المصفوفات: ARRAY وفلتر المتوسط المتحرك

عندما تصبح المتغيرات المنفردة عبئاً

تريد متوسط آخر عشر قراءات للمستوى. بالمتغيرات المنفردة:

S10 := S9; S9 := S8; S8 := S7;   (* ... وهكذا تسعة أسطر *)
Avg := (S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6 + S7 + S8 + S9 + S10) / 10.0;

عشرون سطراً، وتغيير العدد إلى 20 يعني إعادة كتابة كل شيء. المصفوفة تحل هذا.

الإعلان

VAR
  Samples : ARRAY [1..10] OF REAL;
  Motors  : ARRAY [1..32] OF BOOL;
  Grid    : ARRAY [1..4, 1..8] OF INT;   (* ثنائية الأبعاد *)
END_VAR

المدى [1..10] يحدد الفهرس الأول والأخير. المعيار يتركه لك، لكن العرف في الصناعة أن تبدأ من 1 لأن أول محرك اسمه M1 لا M0، وهذا يقلّل أخطاء الإزاحة بواحد.

الفهرسة

Samples[1] := Level;
Last       := Samples[10];
Samples[i] := Samples[i - 1];
Motors[Index] := TRUE;

الفهرس تعبير، فقد يكون متغيراً أو حساباً، وهنا تبدأ المشاكل.

حلقة FOR على مصفوفة

Total := 0.0;
FOR i := 1 TO 10 DO
  Total := Total + Samples[i];
END_FOR;
Avg := Total / 10.0;

أربعة أسطر تعمل مع 10 عناصر ومع 200. وللإزاحة:

FOR i := 10 TO 2 BY -1 DO
  Samples[i] := Samples[i - 1];
END_FOR;
Samples[1] := Level;

لاحظ الاتجاه: من الأعلى للأسفل، وإلا نسخت العنصر الأول على كل المصفوفة.

الفلتر: متوسط متحرك

قراءة مستوى تهتز لأن السائل متحرك ولأن ضوضاء كهربائية تدخل على الكيبل. المتوسط المتحرك يهدّئها:

Tick(IN := NOT Tick.Q, PT := T#100ms);

IF Tick.Q THEN
  FOR i := 10 TO 2 BY -1 DO
    Samples[i] := Samples[i - 1];
  END_FOR;
  Samples[1] := Level;
END_IF;

Total := 0.0;
FOR i := 1 TO 10 DO
  Total := Total + Samples[i];
END_FOR;
AvgLevel := Total / 10.0;

لا تأخذ عينة في كل مسح. عشر عينات بزمن مسح 10 ms تعني متوسط عُشر ثانية، وهو لا يفلتر شيئاً. أخذ العينة كل 100 ms يعطي نافذة ثانية كاملة. نافذة الفلتر = عدد العينات × زمن العينة، وهذا ما يجب أن تحسبه قبل أن تكتب رقماً.

الفهرس الخارج عن المدى

هذا سبب حقيقي لتوقف خطوط إنتاج:

Samples[i] := Level;   (* ماذا لو i = 0؟ أو 11؟ أو 300؟ *)

ما يحدث يختلف بين المنصات: بعضها يرفع خطأ ويوقف المتحكم، وبعضها يكتب على ذاكرة متغير آخر بصمت، وهذا الثاني أسوأ لأن البرنامج يبقى يعمل ويعطي نتائج غلطاً. والفهرس الخطر هو الذي يأتي من الخارج: من HMI، أو من رسالة اتصال، أو من حساب.

احمِ نفسك دائماً:

IF i >= 1 AND i <= 10 THEN
  Samples[i] := Level;
ELSE
  IdxFault := TRUE;
END_IF;

أو باستخدام LIMIT:

i := LIMIT(1, RawIndex, 10);

الحصر أفضل من التجاهل، والإنذار أفضل من الحصر الصامت.

لا يعمل في المختبر

المختبر لا يدعم ARRAY. برنامج المختبر أدناه يحقق نفس المتوسط المتحرك بأربعة متغيرات منفردة، وهو بالضبط الأسلوب الذي تتخلص منه المصفوفة.