每周一个编程小例子：PLC 波形生成器（正弦方波三角波）

剑指工控星期六, 01/31/2026 - 14:22 发表

引言

在自动化控制系统中，PLC（可编程逻辑控制器）不仅用于控制工业设备，还可以用于生成测试信号以验证和调试系统性能。本文将介绍一个名为 FB_SignalGenerator 的 PLC 功能块，它能够根据不同需求生成多种波形信号，如正弦波、方波和三角波。通过调整波形类型、频率、幅度和偏移量，工程师能够在开发和测试阶段提供所需的标准信号，为系统调试提供强有力的支持。

1 程序代码及介绍

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK FB_SignalGenerator
VAR_INPUT
Enable : BOOL; // 使能
WaveType : INT := 1; // 波形类型：1=正弦，2=方波，3=三角波
Frequency : REAL; // 频率（Hz）
Amplitude : REAL := 1.0; // 幅度
Offset : REAL := 0.0; // 偏移
END_VAR
VAR_OUTPUT
Signal : REAL; // 输出信号
END_VAR
VAR
TimeCounter : REAL := 0.0; // 时间计数器
Phase : REAL; // 相位
Step : REAL; // 每一步的时间增量
END_VAR
// 应用：生成测试信号，用于调试
// 计算每一步的时间增量（假设扫描周期为10ms）
Step := 0.01 * Frequency; // 0.01秒 = 10ms扫描周期
IF Enable THEN
// 更新相位
TimeCounter := TimeCounter + Step;
Phase := TimeCounter - DINT_TO_REAL( TRUNC(TimeCounter)); // 取小数部分，0-1
CASE WaveType OF
1: // 正弦波
Signal := Amplitude * SIN(Phase * 2 * 3.14159) + Offset;
2: // 方波
IF Phase < 0.5 THEN
Signal := Amplitude + Offset;
ELSE
Signal := -Amplitude + Offset;
END_IF
3: // 三角波
IF Phase < 0.5 THEN
Signal := 4 * Amplitude * Phase - Amplitude + Offset;
ELSE
Signal := -4 * Amplitude * (Phase - 0.5) + Amplitude + Offset;
END_IF
END_CASE
ELSE
Signal := 0.0;
END_IF

2 程序介绍

输入变量

Enable：启用信号输出。如果为 TRUE，功能块将开始生成信号；为 FALSE 时，输出信号为 0。
WaveType：指定波形类型。1 代表正弦波，2 代表方波，3 代表三角波。
Frequency：信号的频率，以赫兹（Hz）为单位。它决定了信号周期的长短。
Amplitude：信号的幅度，默认为 1.0。幅度控制信号的最大强度。
Offset：信号的偏移量，默认值为 0。偏移量可将信号在垂直方向上平移。

输出变量

Signal：生成的信号值，根据输入参数计算并输出。

内部变量

TimeCounter：用于计时的变量，跟踪时间进度。
Phase：信号的相位，控制波形的生成。
Step：根据频率计算的时间增量，控制信号生成的精度。

功能实现

程序的核心是根据频率生成波形信号，逐步更新相位，并根据选定的波形类型计算信号值。程序首先计算每个采样周期的时间增量 Step，然后根据波形类型计算不同的信号输出。支持的波形类型包括：

正弦波：通过 SIN 函数计算相位的正弦值。
方波：相位在 0 到 1 之间，前半周期输出最大幅度，后半周期输出最小幅度。
三角波：生成上下对称的线性波形，随着相位的变化逐步增加或减少。

如果 Enable 为 FALSE，则输出信号为 0。

3 应用场景

调试与测试：工程师可以使用此功能块生成各种标准波形信号，用于调试控制系统和检测设备的响应。

自动化控制系统：在一些需要模拟真实世界信号的系统中，可以通过此功能块模拟输入信号，测试系统对不同波形的处理能力。

信号生成与实验：在实验室环境中，可以用来生成频率、幅度和偏移量可调的信号，帮助验证实验设备的性能。

4 拓展思考

波形的进一步扩展：目前支持的波形有三种，未来可以扩展支持更多类型的波形，如锯齿波、噪声信号等，以适应更多应用场景。

频率自动调整：可以根据外部条件（如负载变化）自动调整信号频率，支持更智能的信号生成。

信号合成：可以将多种波形信号组合起来，生成更复杂的信号波形，用于更高精度的测试和实验。

总结

FB_SignalGenerator 是一个简单而强大的 PLC 功能块，它能够生成多种波形信号，广泛应用于系统调试、设备测试以及实验室研究。通过调整频率、幅度和偏移量，用户可以灵活控制信号的生成，满足不同的测试需求。随着需求的变化，功能块也可以进一步扩展和优化，提供更多的波形选择和智能化的信号生成。

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