PLC编程实现在指定范围内生成一个随机数

引言

今天为了方便调试上位机程序，主要是VB中曲线更新绘制，本来以为会有现成的函数，毕竟有些工具里自带，比如Matlab。

网上搜了一下，PLC是没有的随机函数的，需要自己编写。于是决定用PLC编程实现，在指定范围内生成一个随机数。

发现一个帖子，是2005年的工控网帖子，讨论的比较思路比较清晰，还有例程。10多年前的就有人思考的问题，我现在才思考，想来自己还差的很远。

原文链接：用S7-200产生一个随机数的方法

转帖如下：

计算机中随机数的产生

[原创] seafrog 2003-12-15 
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   大家可能很多次讨论过随机数在计算机中怎样产生的问题，在这篇文章中，我会对这个问题进行更深入的探讨，阐述我对这个问题的理解。

首先需要声明的是，计算机不会产生绝对随机的随机数，计算机只能产生“伪随机数”。其实绝对随机的随机数只是一种理想的随机数，即使计算机怎样发展，它也不会产生一串绝对随机的随机数。计算机只能生成相对的随机数，即伪随机数。

伪随机数并不是假随机数，这里的“伪”是有规律的意思，就是计算机产生的伪随机数既是随机的又是有规律的。怎样理解呢？产生的伪随机数有时遵守一定的规律，有时不遵守任何规律；伪随机数有一部分遵守一定的规律；另一部分不遵守任何规律。比如“世上没有两片形状完全相同的树叶”，这正是点到了事物的特性，即随机性，但是每种树的叶子都有近似的形状，这正是事物的共性，即规律性。从这个角度讲，你大概就会接受这样的事实了：计算机只能产生伪随机数而不能产生绝对随机的随机数。

那么计算机中随机数是怎样产生的呢？有人可能会说，随机数是由“随机种子”产生的。没错，随机种子是用来产生随机数的一个数，在计算机中，这样的一个“随机种子”是一个无符号整形数。那么随机种子是从哪里获得的呢？

随机数生成之C语言例程

下面看这样一个C程序：

//rand01.c#includestatic unsigned int RAND_SEED;unsigned int random(void){RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;return(RAND_SEED);}void random_start(void){int temp[2];movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);RAND_SEED=temp[0];}main(){unsigned int i,n;random_start();for(i=0;i<10;i++)   printf("%u\t",random());printf("\n");}

这个程序（rand01.c）完整地阐述了随机数产生的过程：
首先，主程序调用random_start()方法，random_start()方法中的这一句我很感兴趣：

movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

这个函数用来移动内存数据，其中FP_SEG（far pointer to segment）是取temp数组段地址的函数，FP_OFF（far pointer to offset）是取temp数组相对地址的函数，movedata函数的作用是把位于0040:006CH存储单元中的双字放到数组temp的声明的两个存储单元中。这样可以通过temp数组把0040:006CH处的一个16位的数送给RAND_SEED。

random用来根据随机种子RAND_SEED的值计算得出随机数，其中这一句：

RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;

是用来计算随机数的方法，随机数的计算方法在不同的计算机中是不同的，即使在相同的计算机中安装的不同的操作系统中也是不同的。我在linux和windows下分别试过，相同的随机种子在这两种操作系统中生成的随机数是不同的，这说明它们的计算方法不同。

现在，我们明白随机种子是从哪儿获得的，而且知道随机数是怎样通过随机种子计算出来的了。那么，随机种子为什么要在内存的0040:006CH处取？0040:006CH处存放的是什么？

学过《计算机组成原理与接口技术》这门课的人可能会记得在编制ROM BIOS时钟中断服务程序时会用到Intel 8253定时/计数器，它与Intel 8259中断芯片的通信使得中断服务程序得以运转，主板每秒产生的18.2次中断正是处理器根据定时/记数器值控制中断芯片产生的。在我们计算机的主机板上都会有这样一个定时/记数器用来计算当前系统时间，每过一个时钟信号周期都会使记数器加一，而这个记数器的值存放在哪儿呢？没错，就在内存的0040:006CH处，其实这一段内存空间是这样定义的：

TIMER_LOW     DW  ?  ；地址为 0040:006CH 
TIMER_HIGH    DW  ?  ；地址为 0040:006EH 
TIMER_OFT     DB  ?  ；地址为 0040:0070H 

时钟中断服务程序中，每当TIMER_LOW转满时，此时，记数器也会转满，记数器的值归零，即TIMER_LOW处的16位二进制归零，而TIMER_HIGH加一。rand01.c中的movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);
正是把TIMER_LOW和TIMER_HIGH两个16位二进制数放进temp数组，再送往RAND_SEED，从而获得了“随机种子”。

随机数生成之C＋＋语言例程

现在，可以确定的一点是，随机种子来自系统时钟，确切地说，是来自计算机主板上的定时/计数器在内存中的记数值。这样，我们总结一下前面的分析，并讨论一下这些结论在程序中的应用：

