IEC 61131-32025 可编程控制器 第3部分编程语言标准立项发展报告

可编程控制器第3部分：编程语言标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ProgrammableControllers–Part3:ProgrammingLanguages摘要可编程控制器（ProgrammableController，简称PLC）作为工业自动化领域的核心控制设备，其编程语言的标准化对于保障工业控制系统的互操作性、可移植性和长期可维护性具有举足轻重的意义。IEC61131-3作为国际电工委员会（IEC）发布的关于可编程控制器编程语言的权威国际标准，自1993年首次发布以来，历经2003年第二版和2013年第三版的修订与完善，已成为全球工业控制领域公认的编程语言规范基础。本报告基于IEC61131-3:2025最新版本标准，系统梳理了该标准的立项背景、发展历程、核心技术内容及其在工业自动化领域的应用价值。报告详细分析了2025年第四版在软件工程安全、面向对象编程增强、分布式控制系统支持等方面的重大技术更新，并通过对主导修订工作的国际组织和主要参与单位的介绍，展现了全球工业自动化领域在该标准制定过程中的深度协作。本报告旨在为工业自动化领域的技术人员、标准化工作者及企业管理人员提供全面、权威的参考依据，促进该标准在中国的深入应用与推广，并为相关领域的标准化工作提供有益借鉴。关键词：可编程控制器；编程语言；IEC61131-3；工业自动化；标准化；PLCopen一、引言1.1研究背景工业自动化是现代制造业的核心支撑技术，而可编程控制器作为工业控制系统的“大脑”，其重要性不言而喻。随着工业4.0、智能制造和工业互联网的快速发展，工业控制系统面临前所未有的复杂性和互联互通需求。在这一背景下，PLC编程语言的标准化成为保障系统互操作性、降低工程维护成本、提升软件开发效率的关键基础。IEC61131-3标准由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）下属的SC65B分技术委员会（工业过程测量、控制和自动化）制定，是可编程控制器领域最为基础和重要的国际标准之一。该标准规定了PLC编程系统的语法、语义和元素，定义了指令表（IL）、结构化文本（ST）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）五种编程语言，为工业控制软件的开发提供了统一的规范框架。1.2标准基本信息-标准编号：IEC61131-3:2025-中文名称：可编程控制器第3部分：编程语言-英文名称：Programmablecontrollers–Part3:Programminglanguages-标准状态：现行（Current）-发布机构：国际电工委员会（IEC）-分类号：信息技术在工业中的应用（Applicationofinformationtechnologyinindustry）-发布日期：2025年5月22日-国别：国际组织-语言：英语+法语-版本说明：电子版加密PDF格式-售价：3846.0元二、标准发展历程2.1标准的起源与首版发布IEC61131系列标准的制定工作始于20世纪80年代初期。当时，全球可编程控制器市场蓬勃发展，各大制造商（如西门子、罗克韦尔、三菱、施耐德等）均采用各自专有的编程系统，导致工程师需要针对不同品牌甚至不同型号的PLC学习完全不同的编程方法。这种碎片化的产业生态不仅极大地增加了工程培训成本，也严重阻碍了工业控制系统的跨平台移植和维护。为此，IEC于1982年成立了SC65B分技术委员会下属的WG7工作组（后更名为WG9），专职负责可编程控制器标准化工作。经过十余年的反复讨论和草案修订，IEC61131-3:1993作为IEC61131系列标准中的第3部分正式发布。该标准首次系统性地定义了PLC编程的公共元素、文本化语言和图形化语言，提出了软件模型和通信模型等创新概念，为PLC编程语言的标准化奠定了开创性的基础。首版标准发布后，迅速被世界各国广泛采用，成为工业控制软件领域最具影响力的国际标准之一。2.2历次修订演进-2003年第二版：对1993年版进行了系统性修订，融合了PLCopen（国际PLC开放组织）在功能块库标准化方面积累的实践经验，对功能块类型、变量声明、配置元素等内容进行了全面优化。该版本显著增强了标准的可读性和可实施性，降低了实现者和使用者的理解难度。-2013年第三版：响应软件工程技术发展的新趋势，引入了面向对象编程（OOP）的基本概念，包括类、继承、接口和多态等机制，实现了PLC编程从结构化编程向面向对象编程的重大跨越。同时增加了XML数据交换格式的规范性附录，提升了不同PLC编程工具之间的工程文件交换能力。-2025年第四版（本次发布）：在继承第三版技术架构的基础上，基于工业自动化领域近十年的技术演进需求，围绕软件工程安全、分布式控制、模型驱动开发等方向进行了系统性升级，并结合PLCopen多年实践反馈对标准文本的规范性和一致性进行了全面优化。2.3与其他IEC61131子标准的关系IEC61131系列标准共包含多个部分，其中IEC61131-3是整个系列中最具影响力、应用最为广泛的部分。该系列还包括通用信息（第1部分）、设备要求和测试（第2部分）、用户指南（第4部分）及通信（第5部分，后转由IEC61784-3替代）等。