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（PLC）作为工业自动化领域的核心控制设备，其编程语言的标准统一对全球制造业的数字化转型具有基础性支撑作用。IEC61131-3是国际电工委员会（IEC）发布的关于可编程控制器编程语言的核心国际标准，自1993年首次发布以来，历经2003年版、2013年版的技术迭代，最新版本IEC61131-3:2025已于2025年5月22日正式发布。本报告在系统分析IEC61131-3:2025标准的立项背景、发展历程和技术演变的基础上，从标准规定了PLC编程系统的语法、语义和展现形式的角度，深入剖析了该标准在软件工程实践与工业应用中的基础性地位。报告详细解读了2025版标准在编程语言特性、软件工程支持和工业应用适配等方面的关键技术内容，阐明了其将编程语言明确划分为文本化语言与图形化语言两大类别、为软件工程化提供标准化支撑的核心技术价值，并探讨了该标准与IEC61499分布式控制系统标准、IEC62443工业网络安全标准等的协同演进趋势。报告还介绍了主要参与单位和标准修订工作机制，并对标准在全球工业自动化领域的应用现状及未来发展趋势进行了展望，旨在为标准使用者、技术研发人员和行业管理人员提供全面的参考与指导。关键词：可编程控制器；PLC编程语言；IEC61131-3；工业自动化；软件工程；标准体系；数字化转型AbstractProgrammableLogicControllers(PLCs)serveasthecorecontrolequipmentinthefieldofindustrialautomation,andthestandardizationoftheirprogramminglanguagesplaysafundamentalsupportingroleinthedigitaltransformationofglobalmanufacturing.IEC61131-3isthecoreinternationalstandardforPLCprogramminglanguagesissuedbytheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC).Sinceitsfirstpublicationin1993,ithasundergonetechnicaliterationsinthe2003and2013editions,withthelatestversionIEC61131-3:2025officiallyreleasedonMay22,2025.Basedonasystematicanalysisoftheprojectbackground,developmenthistory,andtechnicalevolutionoftheIEC61131-3:2025standard,thisreportexaminesthefoundationalpositionofthisstandardinsoftwareengineeringpracticeandindustrialapplicationsfromtheperspectiveofhowitspecifiesthesyntax,semantics,andpresentationformsofPLCprogrammingsystems.Thereportprovidesadetailedinterpretationofthekeytechnicalcontentofthe2025editionregardingprogramminglanguagefeatures,softwareengineeringsupport,andindustrialapplicationadaptation.Itelucidatesthecoretechnicalvalueofthestandardinexplicitlycategorizingprogramminglanguagesintotextuallanguagesandgraphicallanguages,therebyprovidingstandardizedsupportforsoftwareengineeringpractices.ThereportalsoexploresthesynergisticevolutiontrendsbetweenthisstandardandotherstandardssuchasIEC61499fordistributedcontrolsystemsandIEC62443forindustrialnetworksecurity.Furthermore,itintroducesthemainparticipatingorganizationsandthestandardrevisionworkingmechanism,andprovidesprospectsfortheapplicationstatusandfuturedevelopmenttrendsofthestandardintheglobalindustrialautomationfield,aimingtoprovidecomprehensivereferenceandguidanceforstandardusers,technicalR&Dpersonnel,andindustrymanagementprofessionals.Keywords:ProgrammableLogicControllers;PLCProgrammingLanguages;IEC61131-3;IndustrialAutomation;SoftwareEngineering;StandardsSystem;DigitalTransformation一、引言1.1立项背景可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）自20世纪60年代末问世以来，已发展为工业自动化领域应用最广泛、可靠性最高的工业控制装置。