西门子PLC SCL编程：冒泡排序新玩法

西门子PLC SCL编程：冒泡排序新玩法

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CSDN

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来源

1.

https://blog.csdn.net/anhongning123/article/details/105696632

2.

https://blog.csdn.net/qq_44433261/article/details/117235740

3.

https://wenku.csdn.net/column/7u5n8q89t9

4.

https://wenku.csdn.net/column/6dkz5yy5jq

5.

https://zhuanlan.zhihu.com/p/50351780

6.

https://www.cnblogs.com/ybqjymy/p/17611302.html

7.

https://www.cnblogs.com/anding/p/16989579.html

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https://www.icourse163.org/course/detail.htm?cid=1003363031

9.

https://robot.ofweek.com/2017-08/ART-8321205-8300-30161359.html

在工业自动化领域，数据排序是许多控制系统中不可或缺的功能。无论是对传感器采集的数据进行分析，还是对生产过程中的参数进行优化，都需要高效的排序算法。在西门子PLC编程中，使用SCL（Structured Control Language）语言实现排序算法是一种常见且有效的方法。本文将通过创新的教学方式，深入浅出地讲解如何在SCL中实现冒泡排序算法。

为了帮助读者直观理解冒泡排序的原理，让我们想象一个动画演示场景：

假设有一排工人，每个人手中拿着一个数字牌。他们的任务是按照数字从小到大的顺序排列。冒泡排序的过程就像这样：

1. 第一轮：第一个工人和第二个工人比较手中的数字，如果第一个工人的数字大于第二个工人的数字，他们就交换位置。然后第二个工人和第三个工人比较，依此类推，直到最后一个工人。这一轮结束后，最大的数字一定会被“冒泡”到最后一个位置。

2. 第二轮：重复上述过程，但这次最后一个位置已经确定了最大值，所以不需要再比较。这样第二大的数字会被“冒泡”到倒数第二个位置。

3. 重复这个过程，每一轮都会确定一个最大值的位置，直到所有工人按照数字顺序排列完成。

这个过程就像水中的气泡一样，轻的气泡会慢慢上浮到水面，因此得名“冒泡排序”。

在深入代码之前，让我们简要了解SCL语言的一些基础知识：

• 数组定义：在SCL中，数组的索引通常从1开始，而不是0。例如，定义一个包含10个整数的数组：

  VAR
      arr: ARRAY[1..10] OF INT;
  END_VAR
  

• 循环结构：SCL支持FOR循环，用于重复执行一段代码。例如：

  FOR i := 1 TO 10 DO
      // 循环体
  END_FOR;
  

• 条件判断：使用IF语句进行条件判断：

  IF condition THEN
      // 执行代码
  END_IF;
  

基于上述原理和语法基础，我们可以实现冒泡排序算法：

FUNCTION_BLOCK BubbleSort
VAR_IN_OUT
    arr: ARRAY[1..10] OF INT; // 待排序数组
END_VAR
VAR
    i, j: INT;
    temp: INT;
    n: INT := UPPER_BOUND(arr, 1); // 获取数组长度
END_VAR

BEGIN
    FOR i := 1 TO n-1 DO
        FOR j := 1 TO n-i DO
            IF arr[j] > arr[j+1] THEN
                // 交换元素
                temp := arr[j];
                arr[j] := arr[j+1];
                arr[j+1] := temp;
            END_IF;
        END_FOR;
    END_FOR;
END_FUNCTION_BLOCK

让我们逐行解析这段代码：

1. 函数块定义：FUNCTION_BLOCK BubbleSort定义了一个名为BubbleSort的函数块。

2. 输入输出变量：VAR_IN_OUT部分定义了一个输入输出变量arr，这是一个整数数组。

3. 局部变量：VAR部分定义了循环变量i和j，临时变量temp用于交换数组元素，以及变量n用于存储数组长度。

4. 获取数组长度：n := UPPER_BOUND(arr, 1)用于获取数组arr的长度。在SCL中，UPPER_BOUND函数用于获取数组的上界。

5. 外层循环：FOR i := 1 TO n-1 DO控制排序的轮数。由于每轮都会确定一个最大值的位置，所以只需要进行n-1轮。

6. 内层循环：FOR j := 1 TO n-i DO用于在每轮中比较相邻元素。随着排序的进行，已排序的部分不需要再比较，所以循环到n-i即可。

7. 条件判断与交换：IF arr[j] > arr[j+1] THEN判断相邻元素的大小，如果前一个元素大于后一个元素，则通过临时变量temp进行交换。

8. 循环结束：END_FOR标记循环的结束。

在工业自动化中，冒泡排序可以应用于各种场景。例如，在一个温度监测系统中，多个传感器采集的温度数据需要按从小到大的顺序排列，以便进行进一步的分析和控制。通过调用上述的BubbleSort函数块，可以轻松实现这一功能：

PROGRAM Main
VAR
    temperatures: ARRAY[1..10] OF INT := [25, 30, 22, 28, 24, 26, 29, 23, 27, 21];
    sorter: BubbleSort;
END_VAR

sorter(arr := temperatures);
// 执行后temperatures将变为[21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30]

虽然冒泡排序简单易懂，但在某些情况下效率较低。以下是一些优化建议：

1. 提前终止：如果在某轮排序中没有发生任何交换，说明数组已经有序，可以提前终止排序。

2. 减少比较次数：随着排序的进行，已排序的部分不需要再比较，因此内层循环的次数可以逐渐减少。

3. 选择合适的算法：对于大数据量的排序，可以考虑使用更高效的算法，如快速排序或选择排序。

通过本文的讲解，相信读者已经掌握了在西门子PLC中使用SCL语言实现冒泡排序的方法。虽然冒泡排序不是最高效的排序算法，但其简单易懂的特性使其成为学习排序算法的良好起点。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的排序算法，以实现更优的性能。