Codesys的数学运算函数库调用

Codesys 编程环境内部集成了功能强大的 Standard 标准库，其中包含了大量用于工业自动化的数学运算函数。通过直接调用这些函数，可以快速完成从基础的四则运算到复杂的三角函数计算。

以下步骤将引导你如何在结构化文本（ST）语言中声明变量、调用常用数学函数并进行逻辑处理。

1. 准备工作：声明变量

在进行任何数学计算之前，必须先在程序的声明区定义好输入变量和用于存储结果的变量。

1. 打开 Codesys 软件并双击打开你的 POU（程序组织单元），例如 PLC_PRG。
2. 点击上方菜单栏的 声明 视图（Declaration）。
3. 输入以下变量声明代码，定义用于计算的基础数据类型：

VAR
    // 基础输入变量
    rValue1 : REAL := 10.5;      (* 第一个实数 *)
    rValue2 : REAL := 4.0;       (* 第二个实数 *)
    iAngle  : INT  := 90;        (* 角度值，整数 *)

    // 计算结果变量
    rResult      : REAL;         (* 基础运算结果 *)
    rSquareRoot  : REAL;         (* 平方根结果 *)
    rSineResult  : REAL;         (* 正弦函数结果 *)
    rRad         : REAL;         (* 存储转换后的弧度 *)
    iRounded     : INT;          (* 四舍五入后的整数 *)
END_VAR

2. 调用基础数学函数

Standard 库中最常用的是基础算术函数。虽然 ST 语言支持直接使用 +、-、*、/ 运算符，但在某些需要显式调用功能的场景下，标准函数非常有用。

1. 切换到 实现 视图（Implementation）。
2. 编写以下代码，执行加法、乘法和绝对值计算。

// 方法一：直接使用运算符（推荐用于简单计算）
rResult := rValue1 + rValue2;

// 方法二：调用标准库函数
// 使用 ADD 函数求和
rResult := ADD(rValue1, rValue2);

// 使用 MUL 函数求积
rResult := MUL(rValue1, rValue2);

// 使用 ABS 函数求绝对值 (假设 rValue1 可能为负)
rResult := ABS(rValue1);

3. 调用高级数学函数

对于平方根、指数、对数和三角函数等复杂运算，必须调用特定的函数。

1. 定位到代码逻辑编写区域。
2. 调用 SQRT 函数计算平方根。

// 计算 rValue1 的平方根
// 逻辑：Root = √10.5
rSquareRoot := SQRT(rValue1);

3. 调用 EXPT 函数进行幂运算。

// 计算 rValue1 的 rValue2 次方
// 逻辑：Result = 10.5 ^ 4.0
rResult := EXPT(rValue1, rValue2);

4. 处理三角函数与角度转换

Codesys 的三角函数（SIN, COS, TAN）默认使用弧度（Radian）作为单位，而工业现场通常使用度（Degree）。因此，必须先进行单位转换。

弧度与度的换算公式为：

$$ Rad = Deg \times \frac{\pi}{180} $$

1. 计算弧度值。Codesys 常量 3.1415926 通常需手动定义或直接使用数值。
2. 调用 SIN 函数。

// 将角度转换为弧度
// 公式：角度 * (π / 180)
rRad := iAngle * (3.1415926 / 180.0);

// 计算正弦值
// 注意：如果输入是度数而不转换，结果将完全错误
rSineResult := SIN(rRad);

5. 类型转换函数

在自动化控制中，模拟量处理（浮点数）与设定值处理（整数）经常需要互换。Standard 库提供了多种转换函数。

下表列出了常用的转换函数及其用途：

1. 编写代码，演示 TRUNC 和 ROUND 的区别。

// 假设 rResult 当前值为 12.6

// 使用 TRUNC：小数部分直接舍弃
// 结果 iRounded = 12
iRounded := TRUNC(rResult);

// 使用 ROUND：四舍五入
// 结果 iRounded = 13
iRounded := ROUND(rResult);

// 注意：如果将较大的 REAL 转换为 INT，需先检查溢出
IF rResult > 32767.0 THEN
    rResult := 32767.0;
END_IF;

6. 综合实例：计算直角三角形斜边

结合上述函数，编写一个实用的计算逻辑：已知两条直角边 a 和 b，计算斜边 c。

公式：

$$ c = \sqrt{a^2 + b^2} $$

1. 复用之前声明的 rValue1（作为边 a）和 rValue2（作为边 b）。
2. 编写如下代码：

VAR
    rSideA : REAL := 3.0;
    rSideB : REAL := 4.0;
    rSideC : REAL;
END_VAR

// 步骤 1：计算边的平方
rSideC := EXPT(rSideA, 2) + EXPT(rSideB, 2);

// 步骤 2：计算总和的平方根
rSideC := SQRT(rSideC);

// 此时 rSideC 的理论值应为 5.0

执行完上述步骤后，rSideC 变量中即存储了计算出的斜边长度。