1.随机数是由随机种子根据一定的计算方法计算出来的数值。所以，只要计算方法一定，随机种子一定，那么产生的随机数就不会变。

看下面这个C++程序：

//rand02.cpp#include #include using namespace std;int main(){unsigned int seed=5;srand(seed);unsigned int r=rand();cout< }

在相同的平台环境下，编译生成exe后，每次运行它，显示的随机数都是一样的。这是因为在相同的编译平台环境下，由随机种子生成随机数的计算方法都是一样的，再加上随机种子一样，所以产生的随机数就是一样的。

2.只要用户或第三方不设置随机种子，那么在默认情况下随机种子来自系统时钟（即定时/计数器的值）

看下面这个C++程序：

//rand03.cpp#include #include using namespace std;int main(){srand((unsigned)time(NULL));unsigned int r=rand();cout< return 0;}

这里用户和其他程序没有设定随机种子，则使用系统定时/计数器的值做为随机种子，所以，在相同的平台环境下，编译生成exe后，每次运行它，显示的随机数会是伪随机数，即每次运行显示的结果会有不同。

3.建议：如果想在一个程序中生成随机数序列，需要至多在生成随机数之前设置一次随机种子。

看下面这个用来生成一个随机字符串的C++程序：

//rand04.cpp#include#includeusing namespace std;int main(){int rNum,m=20;char *ch=new char[m];for ( int i = 0; i   //大家看到了，随机种子会随着for循环在程序中设置多次 srand((unsigned)time(NULL)); rNum=1+(int)((rand()/(double)RAND_MAX)*36); //求随机值 switch (rNum){  case 1: ch[i]='a';   break ;  case 2: ch[i]='b';   break  ;  case 3: ch[i]='c';   break ;  case 4: ch[i]='d';   break ;  case 5: ch[i]='e';   break ;  case 6: ch[i]='f';   break ;  case 7: ch[i]='g';   break ;  case 8: ch[i]='h';   break ;  case 9: ch[i]='i';   break ;  case 10: ch[i]='j';   break ;  case 11: ch[i]='k';   break ;  case 12: ch[i]='l';   break ;  case 13: ch[i]='m';   break ;  case 14: ch[i]='n';   break ;  case 15: ch[i]='o';   break ;  case 16: ch[i]='p';   break ;  case 17: ch[i]='q';   break ;  case 18: ch[i]='r';   break ;  case 19: ch[i]='s';   break ;  case 20: ch[i]='t';   break ;  case 21: ch[i]='u';   break ;  case 22: ch[i]='v';   break ;  case 23: ch[i]='w';   break ;  case 24: ch[i]='x';   break ;  case 25: ch[i]='y';   break ;  case 26: ch[i]='z';   break ;  case 27:ch[i]='0';   break;  case 28:ch[i]='1';   break;  case 29:ch[i]='2';   break;  case 30:ch[i]='3';   break;  case 31:ch[i]='4';   break;  case 32:ch[i]='5';   break;  case 33:ch[i]='6';   break;  case 34:ch[i]='7';   break;  case 35:ch[i]='8';   break;  case 36:ch[i]='9';   break; }//end of switch cout< }//end of for loopcout< return 0;}

而运行结果显示的随机字符串的每一个字符都是一样的，也就是说生成的字符序列不随机，所以我们需要把srand((unsigned)time(NULL)); 从for循环中移出放在for语句前面，这样可以生成随机的字符序列，而且每次运行生成的字符序列会不同（呵呵，也有可能相同，不过出现这种情况的几率太小了）。
如果你把srand((unsigned)time(NULL));改成srand(2);这样虽然在一次运行中产生的字符序列是随机的，但是每次运行时产生的随机字符序列串是相同的。把srand这一句从程序中去掉也是这样。

此外，你可能会遇到这种情况，在使用timer控件编制程序的时候会发现用相同的时间间隔生成的一组随机数会显得有规律，而由用户按键command事件产生的一组随机数却显得比较随机，为什么？根据我们上面的分析，你可以很快想出答案。这是因为timer是由计算机时钟记数器精确控制时间间隔的控件，时间间隔相同，记数器前后的值之差相同，这样时钟取值就是呈线性规律的，所以随机种子是呈线性规律的，生成的随机数也是有规律的。而用户按键事件产生随机数确实更呈现随机性，因为事件是由人按键引起的，而人不能保证严格的按键时间间隔，即使严格地去做，也不可能完全精确做到，只要时间间隔相差一微秒，记数器前后的值之差就不相同了，随机种子的变化就失去了线性规律，那么生成的随机数就更没有规律了，所以这样生成的一组随机数更随机。这让我想到了各种晚会的抽奖程序，如果用人来按键产生幸运观众的话，那就会很好的实现随机性原则，结果就会更公正。

