基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的ST轉(zhuǎn)化為IL語言的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（許繼電氣股份有限公司，許昌 461000）

IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)提供了標(biāo)準(zhǔn)化的編程概念和編程方法。其為開發(fā)應(yīng)用程序提供了指令表IL、結(jié)構(gòu)化文本ST、順序功能圖（文本版本）3種文本化語言和梯形圖LD、功能圖FBD、順序功能圖（圖形版本）3種圖形化語言[1]。ST做為工業(yè)控制平臺的一種結(jié)構(gòu)文本編程語言，有標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵字和語法結(jié)構(gòu)，通過編程實(shí)現(xiàn)簡潔、快速、高效程序控制的目的[2]。IL是一種便于使用的類似匯編器的編程語言，同時(shí)又作為其它文本化語言和圖形化語言轉(zhuǎn)譯的公用中間語言。

編譯程序是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分之一，它是將一種語言書寫的程序（源程序）翻譯成另一種語言（目標(biāo)語言）的等價(jià)程序，這是典型的處理模式，并非所有編譯器都必須如此劃分或者必須包含上述所有階段。不過，多數(shù)使用的編譯程序，包括本文的ST到IL語言的轉(zhuǎn)化，也是采用上述幾個(gè)階段的工作過程[3-4]。目前，許繼特高壓直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)平臺需要把編程語言轉(zhuǎn)化為IL公用中間語言供底層調(diào)用，本文針對ST到IL語言的轉(zhuǎn)化提出了設(shè)計(jì)方案并對實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行描述。以此為基礎(chǔ)開發(fā)出的可視化的工業(yè)控制平臺，進(jìn)行實(shí)例測試，效果良好。本文只針對ST語言到IL語言的轉(zhuǎn)化進(jìn)行描述。

1 ST語言到IL語言轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)

ST語言到IL語言的轉(zhuǎn)化主要分為語法檢查、結(jié)構(gòu)分解、錯(cuò)誤處理三方面的內(nèi)容，圖1所示為轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)的總體方案流程。

圖1 總體方案流程Fig.1 Flow chart of overrall plan structure

語法檢查的過程是ST語言轉(zhuǎn)化為IL語言的必要過程，只有語法檢查沒有錯(cuò)誤，才進(jìn)行轉(zhuǎn)化過程[5]。ST語言需要進(jìn)行語法檢查，確定程序是否符合ST語言的語法結(jié)構(gòu)[6-7]。把程序通過正則表達(dá)式的匹配分解為符號、關(guān)鍵字等最小單元，分析其前后是否符合語法結(jié)構(gòu)[8]；如果符合語法結(jié)構(gòu)，語法檢查成功，否則把錯(cuò)誤的語法結(jié)構(gòu)輸出，顯示在錯(cuò)誤列表中，用戶可以直接看出自己的程序錯(cuò)誤出現(xiàn)在哪里[9]。

語法檢查正確后，就可進(jìn)行ST語言向IL語言的轉(zhuǎn)化算法。首先通過正則表達(dá)式把ST程序分解為符號、關(guān)鍵字等最小單元，然后順序地逐個(gè)讀取，不同的關(guān)鍵字采用不同的情況處理，和IL語言一一對應(yīng)，最后輸出相同邏輯的IL程序文件[10]。

2 ST語言到IL語言轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)

2.1 語法分解

根據(jù)上文的設(shè)計(jì)思路，圖2所示為ST語言到IL語言轉(zhuǎn)化的詳細(xì)流程。

圖2 轉(zhuǎn)化流程Fig.2 Transformation design flow chart

首先得到ST程序的行數(shù)，然后逐行地讀取程序內(nèi)容，并對讀取到的內(nèi)容進(jìn)行分析編譯。得到某一行的程序內(nèi)容之后，通過正則表達(dá)式的匹配，把此行的內(nèi)容分解為最小單元，然后逐個(gè)讀取每一個(gè)小單元。由于程序中包括了注釋和控制程序的部分，所以小單元的內(nèi)容被分為了注釋、終結(jié)符、關(guān)鍵字、其它4種情況。

