CODESYS 实战：蒙特卡罗方法计算圆周率 π
引言
在工业自动化中，掌握CODESYS的结构化文本（ST）语言是提高编程能力的关键。本文将介绍如何使用 CODESYS 编写一个程序，通过蒙特卡罗方法近似计算圆周率（π）。帮助用户在实践中学习和理解ST语言的基本概念和应用方法。
1 程序设计思路
利用随机点在单位正方形中的分布，估算四分之一圆的面积，以此计算π。
2 程序代码
- FUNCTION_BLOCK FB_CalculatePi
- VAR_INPUT
- NumPoints : DINT := 10000; // 总模拟点数
- END_VAR
- VAR_OUTPUT
- PiEstimate : REAL; // 圆周率估计值
- END_VAR
- VAR
- PointsInsideCircle : DINT; // 圆内点计数
- i : DINT; // 循环计数器
- x, y : REAL; // 随机点的x, y坐标
- Seed : DINT := 12345; // 随机数种子
- END_VAR
- // 线性同余生成器
- FUNCTION LCG : REAL
- VAR
- A : DINT := 1664525;
- C : DINT := 1013904223;
- M : DINT := 2147483647;
- END_VAR
- Seed := (A * Seed + C) MOD M;
- LCG := REAL(Seed) / REAL(M);
- (*
- 版本记录：
- 版本 日期 作者
- V1 2024-5-3 工控老王
- V2 2024-10-10 工控老王
- *)
- FOR i := 1 TO NumPoints DO
- // 生成随机点
- x := LCG();
- y := LCG();
- // 检查点是否在圆内
- IF (x * x + y * y) <= 1.0 THEN
- PointsInsideCircle := PointsInsideCircle + 1; END_IFEND_FOR // 计算π的估计值PiEstimate := 4.0 * REAL(PointsInsideCircle) / REAL(NumPoints);
- PointsInsideCircle := 0;
3 代码运行
取 100000 点，运行结果为 3.14232。增加点数可以使结果更加精确。
4 代码解释
变量定义：
NumPoints：用于模拟的总点数。
PiEstimate：计算得到的圆周率估计值。
PointsInsideCircle：落在圆内的点的数量。
x、y：生成的伪随机点的坐标。
Seed：用于生成伪随机数的种子。
核心逻辑：
使用线性同余生成器生成伪随机数。
模拟随机点，统计落在单位圆内的点数。
计算π的估计值：π ≈ 4 × (圆内点数 / 总点数)。
5 应用场景
适用于数值计算和随机模拟的教学场合，帮助理解圆周率计算过程。
6 开源版本说明
该程序遵循开源原则，任何人都可以使用、修改和分发此代码。在使用前应进行充分的测试，修改代码时，请秉持分享精神，将您的改进和成果进行分享，以便更多人受益。
总结
通过本次练习，您不仅熟悉了CODESYS ST语言的基本语法，还掌握了如何使用蒙特卡罗方法进行数值计算。这样的实践可以有效提升编程技巧，为解决更复杂的自动化问题奠定基础。
往期回顾
CODESYS 的ST语言实战 - 主备切换及保养提示解决方案
2024年11月
