通常情况下，随机数的产生一般是由相应的随机函数来实现的，比如，数据结构中关于一个数据的存储地址，在各种程序设计语言学习中遇到的随机量的生成，图像处理中遇到的随机色彩的选择等[1]，在众多工程应用中此类随机函数显得格外重要。但在实际自动化工程应用中，一般的随机函数在项目的应用中并不能使用，原因在于项目中应用的控制器不具备产生随机函数的功能，但在实现应用中，又需要 “随机”函数，实际工程中，这类应用一般是通过“伪随机函数”来实现的，本文就详细地介绍这种函数产生的方法，并结合实现应用，确认了这种方法的可靠性和随机性。

0    随机数和随机函数

      就随机数而言，一种指此类数据没有规律性。同时随机数可分为真随机和伪随机两种，前者的生成过程必须独立于它的生成函数，所以，即使知道了真随机数序列中的一些数，外界也无法推算序列中的其它数。伪随机数与理想中的真随机数不同，伪随机数是使用一个确定性的算法计算出来的，看似随机的数，伪随机数并不是假随机数，这里的“伪”是有规律的意思，就是计算机产生的伪随机数是按照某种规律产生的。计算机只能产生伪随机数而不能产生绝对随机的随机数。

用来计算伪随机数的函数被称为随机函数。随机函数是一组依赖于一个变动参数t的随机变化的数的总体[2]，它是参数t的函数，在任意时刻函数值是随机的，具有一定的概率分布的。本文利用S7-1200的日期函数为种子，以时间T为参数，产生了以一个限定范围，以T为参数的随机数，通过对随机数的处理，应用到取样机的应用中，得到各个区域的随机取样点。

1    S7-1200可编程控制器实现类随机数原理

S7-1200系列CPU自身不带有随机函数，不能从可编程控制器内调用函数来实现，但可编程控制器自带日期和时间函数，利用此类函数与时间的关系，通过数据处理，可以实现实际意义的类随机或者说是伪随机的随机数。其实现的方块图如图1所示。

     图1  类随机实现原理图

通过上述框图的调用与转换，可编程控制器将一个内部日期转换为一个循环变换的整数，范围为-32768~32767。这里包括负整数，在实现运用中，负整数在随机的范围内，也是有效的数据。

2    自动取样机随机范围的确定方法

在自动取样机中，取样的范围为汽车车箱的区域，此区域为规则长方形，要求在此区域内产随机采样点。这里为6个点。兼于随机的可能性，兼顾项目采样点的分散性要求，确认范围的方法使用在长方形区域内，将车箱平均分为6个区域，在每个区域内产生一个随机点，共6个随机点，以确保车箱内石英砂样本的可靠性。车箱划分如图2所示。

图2 车箱区域六个点的划分

3    区域内点产生方法

根据要求，在图2中的1-6区域内，以每个区域中心，这里指对角线的交点，以此区域内的长边L/3和宽边W/2为一半，即L/6和W/4为半径的区域内随机产生随机数，随机数产生以可编程控制器产生的日期函数转换了16位整数至-32768~32767的数，通过可编程控制器的转换函数，将上述16位整数转换为[-1,1]之间的数，利用此随机的函数，与车箱单个区域内的长与宽相乘，可以得到一个相对中心点（对角线的交点）,随机分布在长与宽方向上的随机点，此点取值范围覆盖整个区域。其它区域产生随机数据的方法类同此区域。如图3所示。

  区域产生的随机点     

图3 单个区域随机点产生

4    软件实现方法

    利用可编程控制器实现以时间为种子的随机数。随机数随时间变化，周期性产生一个范围内数据，实现此类数据的伪随机，相对于真随机，这种伪随机可完全满足工程需要。自动取样机项目中，经过验证，随机数据基本符合随机特点，测试证明此类随机点无重复，不会集中在某一个区域。测试数据如图4(a)，4(b)所示。

       图4 (a)T产生的随机数据                图4(b) T后某一时间产生的随机数据

利用S7-1200的CUP1215C产生的软件程序如下：

利用系统日期功能块RD_SYS_T取得系统日期，经功能块T_CONV两次转换到时间数。

如图5（a）所示。经过T_ADD功能块，以第一个随机数产生时的随机时间种子依次增加t时间，t根据对产生随机数变化快慢增大或缩小，这里依次增加20S来取得不同区域的随机整数。将由时间转化为整数通过除以32768实现转换到[-1,1]内，同时将实际的车箱数据乘此数据，得到一个矩形区域内随机数。

图5（a）转换系统日期至时间

图5（b）转换系统日期至整数

           图5（c）转换数据至车箱长和宽方向矩形区域内

5    实践验证结论

通过利用CPU1215C的日期函数，以时间为随机数的产生的种子，通过转换将日期数据转换为整数数据，并将其转换到-1至+1的范围内的实数，同比例折算为车箱长与宽数据，得到区域内随机取样点数据。此方法利用伪随机产，数据变化具有相对随机性，不具备绝对随机性，可满足实际的采样需要。同时数据变化率可调整，在自动取样机中得到了较好的应用。