西门子PLC的字符串格式化输出

西门子PLC的字符串格式化输出是将数值、时间、状态等信息转换为可读文本的核心技术，广泛应用于HMI显示、日志记录、通信报文构建等场景。本文基于S7-1200/1500系列，从基础指令到工程实战，完整拆解实现方法。

一、核心指令：S7-1200/1500的字符串处理基础

1.1 字符串数据类型结构

西门子PLC的字符串由最大长度、当前长度和字符数组三部分组成。以 String[20] 为例：

关键认知：修改字符串时，PLC自动维护字节1的当前长度值，无需手动计算。

1.2 必备指令清单

二、Val_STRG 深度解析：数值到字符串的格式化

Val_STRG 是实现格式化输出的核心指令，支持整数、浮点数的多种格式控制。

2.1 引脚功能详解

IN：待转换的数值（支持INT/DINT/REAL等）
SIZE：输出字符串的总宽度（含符号、小数点、前导零/空格）
PREC：小数位数（仅对REAL有效，整数自动忽略）
FORMAT：格式控制字（16位，决定对齐、进制、符号等）
OUT：目标字符串变量

2.2 FORMAT控制字位定义

常用组合计算：

• 右对齐左补零 + 正负都显符号 + 十进制 = 2 + (1<<4) + 0 = 18（十六进制16#0012）
• 左对齐 + 默认符号 + 十进制 = 1（十六进制16#0001）

2.3 典型调用示例

场景A：温度值格式化（右对齐左补零，保留1位小数）

// 假设：当前温度25.5℃，需格式化为"0025.5"（7字符宽）
"Temp_Real" := 25.5;
"FormatCode" := 16#0002;  // 右对齐左补零

Val_STRG(
    IN := "Temp_Real",
    SIZE := 7,
    PREC := 1,
    FORMAT := "FormatCode",
    OUT => "TempString"
);
// 结果：TempString = "0025.5 "（注意末尾可能有1个空格补足）

场景B：设备编号左对齐（无符号整数）

// 设备号1234，格式化为"1234   "（8字符左对齐）
"DeviceID" := 1234;
"FormatCode" := 16#0001;  // 左对齐

Val_STRG(
    IN := "DeviceID",
    SIZE := 8,
    PREC := 0,
    FORMAT := "FormatCode",
    OUT => "IDString"
);
// 结果：IDString = "1234    "

场景C：十六进制地址显示

// 内存地址2047，显示为"07FF"（4字符大写十六进制）
"MemAddr" := 16#07FF;
"FormatCode" := 16#0200;  // 十六进制模式（位8~11=2）

Val_STRG(
    IN := "MemAddr",
    SIZE := 4,
    PREC := 0,
    FORMAT := "FormatCode",
    OUT => "HexString"
);
// 结果：HexString = "07FF"

三、复杂格式化：多字段组合与动态模板

实际工程中，单条 Val_STRG 往往不够，需要指令组合实现复杂格式。

3.1 固定格式报文生成

目标格式：T:25.5|P:1.02|F:1560（温度、压力、流量三字段）

// 步骤1：分别转换三个数值
Val_STRG(IN:="Temp", SIZE:=4, PREC:=1, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrTemp");
Val_STRG(IN:="Press", SIZE:=4, PREC:=2, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrPress");
Val_STRG(IN:="Flow", SIZE:=4, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrFlow");

// 步骤2：拼接前缀和数值
Concat(IN1:="T:", IN2:="StrTemp", OUT=>"Part1");
Concat(IN1:="|P:", IN2:="StrPress", OUT=>"Part2");
Concat(IN1:="|F:", IN2:="StrFlow", OUT=>"Part3");

// 步骤3：最终组合
Concat(IN1:="Part1", IN2:="Part2", OUT=>"TempCombine");
Concat(IN1:="TempCombine", IN2:="Part3", OUT=>"FinalMsg");

3.2 动态宽度与条件格式

当数值范围变化大时，需动态计算SIZE避免截断或过度补零。

// 自动适应整数位数（以DINT为例）
IF "TargetValue" >= 100000 THEN
    "CalcSize" := 7;
ELSIF "TargetValue" >= 10000 THEN
    "CalcSize" := 6;
ELSIF "TargetValue" >= 1000 THEN
    "CalcSize" := 5;
ELSIF "TargetValue" >= 100 THEN
    "CalcSize" := 4;
ELSIF "TargetValue" >= 10 THEN
    "CalcSize" := 3;
ELSE
    "CalcSize" := 2;  // 至少保留1位数字+可能的符号
END_IF;

Val_STRG(
    IN := "TargetValue",
    SIZE := "CalcSize",
    PREC := 0,
    FORMAT := 16#0000,  // 右对齐左补空格
    OUT => "AdaptiveStr"
);