注釋部分是對程序的說明，不參加程序的運(yùn)行；同時(shí)IL語言和ST語言的注釋格式相同，所以只需要把注釋部分保持不變寫到IL文件里。

終結(jié)符是指一個(gè)控制語句結(jié)束的標(biāo)志，在ST語言中使用“；”做為終結(jié)符，以賦值語句“a：=2；”為例， 正則表達(dá)式把這個(gè)語句分解為了 “a”、“：=”、“2”、“；”4個(gè)小單元，當(dāng)讀到前3個(gè)小單元的時(shí)候，會把內(nèi)容保存到TempText這個(gè)變量里面，讀到最后一個(gè)終結(jié)符的時(shí)候，會處理TempText里面的內(nèi)容，即把ST語句的“a：=2”轉(zhuǎn)化為相同邏輯的IL語句，處理結(jié)束把TempText變量清空，用來記錄后面的小單元的內(nèi)容，并把生成的IL語句寫入到IL文件里。

關(guān)鍵字指ST語法結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵字母。ST語法包括了IF條件、Case條件、FOR循環(huán)、WHILE循環(huán)、REPEAT循環(huán)、EXIT退出、RETURN返回7種情況，每種情況都有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。IF條件的情況可以是 IF…TEHN…ELSE..END_IF這種結(jié)構(gòu)，“IF”、“THEN”、“ELSE”和“END_IF”4個(gè)小單元都是關(guān)鍵字。當(dāng)讀到關(guān)鍵字的時(shí)候，會把當(dāng)前這個(gè)關(guān)鍵字的相關(guān)信息壓入堆棧，然后再判斷是否需要處理此時(shí)TempText里面的內(nèi)容，如果需要處理，把處理結(jié)果寫入IL文件，如果不需要處理，繼續(xù)讀取下面的單元。除了上面說明的3種情況，其它的文本內(nèi)容都寫入TmepText里面，等待需要處理的時(shí)候再處理。

TempText的內(nèi)容多是四則運(yùn)算或者邏輯運(yùn)算，運(yùn)算過程中涉及運(yùn)算優(yōu)先級的問題，通過逆波蘭算法的應(yīng)用，把運(yùn)算表達(dá)式轉(zhuǎn)化為后綴表達(dá)式，成功地解決各個(gè)運(yùn)算符的優(yōu)先級問題，提高了處理TempText的效率和正確性[4]。

結(jié)合圖2，經(jīng)過上述的幾個(gè)步驟，語法結(jié)構(gòu)正確的ST程序轉(zhuǎn)化為相同邏輯的IL程序，實(shí)現(xiàn)ST語言到IL語言的轉(zhuǎn)化。

2.2 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

本節(jié)以一段ST語言的程序?yàn)槔?，將其轉(zhuǎn)化為IL語言。此段ST程序包括了賦值語句和條件語句，程序如下所示：

轉(zhuǎn)化為相同的邏輯的IL語言如下所示：

通過本文的設(shè)計(jì)方法，可以快速準(zhǔn)確地把ST語言轉(zhuǎn)化為IL語言。

3 結(jié)語

通過上述的設(shè)計(jì)方法，成功地把ST語言轉(zhuǎn)化為了相同邏輯的IL語言，解決了特高壓直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)平臺軟件中ST編輯器轉(zhuǎn)化為IL語言的問題，保證了平臺的高效性和完整性?；诖朔椒ㄔO(shè)計(jì)的工業(yè)控制平臺中的ST編輯器，在實(shí)際工程中得到了很好的應(yīng)用，提高了工業(yè)控制平臺的整體性能。同時(shí)，此設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)的編譯器思想一致，但此方法操作簡單、易讀性強(qiáng)，也同樣適用于別的文本語言之間的轉(zhuǎn)化，為文本編程語言的相互轉(zhuǎn)化提供了很好的思路。

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