深度剖析PLC編程中的浮點(diǎn)數(shù)

PLC 必須處理三種主要類(lèi)型的值：布爾值、整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。這些最后的浮點(diǎn)值會(huì)給程序員和技術(shù)人員帶來(lái)最大的困惑。

任何包含處理器的數(shù)字控制系統(tǒng)都旨在接收輸入值，使用這些值計(jì)算解決方案，然后使用這些計(jì)算向其他設(shè)備提供輸出。必須仔細(xì)選擇此過(guò)程中每個(gè)步驟使用的數(shù)字——不僅要足夠精確以提供正確的輸出值，而且要足夠小，以免占用太多有限的可用內(nèi)存空間。

數(shù)字的主要類(lèi)別

數(shù)字?jǐn)?shù)字適合三個(gè)主要類(lèi)別的值：

一位“布爾”數(shù)字

多位整數(shù)

“浮點(diǎn)小數(shù)”數(shù)字

一位布爾數(shù)字只能保存 0 或 1 的值。這些布爾值非常適合傳感器和開(kāi)關(guān)輸入以及線圈輸出。

多位整數(shù)通常是 8、16 或 32 個(gè)連續(xù)位，并且只能保存整數(shù)值?？梢允褂眠@些數(shù)字存儲(chǔ)或計(jì)算的最大值受位數(shù)限制。較大的數(shù)字需要更多的位，但也會(huì)消耗更多的內(nèi)存。

最后一個(gè)類(lèi)別經(jīng)常出現(xiàn)在表示實(shí)際值時(shí)，例如溫度、速度或壓力。這些類(lèi)型的值不限于整數(shù)，因?yàn)橐阅撤N精度知道值通常至關(guān)重要。

例如，測(cè)量壓力時(shí)，了解 15.1 psi 和 15.8 psi 之間的變化可能很重要。如果我們將值限制為整數(shù)，它們都將顯示為 15 psi，失去該精度。

這種數(shù)據(jù)類(lèi)型的名稱是“浮點(diǎn)十進(jìn)制”數(shù)字，在編程軟件中通常稱為“浮點(diǎn)”或“實(shí)數(shù)”數(shù)據(jù)類(lèi)型。

浮點(diǎn)數(shù)的結(jié)構(gòu)

通常沒(méi)有必要理解在實(shí)際值和二進(jìn)制浮點(diǎn)等效值之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換所涉及的每個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算。與許多數(shù)字轉(zhuǎn)換一樣，這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，可以根據(jù)需要進(jìn)行研究。但這并不意味著應(yīng)該忽略整個(gè)概念。

在本文中，這些數(shù)字將被稱為浮點(diǎn)數(shù)。但是，如果您是 RSLogix 用戶或該術(shù)語(yǔ)的任何其他適當(dāng)頭銜，則可以在心理上將其轉(zhuǎn)換為真實(shí)的。

浮點(diǎn)數(shù)由 PLC 中的 32 位組成。在許多現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理器中，可能使用 64 位，但對(duì)于幾乎所有 PLC，32 位是標(biāo)準(zhǔn)。這意味著就內(nèi)存容量而言，浮點(diǎn)數(shù)不會(huì)比 32 位整數(shù)（例如 double 或 DINT）消耗更多空間。有時(shí)，兩個(gè) 32 位數(shù)字可以組合成一個(gè) 64 位浮點(diǎn)值。

浮標(biāo)的一部分

浮點(diǎn)數(shù)由三個(gè)部分組成，每個(gè)部分使用 32 位的一部分。第一位是符號(hào)位，用于標(biāo)識(shí)它是正值還是負(fù)值。如果將真空表示為儀表值，則溫度很容易為負(fù)數(shù)，壓力也可以為負(fù)數(shù)。速度可能是正的/負(fù)的，也可能是使用 CW/CCW 或類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)來(lái)區(qū)分的。第一位標(biāo)識(shí)正面或負(fù)面。

下表顯示了 32 位浮點(diǎn)數(shù)的示例分解。此示例顯示可能的最小正值，指數(shù)為 1，尾數(shù)為 0。

浮點(diǎn)數(shù)的限制

與整數(shù)值相比，浮點(diǎn)數(shù)的主要注意事項(xiàng)可能是計(jì)算解的額外時(shí)間。在一個(gè)具體示例中，根據(jù)羅克韋爾自動(dòng)化針對(duì) ControlLogix 處理器的文檔，使用 REAL 數(shù)據(jù)類(lèi)型的 ADD 計(jì)算的執(zhí)行時(shí)間比 DINT 的相同 ADD 長(zhǎng)約 6.5 倍。

圖 2.數(shù)據(jù)表摘錄比較使用 32 位 DINT 和 32 位 REAL 數(shù)據(jù)類(lèi)型的 ADD 指令時(shí)間。

有時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)是必要的，但處理指令的額外時(shí)間應(yīng)該是一個(gè)堅(jiān)定的提醒，在合理的情況下考慮使用整數(shù)。

某些情況下的另一個(gè)潛在問(wèn)題是無(wú)法真正處理絕對(duì)精確的值。對(duì)于整數(shù)，比如數(shù)數(shù)，你可以數(shù) 100 個(gè)項(xiàng)目，但你永遠(yuǎn)不會(huì)數(shù)到 100.5 個(gè)項(xiàng)目。因此，它可以很容易地顯示為 100，沒(méi)有理由顯示 100.0000000 個(gè)項(xiàng)目。

但是，對(duì)于需要非常大精度的值（這意味著尾數(shù)非常大），該值可能會(huì)被四舍五入。對(duì)于許多系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這可能不是問(wèn)題，但是當(dāng)系統(tǒng)必須定期測(cè)量大的模擬值時(shí)，舍入誤差可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。