3.3 时间戳格式化（DATE_AND_TIME转字符串）

标准时间类型需先拆分为组件，再分别格式化。

// 读取系统时间并拆解
"LocalTime" := READ_RTC();  // 或 NTP 同步后的时间

// 提取各时间分量（使用IEC功能块）
YEAR := "LocalTime".YEAR;
MONTH := "LocalTime".MONTH;
DAY := "LocalTime".DAY;
HOUR := "LocalTime".HOUR;
MINUTE := "LocalTime".MINUTE;
SECOND := "LocalTime".SECOND;

// 格式化为 "2024-01-15 08:30:45"
Val_STRG(IN:=YEAR, SIZE:=4, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrYear");
Val_STRG(IN:=MONTH, SIZE:=2, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrMon");
Val_STRG(IN:=DAY, SIZE:=2, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrDay");
Val_STRG(IN:=HOUR, SIZE:=2, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrHour");
Val_STRG(IN:=MINUTE, SIZE:=2, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrMin");
Val_STRG(IN:=SECOND, SIZE:=2, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"StrSec");

// 逐步拼接（为清晰分多步，实际可优化）
Concat(IN1:="StrYear", IN2:="-", OUT=>"TS1");
Concat(IN1:="TS1", IN2:="StrMon", OUT=>"TS2");
Concat(IN1:="TS2", IN2:="-", OUT=>"TS3");
Concat(IN1:="TS3", IN2:="StrDay", OUT=>"TS4");
Concat(IN1:="TS4", IN2:=" ", OUT=>"TS5");
Concat(IN1:="TS5", IN2:="StrHour", OUT=>"TS6");
Concat(IN1:="TS6", IN2:=":", OUT=>"TS7");
Concat(IN1:="TS7", IN2:="StrMin", OUT=>"TS8");
Concat(IN1:="TS8", IN2:=":", OUT=>"TS9");
Concat(IN1:="TS9", IN2:="StrSec", OUT=>"TimeStampStr");

四、高级技巧：数组循环与批量处理

4.1 批量设备状态上报

假设10台设备，每台需生成 "Dev01:RUN,T:45.2" 格式报告。

FOR #i := 0 TO 9 DO
    // 计算设备编号字符串（01~10）
    "TempDevNum" := #i + 1;
    Val_STRG(IN:="TempDevNum", SIZE:=2, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>"DevNumStr");

    // 获取该设备状态（假设从DB数组读取）
    "DevStatus" := "DeviceDB".Status[#i];  // 0=STOP, 1=RUN, 2=ALARM
    "DevTemp" := "DeviceDB".Temperature[#i];

    // 状态码转字符串
    CASE "DevStatus" OF
        0: "StatusStr" := "STOP";
        1: "StatusStr" := "RUN ";
        2: "StatusStr" := "ALARM";
    ELSE
        "StatusStr" := "ERR ";
    END_CASE;

    // 格式化温度
    Val_STRG(IN:="DevTemp", SIZE:=4, PREC:=1, FORMAT:=16#0002, OUT=>"TempStr");

    // 组合单条记录：Dev01:RUN ,T:45.2
    Concat(IN1:="Dev", IN2:="DevNumStr", OUT=>"LineStart");
    Concat(IN1:="LineStart", IN2:=":", OUT=>"Line1");
    Concat(IN1:="Line1", IN2:="StatusStr", OUT=>"Line2");
    Concat(IN1:="Line2", IN2:=",T:", OUT=>"Line3");
    Concat(IN1:="Line3", IN2:="TempStr", OUT=>"DeviceReport"[#i]);

    // DeviceReport为String[20]数组，存储10条记录
END_FOR;

4.2 变长JSON风格报文构建

现代物联网通信常需JSON格式，需处理引号、逗号等特殊字符。

// 目标：{"temp":25.5,"alarm":false,"msg":"normal"}
// 注意：JSON中的双引号在PLC字符串中用两个双引号表示（转义）

// 数值部分
Val_STRG(IN:="SensorTemp", SIZE:=4, PREC:=1, FORMAT:=16#0000, OUT=>"JsonTemp");
Val_STRG(IN:="AlarmCount", SIZE:=3, PREC:=0, FORMAT:=16#0000, OUT=>"JsonAlarm");

// 构建组件（使用常量字符串）
// 常量定义："开头大括号、字段名等
"{""temp"":""  存储在 "JsonPartA"（实际内容为 {"temp":）
"","alarm":"" 存储在 "JsonPartB"
",""msg"":""" 存储在 "JsonPartC"
"""}""        存储在 "JsonPartD"（实际内容为 "}）