其中，第3部分定义了所有PLC系统的编程语言基础，而第2部分规定了硬件设备的性能要求与测试方法，两者共同构成了PLC产品开发和认证的技术基石，被全球主要PLC制造商作为产品研发和认证的基本依据。三、标准核心技术内容分析3.1标准适用范围与基本框架IEC61131-3:2025规定了可编程控制器系统中编程语言的语法和语义，适用于所有类型的PLC系统，从微型集成式控制器到大型模块化控制系统。标准定义了以下五种编程语言：|语言类别|语言名称|缩写|图形/文本||---------|---------|------|----------||文本化语言|指令表|IL|文本||文本化语言|结构化文本|ST|文本||图形化语言|梯形图|LD|图形||图形化语言|功能块图|FBD|图形||图形化语言|顺序功能图|SFC|图形（用于结构化编程）|五种编程语言中，SFC主要用于程序和功能块内部的行为结构化组织（如划分状态步骤和转换条件），而LD、FBD、ST和IL则用于实现步骤内部的具体操作逻辑。这些语言可以在同一PLC程序中组合使用，为不同技术背景和使用偏好的工程师提供了灵活的选择空间。3.2五种编程语言的分类与对比1.梯形图（LD）：源自电气控制原理图，以图形化方式呈现继电器控制逻辑，是电气工程师最为熟悉的编程语言。LD以其直观易懂的特点，长期占据PLC编程语言使用率之首，尤其适用于开关量逻辑控制和传统继电控制回路的数字化改造。新版标准进一步增强了LD中复杂数据类型的运算与调用能力，使其不再局限于位逻辑操作。2.功能块图（FBD）：以信号流的方式描述控制逻辑，将程序表达为功能块之间的信号连接关系。FBD特别适用于连续过程控制、回路调节和信号处理等应用场景，在过程工业中广泛使用。2025版对FBD中复合功能块的层次化设计——即功能块内部可以嵌套调用其他功能块，形成多层级抽象、便于复用和团队协作——提供了更强的规范性支持。3.结构化文本（ST）：一种高级文本编程语言，语法类似于Pascal，支持丰富的数据类型、控制结构和算法描述能力。适用于实现复杂算法、数据分析、数学运算和流程控制等场景。随着工业控制系统对大数据处理能力和复杂算法需求的提升，ST语言的重要性日益凸显。4.指令表（IL）：一种低级的汇编式文本语言，指令简单、执行效率高，接近机器码。在新版标准中被标记为“已弃用”（deprecated），仅供遗留系统维护使用，不再作为新项目的推荐语言。这一变化反映了工业界对编程语言现代化和代码可维护性的更高要求。5.顺序功能图（SFC）：一种面向顺序控制的图形化编程方法，用步骤（Step）和转换（Transition）描述控制流程，特别适合描述批处理、装配线和离散制造等顺序控制应用。SFC在2025版中强化了并行分支和同步控制的语义描述，进一步完善了对复杂并发流程的建模能力。3.3通用元素与软件模型IEC61131-3的核心创新在于其统一了所有语言共享的软件模型和公共元素，具体包括：-软件模型（SoftwareModel）：定义了从“配置”（Configuration）→“资源”（Resource）→“任务”（Task）→“程序”（Program）→“功能块”（FunctionBlock）→“功能”（Function）的层次化软件架构，将硬件资源与软件组织方式解耦，形成了供应商无关的整体框架。-变量与数据类型：规定了布尔、整数、实数、字符串、时间等基础数据类型，以及数组、结构体、枚举等衍生数据类型，并在2025版中进一步完善了对用户自定义类型的灵活支持。-功能与功能块：功能是无内部状态的程序组织单元（如数学运算），而功能块具有内部状态（如PID控制器、计时器等），两者构成了PLC程序的基本构建模块。-配置、资源与任务：定义了程序在硬件上的部署模型和任务调度机制，支持多任务实时调度和优先级管理，为复杂控制应用提供了系统级的组织框架。-顺序功能图元素：包括步骤、转换、动作和分支等元素，用于描述复杂的时序过程控制逻辑。3.42025版主要技术更新与2013年第三版相比，IEC61131-3:2025在以下方面进行了重大技术更新：（1）软件工程安全（SoftwareEngineeringSafety）新版标准针对PLC程序的安全生命周期管理和安全完整性等级要求，引入了一系列支持功能安全开发的编程规范，包括更强的类型检查机制、安全相关功能的代码隔离要求、更加严格的变量访问控制规则，以及与IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）标准的协调机制。这一变化使得遵循该标准编写的PLC程序更易于集成到安全仪表系统（SIS）中。（2）面向对象编程的进一步强化在2013年版引入的类、方法、继承、接口和公共/私有/保护访问修饰符的基础上，2025年版进一步丰富了面向对象的语言特性，增加了对多态行为的更精细控制机制、对泛型（参数化多态）功能的支持提升，以及对方法重载更明确的语法规定。这些增强为企业开发可复用的标准化控制库提供了更强的语言工具。同时，为帮助既有工程师更平滑地掌握面向对象扩展，新增了从传统结构化编程向面向对象编程迁移的指导性资料，并在规范性附录中给出了新旧两种编程风格的对照示例，降低了技术转型门槛。