最后，我总结两个要点：
1.计算机的伪随机数是由随机种子根据一定的计算方法计算出来的数值。所以，只要计算方法一定，随机种子一定，那么产生的随机数就是固定的。
2.只要用户或第三方不设置随机种子，那么在默认情况下随机种子来自系统时钟。 

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litianxi回复：

在很多场合都要用到随机数，比如随机分配职工电影票（我总是最角落，边上一定是公司最漂亮的MM）

随机选定公司出差（公游）的人员（27选2，选来选去总有俺，另一个一定是在12个漂亮妹妹中随机选定）
所以，掌握这个东东还是有点用处的……
[题目：]

制作一个函数，用于输出从1到36（数字）中的任意7个，而且输出的7个数字不能重复（买过体彩的应该清楚）

大家试试啦……

随机数生成之VB例程

tuxw网友【原创】

1、对于种子的初始化，如果不是对随机数的应用有非常特殊的要求，不要反复初始化。

对于前面那段 C++ 代码，在循环中重复初始化种子不是很好。我没有调试那段代码，但可以预见，每次循环生成的随数会比较接近，按一定的规律不严格的递增或递减。因为这段代码在计算机中运行速度会非常快，也就是说时间变化很小，每次初始化的种子就很接近，从而使生成的散列有一定的“规律”。

如果不是对随机数的算法和自己应用的要求理解得很清楚，就不要反复初始化种子。前面的代码实际上是"规律“性的初始化，已经有背于”随机“的要求了

2、伪随机数的产生，现在用得较多的是“线性同余法"

就是下面这个式子

R(n+1) = [R(n) * a + b]  mod  c

为使随机数分布尽量均匀，a、b 均为质数， c 一般取值域内的最大值(mod 是求余数)

从这个式了可以看出，每次产生的随机数都跟上一次产生的数有关系，那么，第一个数是怎么来的呢？这就是线性同余法中必须用的的”种子"，也就是说，给定某个种子后，所产生的随机数序列是固定的，在计算机编程中，一般使用系统时间来初始化种子，就是前面代码中的 srand((unsigned)time(NULL)); 这一句了。因为每次运行程序的时间肯定不一样，所以产生散列肯定也不一样，从而达到“随机”的目的。

a,b,c 的取值我用的是 a=3373, b=1, c=32768

下面的两个子程序是我在我的项目(S7-200 226)中产生随机的系统编号用的，因为我的编号中只有4位数采用了随机数，所以下面的程序中用的是整型，最大范围为32767。如果需要更宽范围的随机数，可以采用双字类型，并适当修改程序，代码很简单，就是将上面那个表达式用 S7-200 的指令表示出来就行了。

这两个子程序是从 MicroWIN V4.0 中导出来的，可以将它们用文本编辑器保存为 AWL 文件后直接导入 MicroWIN。

使用时在第一个扫描周期调用  Srand 初始种子，需要随机数的地方调用 Random
Random 有了个最大范围参数，可以限制生成的随机数的最大范围，比如我只需要4位随机数，所以一般这样调用   CALL  Random, 10000, vw0，生成的数就在 0-9999 范围内

实现随机数生成之PLC编程

下面是代码：

SUBROUTINE_BLOCK Srand:SBR17
TITLE=初始化随机数种子
// 
// 直接使用系统时钟的分秒来作为种子
VAR_OUTPUT
seed:WORD;
END_VAR
BEGIN
Network 1 
LD     SM0.0

TODR   VB1990

Network 2 
LD     SM0.0
BTI    VB1994, AC1
SLW    AC1, 8

BTI    VB1995, AC3
+I     AC3, AC1

MOVW   AC1, LW0

END_SUBROUTINE_BLOCK


SUBROUTINE_BLOCK Random:SBR16
TITLE=随机数发生器
// 
// 线性同余法获取伪随机数，范围：0~32767
// 
// seed = (seed * 3373 + 1) % 32768;
// 
VAR_INPUT
wMax:WORD; // 最大范围
END_VAR
VAR_OUTPUT
wOut:WORD;
END_VAR
BEGIN
Network 1 
// wSeed * 3373 + 1  => AC1
LD     SM0.0

ITD    VW1940, AC1
*D     3373, AC1
INCD   AC1

Network 2 
// AC1 mod 32768 => wSeed
LD     SM0.0

MOVD   AC1, AC3
/D     +32768, AC3
*D     32768, AC3
-D     AC3, AC1

DTI    AC1, VW1940

Network 3 
// wSeed / 32768 * wMax => wOut
LD     SM0.0
DTR    AC1, AC1
/R     32768.0, AC1

ITD    LW0, AC3
DTR    AC3, AC3
*R     AC3, AC1

ROUND  AC1, AC1
DTI    AC1, LW2

END_SUBROUTINE_BLOCK