基于三菱PLC間接尋址的循環(huán)結(jié)構(gòu)與排序算法實(shí)現(xiàn)

劉思遠(yuǎn)

摘? ?要：三菱PLC中利用變址寄存器與其他的軟元件編號(hào)組合在一起可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的尋址操作，也稱間接尋址。在三菱PLC中結(jié)合間接尋址和其他指令可以實(shí)現(xiàn)類似C語(yǔ)言中的循環(huán)結(jié)構(gòu)和排序算法，這種編程方式更為簡(jiǎn)便和靈活，通用性強(qiáng)，能幫助PLC編程人員掌握一些高級(jí)語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)。文章基于三菱PLC間接尋址，對(duì)實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)與排序算法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：間接尋址;循環(huán)結(jié)構(gòu);排序算法

在實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用當(dāng)中，在對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，經(jīng)常需要間接指定地址。所謂間接指定地址，就是區(qū)別于D0，D100等直接指定地址，而利用一個(gè)基準(zhǔn)地址和間接指定數(shù)來(lái)指向一個(gè)新的地址的操作。間接指定地址相比直接指定地址來(lái)說(shuō)，指定的地址是可以變的，所以間接指定地址的操作又稱作變址操作[1]。變址寄存器結(jié)合其他的軟元件可以很方便地對(duì)一串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行操作，類似于高級(jí)語(yǔ)言中的指針。

在高級(jí)語(yǔ)言中循環(huán)結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)之一，主要用到GOTO，DO while，F(xiàn)OR 3種語(yǔ)句[2]。在工控行業(yè)的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制中，很多問(wèn)題都要用到循環(huán)語(yǔ)句，比如物流系統(tǒng)在一套產(chǎn)品入庫(kù)時(shí)，需要產(chǎn)品按照指定要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、循環(huán)入庫(kù)。三菱PLC中有FOR NEXT指令，但是在一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的順序控制時(shí)，F(xiàn)OR NEXT指令不能很好地實(shí)現(xiàn)，此條指令更適合做簡(jiǎn)單的算法。利用判斷指令和變址寄存器可以很方便地嵌套到順序控制中去，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一些循環(huán)動(dòng)作的控制，這種編程思路借鑒了高級(jí)語(yǔ)言中的FOR語(yǔ)句。

排序也是PLC控制中經(jīng)常遇到的難題，比如智能制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)下單后，設(shè)備按照訂單的編號(hào)大小進(jìn)行生產(chǎn)，或者按照隨機(jī)的要求生產(chǎn)，都要用到排序算法。三菱PLC中SORT指令是專門解決排序問(wèn)題的，但是也有局限性，只能在程序中使用一次，不可重復(fù)使用。

本文以某智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)中兩種典型的控制要求為模型，結(jié)合高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)，以MES下單、訂單生產(chǎn)為例子，利用三菱PLC中的變址寄存器和其他指令實(shí)現(xiàn)循環(huán)和排序算法。

1? ? MES系統(tǒng)介紹

圖1為某智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。MES系統(tǒng)分配了固定地址的數(shù)據(jù)寄存器給PLC，用以存放訂單和產(chǎn)品的相關(guān)信息。圖2中給出了用戶下載訂單后，3個(gè)訂單的信息存入到PLC中的數(shù)據(jù)寄存器，上層為訂單的基本信息，下層為該訂單的產(chǎn)品信息，每個(gè)訂單的產(chǎn)品信息存入的是不同的數(shù)據(jù)寄存器，例如訂單10000的產(chǎn)品1編號(hào)存入D406，訂單10001的產(chǎn)品1編號(hào)存入的是D436，以此類推，下層界面會(huì)隨訂單的變化而變化。

2? ? 循環(huán)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

2.1? 循環(huán)語(yǔ)句

C語(yǔ)言中有4種循環(huán)語(yǔ)句：goto，while，do while，for語(yǔ)句。

For語(yǔ)句最簡(jiǎn)單的理解形式如下：for（循環(huán)變量賦初值，循環(huán)條件，循環(huán)變量增值），例如：FOR（i=1， i<100， i++）[3]。

利用三菱PLC中的條件判斷指令和變址寄存器再結(jié)合順控指令的跳轉(zhuǎn)即可以實(shí)現(xiàn)類似C語(yǔ)言中的for循環(huán)。所用到的指令為[Ld< z0 k100]， incp z0，類似于C語(yǔ)言中的循環(huán)條件和循環(huán)變量增值。