（3）分布式控制系统的支持针对工业物联网和分布式控制系统的发展趋势，新版标准增强了程序组织单元在不同硬件平台间的可移植性规范，更加明确地将软件模型中的“配置”、“资源”、“任务”等层次与基于IEC61499的分布式控制系统架构进行语义对齐，促进了两套标准体系之间的协同与互操作。这意味着，遵循IEC61131-3:2025编写的控制程序能够更容易地部署到分布式控制架构中运行。（4）其他规范性改进-对标准文本中模糊和歧义表述的系统性修订-删除或废弃了部分过时的语言特性-对形式化语法定义进行了完善，提高了机器可解析性-新增了与XML格式交换相关的规范性指导，提升了跨工具工程数据交换的效率四、标准实施与应用4.1国内外标准应用现状IEC61131-3已被全球几乎所有主流PLC制造商采纳为其编程系统的基础，包括西门子TIAPortal、罗克韦尔Studio5000、施耐德EcoStruxureControlExpert、三菱GXWorks、ABBAutomationBuilder等。在中国，该标准被等同采用为国家标准GB/T15969.3《可编程控制器第3部分：编程语言》，由中国机械工业联合会提出，全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）归口管理。目前国内主流的PLC产品，包括汇川技术、信捷电气、和利时、南大傲拓等国产PLC品牌，其编程软件均遵循IEC61131-3标准框架开发。4.2标准在各行业的具体应用场景在制造业工厂自动化中，IEC61131-3被广泛用于汽车焊装线、包装机械、数控机床的PLC程序开发，其中梯形图和顺序功能图是最常用的语言组合。在流程工业中，油气、化工、电力等领域的DCS/PLC控制系统普遍采用功能块图和结构化文本实现回路控制与联锁逻辑。在能源领域，水电、风电、光伏电站的自动化监控系统以及变电站的自动控制系统中，IEC61131-3标准被用于开发功率调节、并网控制等关键逻辑。在智慧物流领域，机场行李分拣系统、自动化立体仓库等场景的PLC控制系统同样以IEC61131-3为编程基础。例如，西门子基于TIAPortal平台为某大型汽车制造企业提供了符合IEC61131-3标准的PLC程序框架，该企业据此实现了不同车间、不同产线之间的程序模块复用，将设备调试周期缩短约30%，充分体现了标准在提升工程效率方面的实际价值。4.3标准实施的经济社会效益IEC61131-3的实施为工业自动化领域带来了显著的经济和社会效益：统一编程标准降低了工程师跨平台学习成本，据行业估计可减少约30%-50%的再培训投入；标准化的代码结构和接口定义大幅降低了控制系统的维护成本，缩短了系统集成和调试周期；符合国际标准的产品更容易进入国际市场，增强了国产PLC产品的国际竞争力；标准的实施也促进了自动化技术的教育培训标准化，形成了全球统一的技能评价体系。4.4标准与其他国际标准的协调配合IEC61131-3不是孤立的标准，它与多个相关的国际标准形成了有机的标准生态系统。在功能安全方面，IEC61131-3与IEC61508和IEC61511（过程工业领域安全仪表系统的功能安全）相协调，其安全相关的编程规范为安全系统的软件开发和验证提供了语言层面的支撑。在分布式控制方面，IEC61131-3的软件模型与IEC61499（分布式工业过程测量与控制系统的功能块）架构对应，后者将PLC编程的概念扩展到更加灵活的分布式控制领域。在通信集成方面，IEC61131-3与IEC61784（工业通信网络-行规）系列配合，实现了与PROFINET、EtherNet/IP等工业以太网协议的兼容。此外，PLCopen在IEC61131-3基础上定义了运动控制功能块标准，使得不同厂商的运动控制模块可以在统一框架下协同工作。五、主要参与标准修订的机构5.1国际电工委员会（IEC）IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）成立于1906年，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责电工和电子领域的国际标准化工作。IEC的成员包括全球170多个国家和地区，其发布的标准覆盖电力、电子、电信、自动化等广泛领域。IEC61131-3由IEC第65技术委员会（工业过程测量、控制和自动化）下属的SC65B分技术委员会（测量、控制和自动化设备）归口管理，具体由WG9工作组负责技术内容的维护和修订工作。SC65B/WG9工作组汇聚了来自全球主要工业国家的标准化专家，包括PLC制造商的技术专家、最终用户代表、学术界研究人员和系统集成商等。工作组的核心职责包括：维护IEC61131系列标准的日常技术工作，收集全球范围内的应用反馈和修订建议，组织对新提案的技术讨论和共识形成，以及起草标准修订稿并协调各国投票。在2025版标准的修订过程中，工作组召开了多次国际会议和网络研讨会，广泛征求了各国国家委员会和技术组织的意见，确保了标准修订的透明性和共识基础。5.2PLCopen国际组织PLCopen（PLCOpenInternationalAssociation）是一个独立的、厂商中立的国际组织，成立于1992年，其宗旨是在IEC61131-3的基础上推动PLC编程接口的标准化，提升不同品牌PLC系统之间的互操作性。PLCopen在全球范围内拥有数百家会员单位，涵盖PLC制造商