// 拼接流程
Concat(IN1:="JsonPartA", IN2:="JsonTemp", OUT=>"J1");
Concat(IN1:="J1", IN2:="JsonPartB", OUT=>"J2");
Concat(IN1:="J2", IN2:="JsonAlarm", OUT=>"J3");
Concat(IN1:="J3", IN2:="JsonPartC", OUT=>"J4");

// 处理动态消息文本（假设"MsgText"已赋值如"normal"）
Concat(IN1:="J4", IN2:="MsgText", OUT=>"J5");
Concat(IN1:="J5", IN2:="JsonPartD", OUT=>"FinalJson");

关键提示：S7-1200/1500的字符串常量中，双引号用连续两个表示（""），这是IEC 61131-3标准的转义规则。

五、调试与常见问题

5.1 典型故障排查

5.2 在线调试技巧

1. 强制监控：在博图软件的监控表中，将字符串变量格式设为"字符串"而非默认的"十六进制"，直观查看结果。
2. 长度验证：同时监控字符串变量的第1字节（当前长度），确认与预期一致。
3. 分步测试：复杂组合逻辑建议用临时中间变量存储每步结果，逐步验证。

六、S7-1500增强功能（与S7-1200差异）

S7-1500专用：使用VARIANT实现泛型格式化

// 通过VARIANT指针，同一段代码处理不同类型
"AnyToString"(
    value := "InputVariant",  // 可指向INT/REAL/DINT等任意类型
    format := "%08.3f",       // 类C语言格式描述符
    result => "OutputString"
);

七、完整工程代码模板

以下为一个可直接导入的功能块 FB_StringFormatter，封装常用格式化模式。

FUNCTION_BLOCK "FB_StringFormatter"
VAR_INPUT
    Enable      : Bool;           // 使能信号
    Mode        : Byte;           // 0=标准数值, 1=时间戳, 2=设备状态
    ValueReal   : Real;           // 浮点输入
    ValueDInt   : DInt;           // 整数输入
    Precision   : Byte := 1;      // 小数位（Mode=0时有效）
    TotalWidth  : Byte := 8;      // 总宽度
END_VAR
VAR_OUTPUT
    Done        : Bool;
    ResultStr   : String[30];
END_VAR
VAR_TEMP
    TempStr1, TempStr2 : String[15];
    FormatCode  : Word;
    Year, Mon, Day, Hour, Min, Sec : Int;
END_VAR

CASE #Mode OF
    0:  // 标准数值模式
        IF ABS(#ValueReal) >= 100000.0 THEN
            // 大数用科学计数或调整宽度
            #FormatCode := 16#0002;  // 右对齐左补零
        ELSE
            #FormatCode := 16#0000;  // 右对齐左补空格
        END_IF;

        Val_STRG(
            IN := #ValueReal,
            SIZE := UINT_TO_INT(#TotalWidth),
            PREC := UINT_TO_INT(#Precision),
            FORMAT := #FormatCode,
            OUT => #ResultStr
        );
        #Done := TRUE;

    1:  // 时间戳模式（ValueDInt作为Unix时间或专用结构）
        // 简化示例：假设ValueDInt分解为YYMMDDhhmmss
        #Year := DINT_TO_INT(#ValueDInt / 10000000000);
        #Mon  := DINT_TO_INT((#ValueDInt / 100000000) MOD 100);
        #Day  := DINT_TO_INT((#ValueDInt / 1000000) MOD 100);
        // ... 类似提取时分秒，然后按3.3节拼接
        #ResultStr := "TimeMode_TODO";  // 实际需完整实现
        #Done := TRUE;

    2:  // 设备状态模式
        Val_STRG(IN:=#ValueDInt, SIZE:=3, PREC:=0, FORMAT:=16#0002, OUT=>#TempStr1);
        Concat(IN1:="DEV", IN2:=#TempStr1, OUT=>#TempStr2);
        // 根据ValueReal判断状态（0=STOP, 1=RUN）
        IF #ValueReal > 0.5 THEN
            Concat(IN1:=#TempStr2, IN2:=":RUN ", OUT=>#ResultStr);
        ELSE
            Concat(IN1:=#TempStr2, IN2:=":STOP", OUT=>#ResultStr);
        END_IF;
        #Done := TRUE;

ELSE
    #ResultStr := "MODE_ERR";
    #Done := FALSE;
END_CASE;

END_FUNCTION_BLOCK

调用示例：

// 格式化当前转速1560.5 RPM，8字符宽，1位小数
"Formatter".Enable := TRUE;
"Formatter".Mode := 0;
"Formatter".ValueReal := "MotorSpeed";
"Formatter".Precision := 1;
"Formatter".TotalWidth := 8;
// 结果："  1560.5"（左补两个空格）

掌握上述方法后，可应对西门子PLC中绝大多数字符串格式化需求。核心要点在于：理解String数据结构、熟练运用Val_STRG的FORMAT控制、合理拆分复杂格式为多步简单操作。