在智能制造和工业4.0深入推进的背景下，工业控制系统正经历从单一设备控制向networked、智能化、数字化方向演进的深刻变革，PLC作为工业控制系统的核心设备，其编程语言的标准化对于保障系统互操作性、可移植性和工程效率具有不可替代的作用。IEC61131是国际电工委员会工业过程测量控制和自动化技术委员会（IEC/TC65）组织制定的可编程控制器系列标准，由以下八个部分组成：IEC61131-1（通用信息）、IEC61131-2（设备要求与测试）、IEC61131-3（编程语言）、IEC61131-4（用户导则）、IEC61131-5（通信）、IEC61131-6（功能安全）、IEC61131-7（模糊控制编程）、IEC61131-8（编程语言应用指南）。其中，IEC61131-3作为该系列标准中最具影响力和创新性的组成部分，为全球PLC产品提供了统一的编程语言规范。表1标准基本信息一览表|项目|内容||------|------||标准编号|IEC61131-3:2025||标准名称|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||发布机构|国际电工委员会（IEC）||分类号|25.040.40（信息技术在工业中的应用）||发布日期|2025年5月22日||国别|国际组织||语言|英语、法语||版本|第4.0版|1.2标准立项的必要性分析IEC61131-3:2025标准的立项修订主要基于以下技术驱动因素：第一，工业自动化技术的快速演进。随着工业物联网（IIoT）、边缘计算、数字孪生等新一代信息技术的广泛应用，PLC系统已从传统的单机控制向网络化、智能化方向快速发展。编程语言作为PLC系统的核心软件接口，需要增加对新型编程范式、通信协议和数据处理能力的支持，以适应新一代工业自动化系统的开发需求。第二，软件工程化要求的不断提升。PLC程序正从以往的小型、简单逻辑控制程序，向大型、复杂的工业软件系统演进。现代工业系统对PLC软件的可重用性、模块化程度、可维护性和可测试性提出了更高要求。IEC61131-3:2025在强化面向对象编程支持、完善软件组件模型等方面进行了系统性增强，以适应软件工程化的发展趋势。第三，与其他标准的协同需求。工业控制系统标准体系日趋完善，IEC61131-3需要与IEC61499（分布式控制系统）、IEC62443（工业网络安全）、IEC61508/61511（功能安全）等标准保持协调一致，共同构成完整的工业自动化标准体系。二、IEC61131-3标准发展历程与技术演进2.1标准发展历史沿革IEC61131-3标准的研制工作始于20世纪80年代初期。在IEC61131-3发布之前，全球各PLC制造商各自为政，编程语言互不兼容，同一厂商不同系列产品之间的程序也难以移植，给工业自动化系统的开发、维护和升级带来了巨大困难。（1）第一版（1993年发布）：IEC61131-3:1993是该标准的首个版本，首次在PLC编程领域建立了统一的国际标准框架。该版本创造性地提出了五种编程语言的统一模型，即指令表（IL）、结构化文本（ST）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC），并定义了公共元素（CommonElements）的概念，为各种编程语言提供了统一的软件模型和数据类型体系。（2）第二版（2003年发布）：IEC61131-3:2003在保留第一版基本框架的基础上进行了重要扩充和完善。该版本增加了面向对象编程的初步支持（如功能块的实例化和封装）、扩展了数据类型体系、增加了新的标准函数和功能块，并进一步澄清了语言语法和语义的定义。2003版还强化了与IEC61499标准之间的联系，为分布式控制系统的编程奠定了基础。（3）第三版（2013年发布）：IEC61131-3:2013是前序版本的一次重大技术升级。该版本大幅强化了面向对象编程的支持，引入了类（CLASS）、继承（INHERITANCE）、多态（POLYMORPHISM）、接口（INTERFACE）等面向对象的概念和语法结构，实现了PLC编程从结构化编程向面向对象编程的范式跃迁。同时增加了命名空间（NAMESPACE）机制以支持大型程序的模块化管理，引入引用（REFERENCE）数据类型和新的字符串处理能力。该版本还引入了XML格式的交换格式，为不同PLC编程系统之间的程序交换和质量保证工具（如静态分析、测试用例生成等）的应用提供了标准化接口，促进了PLC编程工具链生态的发展。2.2关键版本演进对比分析表2IEC61131-3主要版本技术特征演进对比|技术特征|1993版（第1版）|2003版（第2版）|2013版（第3版）|2025版（第4版）||---------|----------------|----------------|----------------|----------------||编程语言模型|五种语言基本框架|保留五种语言模型|语言模型进一步细化|语言模型与软件组件深度融合||数据类型系统|基本数据类型|扩展数据类型|泛型数据类型、引用类型|增强的字符串与时间处理，字符集扩展||面向对象支持|无|初步支持（封装）|完整OOP（类、继承、多态、接口）|进一步完善对象模型与接口机制||程序组织单元|函数、功能块、程序|增加方法、属性|增加类、接口、命名空间|增强软件组件化与重用机制||字符串与字符集|有限支持|扩展字符串功能|增加Unicode支持|增强国际化支持，引入UTF-8处理||交换格式|无|少量标准化|XML交换格式|强化XML交换，支持工具链互操作||与IEC61499协同|无关联|初步关联|明确协同关系|深度融合，支持分布式控制|从上述演进历程可以清晰看到，IEC61131-3始终保持着与工业自动化技术发展同步迭代的步伐，其技术内涵不断丰富，应用边界持续拓展，已成为工业控制编程领域最具影响力的国际标准之一。