西门子SCL编程实例——队列的实现算法

队列是一种数据结构，它的特点是数据先入先出（First In First Out，简写为FIFO）。队列在工业现场使用得比较多，很多流水线数据都是采用队列这种数据结构进行处理。队列有三个基本动作：初始化、入队和出队；队列存储区一般采用链表或数组，多数PLC队列的实现都是采用数组（除了支持c语言的PLC外），通常将数组进行处理，使其成为环型存储区，从而方便队列的操作。今天这篇文章，给大家介绍下我使用SCL语言编写的队列函数FB5016_FIFO_Real，它将数组作为环型存储区，以实数作为数据类型，实现了队列的初始化、入队和出队的操作。

在博途环境下新建函数块FB5016_FIFO_Real，变量声明如下图所示：

其中：

initData：当该参数的值为真时，将队列初始化。内部上升沿信号处理；putData：当该参数的值为真时，将数据data放入队列。内部上升沿信号处理；getData：当该参数的值为真时，将从队列中取出一个数据。内部上升沿信号处理；data：要入队的数据；done：操作完成（该信号会保持）；error：操作出错；dataQ：从队列中出来的数据；counter：队列中数据的数量；errCode：错误代码（1=存储区满，3=存储区空）；ringBufffer：使用不定长数组实现的环型存储区（不要在队列初始化完成后更改其上下限值）；

由于代码比较长，我将其分区处理，如下面的图片所示：

//初始化

//存储区处理

//数据处理

//输出

在使用前，先进行初始化，然后再进行数据入队/出队的操作。

这个函数块我已经测试过了，如果你有任何问题，欢迎留言。下面是我在OB1中的测试代码，使用之前介绍的随机数生成函数：

与队列对应的另一种常用的数据结构是“栈”，栈的特点是数据先入后出，或者说数据后入先出。我会在后续给大家介绍实现栈的算法。

我的书《西门子S7-1200/1500 PLC SCL语言编程 ——从入门到精通》从硬件到软件，比较详细的介绍了SCL语言的编程，感兴趣的话可以点击下面的链接查看：

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博图基本算法学习--顺序队列的PLC编程实现

一、顺序队列原理

概述：队列也是用于做数据处理，在队列的一端对数据项进行存入操作，称为入队，在队列的另一端对数据项进行取出操作，称之为出队，符合先进先出的特性。

头指针：用于指向队列里第一个元素的位置，也就是下次要出队元素所在的位置。

尾指针：用于指向队列里最后一个元素的后一个位置，也就是下次入队元素要存放的位置。

满队：尾指针已超出队尾位置。

空队：队列里没有元素或者所有元素都被取出。

入队：入队一次，向队列内存入一个元素，同时尾指针后移一个位置。队列处于满队状态时，不能入队。

出队：出队一次，从队列内取出一个元素，同时头指针后移一个位置。队列处于空队状态时，不能出队。

二、顺序队列程序设计

1、入队程序设计

流程设计：

1）检查是否有入队命令

如果有，则接着判断入队条件，即队列是否处于满队状态；

如果没有入队命令，则结束程序。

2）判断队列是否处于满队状态

如果是，则进入入队异常处理；

如果不是，则进入入队操作。

3）入队操作

向队列中存入元素；尾指针后移。

4）入队异常处理

输出故障状态和状态代码。

2、出队程序设计

流程设计：

1）检查是否有出队命令

如果有，则接着判断出队条件，即队列是否处于空队状态；

如果没有出队命令，则结束程序。

2）判断队列是否处于空队状态

如果是，则进入出队异常处理；

如果否，则进入出队操作。

3）出队操作

从队列中取出元素；头指针后移。

4）出队异常处理

输出故障状态和状态代码。

3、复位程序设计

复位功能：当需要清空队列空间，重新使用时，则进行复位操作。

流程设计：

检查是否有复位命令：如果有，复位头指针和尾指针；如果没有，则结束程序。

4、整体程序设计

三、顺序队列程序块与代码

1、程序接口设计

输入：

Push：入队命令，触发入队操作Pop：出队命令，触发出队操作reset：复位命令，触发复位操作

输入输出：

item：入队/出队元素，数据项变量quene：队列空间，采用数组进行存储

输出：

error：故障状态，当入队或出队异常时，error=truestatus：状态代码，当入队或出队异常时，显示相应代码

2、入队程序代码

满队状态判断：

队列数组：ARRAY【0..n】尾指针：i满队状态：i>=n+1

3、出队程序代码

空队状态判断

队列数组：ARRAY【0..n】头指针：i尾指针：j空队状态：i=j

四、改进队列

1、改进队列的原理

顺序队列面临的问题：

基本顺序队列，使用尾指针指向存入元素位置，使用头指针指向取出元素位置。按照队列的先进先出特性，每次元素出队列后，头指针后移，直至头指针=尾指针，表示空队状态。此时，之前的出队元素所占空间虽然被释放，但是空闲的存储空间却无法被继续使用，造成顺序队列的存储空间的浪费。

因而，需要对顺序队列进行改进，保证元素出队操作后，将队列元素整体前移到队头，占用之前移出元素后空闲的空间。这样尾指针也会随之前移，保证队列的使用效率。

因为，每次出队操作后，均将队列元素整体迁移至队头，故而出队的元素始终在队头位置，无需再使用头指针指向取出元素的位置。所以，在改进程序时，只保留一个指针，即尾指针指向存入元素位置即可。

2、出队程序的改进设计

队列元素是连续的区域，对于连续区域的整体移动在PLC程序里可以使用块移动指令，也可以使用循环语句逐个移动元素达到整体移动的目标。

五、总结

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