行类型提升：

源类型可隐式提升到
SINTINT、DINT、LINT、REAL、LREAL
INTDINT、LINT、REAL、LREAL
DINTLINT、REAL、LREAL
LINTLREAL
USINTUINT、UDINT、ULINT、INT、DINT、LINT、REAL、LREAL
UINTUDINT、ULINT、DINT、LINT、REAL、LREAL
UDINTULINT、LINT、REAL、LREAL
ULINTLREAL
REALLREAL

规则:

  • 有符号和无符号混合表达式中，有符号类型优先提升到足够容纳两者的更大类型。
  • REAL 和 LREAL 不会自动提升为整数类型——整数到浮点可提升，反之必须显式转换。
  • TIME、DATE、TOD、DT 在内部以整数存储，但与其他类型混合运算时需显式转换。

显式类型转换​

当隐式转换不可用时，使用类型转换函数：

VAR
    iVal    : INT;
    rVal    : REAL;
    diVal   : DINT;
    byArr   : ARRAY[0..3] OF BYTE;
END_VAR

iVal := INT_TO_INT(100);         // 同一类型，无操作
rVal := INT_TO_REAL(iVal);       // INT → REAL
iVal := REAL_TO_INT(rVal);       // REAL → INT（截断小数）
diVal := REAL_TO_DINT(rVal);     // REAL → DINT
byArr := DWORD_TO_BYTE_ARRAY(16#12345678);  // DWORD → 字节数组

集合运算 — IN 运算符​

IN 运算符用于判断值是否属于给定的集合范围，返回 BOOL 类型。

// IN 运算符语法
// <值> IN [<元素1>, <元素2>, ...]
// <值> IN <下限>..<上限>

// 示例
IF iState IN [1, 2, 3] THEN
    // iState 为 1、2 或 3
    bValidState := TRUE;
END_IF;

IF iSpeed IN 1000..3000 THEN
    // iSpeed 在 1000 到 3000 之间（含边界）
    bInRange := TRUE;
END_IF;

// 组合使用
IF iErrorCode IN [10, 20, 30..50] THEN
    // iErrorCode 为 10、20 或在 30..50 范围内
    bRecoverable := TRUE;
END_IF;

// 等价于显式比较
IF iErrorCode = 10 OR iErrorCode = 20
   OR (iErrorCode >= 30 AND iErrorCode <= 50) THEN
    bRecoverable := TRUE;
END_IF;

综合示例​

示例 1: 电机速度控制​

FUNCTION_BLOCK FB_MotorSpeedControl
VAR_INPUT
    bEnable    : BOOL;
    bFault     : BOOL;
    rSpeedRef  : REAL;       // 速度给定 (rpm)
    iMode      : INT;        // 0=停止, 1=低速, 2=中速, 3=高速
END_VAR
VAR_OUTPUT
    rSpeedOut  : REAL;
    bRunning   : BOOL;
    wStatus    : WORD;
END_VAR
VAR
    rRampRate  : REAL := 10.0;
    rMaxSpeed  : REAL := 3000.0;
END_VAR

// 模式与速度映射 + 安全逻辑
IF bEnable AND NOT bFault THEN
    // 使用 IN 运算符判断模式
    IF iMode IN [1, 2, 3] THEN
        // 根据模式设定目标速度
        CASE iMode OF
            1: rSpeedRef := 500.0;    // 低速
            2: rSpeedRef := 1500.0;   // 中速
            3: rSpeedRef := 3000.0;   // 高速
        END_CASE;

        // 限幅处理
        IF rSpeedRef > rMaxSpeed THEN
            rSpeedRef := rMaxSpeed;
        END_IF;

        // 加减速斜坡
        IF rSpeedOut < rSpeedRef THEN
            rSpeedOut := rSpeedOut + rRampRate;
        ELSIF rSpeedOut > rSpeedRef THEN
            rSpeedOut := rSpeedOut - rRampRate;
        END_IF;

        // 状态字：运行中
        wStatus := wStatus OR 16#0001;
        bRunning := TRUE;
    ELSE
        // 无效模式，停止
        rSpeedOut := 0.0;
        bRunning := FALSE;
        wStatus := 16#0000;
    END_IF;
ELSE
    // 未使能或有故障，安全停止
    rSpeedOut := 0.0;
    bRunning := FALSE;
    wStatus := wStatus AND NOT 16#0001;
    wStatus := wStatus OR 16#0008;  // 故障状态位
END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

示例 2: 数据校验与位域操作​

FUNCTION F_CheckTemperature : BOOL
VAR_INPUT
    rCurrentTemp : REAL;
    rSetpoint    : REAL;
    rHysteresis  : REAL;
    dwAlarmFlags : DWORD;
END_VAR
VAR
    rDelta       : REAL;
    bOverTemp    : BOOL;
    bUnderTemp   : BOOL;
    bAlarmActive : BOOL;
END_VAR

// 计算偏差
rDelta := rCurrentTemp - rSetpoint;
IF rDelta < 0.0 THEN
    rDelta := -rDelta;  // 绝对值
END_IF;

// 判断是否超出滞环范围
bOverTemp := rCurrentTemp > (rSetpoint + rHysteresis);
bUnderTemp := rCurrentTemp < (rSetpoint - rHysteresis);

// 检查报警标志——使用按位与
// 位 0 = 超温报警, 位 1 = 欠温报警, 位 2 = 传感器故障
bAlarmActive := (dwAlarmFlags AND 16#00000007) <> 0;

// 组合判断
IF (bOverTemp OR bUnderTemp) AND NOT bAlarmActive THEN
    // 温度超出范围且无硬件报警，产生警告
    F_CheckTemperature := TRUE;
ELSE
    F_CheckTemperature := FALSE;
END_IF;

// 使用 IN 运算符检查温度是否在合理工作范围
IF rCurrentTemp IN -40.0..85.0 THEN
    // 温度在传感器正常工作范围内
    // 继续执行后续逻辑
END_IF;
END_FUNCTION

示例 3: 复杂组合表达式​

// 电机启动条件——综合使用算术、比较、逻辑、位运算
bStartAllowed :=
    (NOT bEmergencyStop)                                   // 急停未触发
    AND (diActualPosition >= 0)                           // 位置有效
    AND (rDriveCurrent <= (rRatedCurrent * 1.1))          // 电流在额定 110% 以内
    AND (wDriveStatus AND 16#0020) <> 0                   // 驱动器就绪位
    AND (iMode IN [1, 2, 3])                              // 运行模式有效
    AND (NOT (dwFaultLog AND 16#0000FF00) <> 0);          // 无严重故障

// 位置偏差计算
diPositionError := diTargetPosition - diActualPosition;
IF ABS(diPositionError) > 1000 THEN
    bPositionError := TRUE;
END_IF;

// 速度前馈补偿
rFeedForward := (rTargetSpeed * 0.85) + (rAcceleration * 0.15);
rFinalOutput := (rPIDOutput * 0.7) + (rFeedForward * 0.3);