2.2? 按照訂單編號(hào)循環(huán)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)

訂單由MES系統(tǒng)下單到用戶的客戶端，用戶下載訂單后根據(jù)訂單編號(hào)依次進(jìn)行生產(chǎn)，但由于產(chǎn)品種類及數(shù)量過(guò)多，在編寫系統(tǒng)的PLC程序時(shí)，編程人員要反復(fù)大量地使用不同數(shù)據(jù)寄存器，十分繁瑣而導(dǎo)致容易出錯(cuò)。三菱PLC在處理此類問(wèn)題時(shí)用順控指令結(jié)合變址寄存器能很快地實(shí)現(xiàn)條件的判斷和循環(huán)。

3? ? 排序的實(shí)現(xiàn)

3.1? 排序算法

C語(yǔ)言中排序算法大致分為比較算法和非比較算法。比較算法使用較多，基本上都是通過(guò)比較兩個(gè)數(shù)的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如冒泡排序、快速排序和插入排序。冒泡排序是最經(jīng)典的排序算法，很適合初學(xué)者。

在MES下單系統(tǒng)中，訂單除了按照順序循環(huán)生產(chǎn)外，還存在優(yōu)先級(jí)的概念，即先生產(chǎn)哪一個(gè)訂單。在編寫此類問(wèn)題的PLC程序時(shí)，就要對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)別的排序，可采用類似于高級(jí)語(yǔ)言的冒泡排序。用變址寄存器結(jié)合查詢指令SER排序可以很靈活地解決該問(wèn)題。

3.2? 按照訂單優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序的實(shí)現(xiàn)

將3個(gè)訂單的優(yōu)先級(jí)存入D200～D203中。利用SER指令查找出3個(gè)數(shù)據(jù)中最小值的位置，以Z1分辨3個(gè)訂單的狀態(tài)（在MES系統(tǒng)中，訂單狀態(tài)寄存器為1時(shí)代表訂單等待生產(chǎn)，2為正在生產(chǎn)，3為取消訂單，4為生產(chǎn)完成）;以Z2分辨當(dāng)前最小的是哪個(gè)數(shù)據(jù)并將其存入D211～D213中。

單個(gè)數(shù)據(jù)存入完畢后，將其值改變?yōu)镵101（MES系統(tǒng)中優(yōu)先級(jí)的最大值默認(rèn)為K100）并利用MES留有空余的D404，D434，D464判別該數(shù)據(jù)是否已經(jīng)被排序，當(dāng)所有數(shù)據(jù)被排序完成后停止程序的運(yùn)作。

該程序只是范例，在完整的程序中，還有更多的條件需要考慮，僅提供了大概的框架。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)地介紹了利用三菱PLC的變址寄存器實(shí)現(xiàn)某智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)中對(duì)多個(gè)訂單的處理方法，包括訂單的自動(dòng)循環(huán)生產(chǎn)以及有訂單優(yōu)先級(jí)時(shí)該如何處理。

本文所提供的梯形圖參考程序借鑒了高級(jí)語(yǔ)言的循環(huán)結(jié)構(gòu)和排序算法，而目前工控行業(yè)對(duì)PLC編程人員掌握高級(jí)語(yǔ)言知識(shí)的能力要求越來(lái)越高，西門子TIA PROTAL中的SCL編程語(yǔ)言是根據(jù)C語(yǔ)言封裝的，在數(shù)據(jù)處理算法方面有很大優(yōu)勢(shì)。將三菱PLC間接尋址的編程思路靈活運(yùn)用，可以優(yōu)化程序，解決數(shù)據(jù)處理邏輯和算法時(shí)的一些難點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]霍海波，范江波.基于三菱FX2N系列PLC軟元件數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)改變與顯示設(shè)計(jì)[J].煙臺(tái)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（1）：31-36.

[2]馬學(xué)敏.計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言循環(huán)語(yǔ)句的應(yīng)用研究[J].中國(guó)新通信，2016（17）：87-88.

[3]王韜睿.三種簡(jiǎn)單排序算法及實(shí)現(xiàn)[J].通訊世界，2019（1）：284-285.