三、IEC61131-3:2025标准主要内容3.1标准概述与定位IEC61131-3:2025作为该标准的第四版，在继承前版技术成果的基础上，重点围绕工业4.0时代对PLC编程的新需求进行了系统性修订。该标准规定了可编程控制器的编程语言语法、语义和展现形式，为PLC软件的开发、调试、运行和维护提供了统一的规范框架。标准明确将PLC编程语言划分为两大类、五种语言，构建了层次清晰的编程语言体系。3.2编程语言分类体系IEC61131-3:2025将PLC编程语言区分为文本化语言和图形化语言两大类别，涵盖五种具体的编程语言：（1）文本化语言：-指令表（InstructionList，IL）：一种低级别的文本化编程语言，类似于汇编语言，以指令为单位逐条编写控制逻辑。该语言执行效率高，适用于对时序要求严格的简单控制任务，但在程序可读性和结构化方面存在一定局限。-结构化文本（StructuredText，ST）：一种高级别文本化编程语言，语法结构类似于Pascal或C语言，支持复杂的数据结构、条件分支、循环迭代、函数调用等编程结构。ST语言适用于复杂算法实现、数据处理和数学运算等场景，是工程实践中应用最为广泛的文本化编程语言，也是工业AI应用（如预测性维护算法在PLC中的实现）所依托的核心语言载体。（2）图形化语言：-梯形图（LadderDiagram，LD）：源自于电气控制原理图的一种图形化编程语言，以触点、线圈、功能块等图形符号表示逻辑控制关系。梯形图直观易懂，符合电气工程师的思维习惯，是传统电气控制领域最普及的PLC编程语言。-功能块图（FunctionBlockDiagram，FBD）：以功能块（FunctionBlock）为基本编程单元，通过信号连线将各功能块的输入输出端口连接起来以构成完整的控制逻辑。FBD语言强调数据流和控制流的可视化表达，适用于过程控制和闭环调节等应用领域。-顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）：一种基于Petri网理论扩展的图形化编程语言，以步（Step）、转换（Transition）和有向连线为基本元素来描述顺序控制过程。SFC语言特别适用于具有明确顺序逻辑的批量控制和离散制造过程。3.3核心软件模型与关键技术内容（1）软件模型与程序组织单元IEC61131-3:2025定义了完整的软件模型，将PLC用户程序从逻辑上划分为配置（Configuration）、资源（Resource）、任务（Task）和程序组织单元（ProgramOrganizationUnit，POU）等层级。其中，程序组织单元是IEC61131-3软件模型的核心概念，具体划分为以下三类：-函数（Function，FUN）：无内部状态、给定相同输入总是产生相同输出的程序组织单元，如数学运算、类型转换等；-功能块（FunctionBlock，FB）：具有内部状态存储器、可输出一个或多个值的程序组织单元，如定时器、计数器、PID控制器等；-程序（Program，PROG）：作为主控程序的程序组织单元，可包含函数和功能块的调用，各程序之间通过全局变量或通信机制进行交互。（2）数据类型体系标准定义了完整的数据类型体系，包括基本数据类型（布尔型、整型、实型、字节型、时间型、字符串型等）、通用数据类型（ANY_NUM、ANY_BIT等）、用户自定义数据类型（结构体、枚举、数组等）以及引用数据类型等。2025版进一步增强了字符串处理能力，扩充了字符集支持范围，为国际化应用和多语言环境部署提供了更好的基础支撑。（3）面向对象编程支持IEC61131-3:2025在面向对象编程方面提供了完整的语法和语义支持。标准不仅支持类、继承、多态和接口等核心面向对象概念，还定义了方法（Method）和属性（Property）的声明与实现规范。引入类与对象机制后，PLC程序可以实现数据封装和信息隐藏，大大提高了代码的模块化程度和可重用性。该特性使面向对象编程已成为现代复杂工业自动化系统软件开发的主流范式。（4）软件工程化支撑2025版标准特别关注PLC软件工程化的需求，在以下方面进行了系统性强化：-模块化与重用：通过完善的软件组件模型和命名空间机制，支持大型程序的组织管理和代码重用；-XML交换格式：保留了XML格式的程序交换规范，使得不同厂商的编程系统之间可以交换程序和库文件，也支持第三方软件工具（如仿真验证、静态分析、自动化测试等）对PLC程序进行处理；-程序正确性保障：标准对语言语法进行了更精确的规范定义，减少了对编译器和运行时系统的歧义解释空间；-文档化与可维护性：强化了程序注释和文档化的标准化要求，提高了程序的可读性和可维护性。（5）与其他标准的协同IEC61131-3:2025进一步明确了与相关标准的协同关系：-与IEC61499（分布式工业过程测量和控制系统功能块）的融合关系更加清晰，为从集中式PLC控制向分布式控制系统演进提供了编程语言层面的支持；-与IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）和IEC61511（过程工业领域安全仪表系统的功能安全）在编程语言安全性方面保持协调；-与IEC62443（工业通信网络-网络和系统安全）的协同性增强，为PLC编程环境中的安全开发实践提供了标准化支撑。四、主要参与单位与标委会介绍4.1归口管理机构IEC61131-3:2025由国际电工委员会工业过程测量控制和自动化技术委员会（IEC/TC65）归口管理，由IEC/TC65/SC65B（测量控制与自动化设备分技术委员会）下设的IEC/TC65B/WG