ST字符串拼接实战：如何使用 CONCAT 处理条码与MES通信

在电气自动化系统中，PLC 与 MES（制造执行系统）之间的数据交互常依赖条码扫描结果作为工序触发或物料追溯的关键输入。条码本身通常只包含基础编码（如流水号、批次号），但 MES 接口往往要求结构化字符串——例如带前缀的唯一标识符、含时间戳的事件报文、或符合特定协议格式的 JSON 片段。此时，单纯读取条码原始值无法满足通信需求，必须在 PLC 内完成实时、确定性、无外部依赖的字符串拼接。本文以西门子 S7-1200/1500 系列 PLC 的 Structured Text（ST）编程语言为载体，详解如何使用标准函数 CONCAT 安全、高效地构建符合 MES 要求的条码报文。

一、为什么必须在 PLC 层拼接？常见误区澄清

许多工程师试图将拼接逻辑后移至上位机或 MES 侧，理由是“PLC 只该做控制”。但这在工业现场极易引发三类硬伤：

• 时序断裂：条码扫描触发动作（如启动装配工位）与 MES 报文发出之间若存在网络延迟或上位机调度抖动，会导致事件与数据不匹配，追溯链断裂；
• 单点故障：一旦上位机宕机或通信中断，PLC 无法生成有效报文，MES 收不到任何事件，产线状态在系统中“消失”；
• 协议耦合：MES 接口升级（如字段增减、分隔符变更）若需修改上位机代码，每次变更都需停机部署，违背柔性产线原则。

正确做法是：PLC 负责生成语义完整的报文字符串，仅通过标准化协议（如 OPC UA PubSub、MQTT、S7 通信）将最终字符串“原样投递”给 MES。拼接逻辑固化在 PLC 中，与通信通道解耦，既保证实时性，又提升系统鲁棒性。

二、ST 字符串基础：STRING 与 ARRAY[254] OF CHAR 的本质区别

在 ST 中，STRING 并非“万能字符串类型”，而是一个带长度前缀的结构体。声明 VAR str : STRING[32]; 实际等价于：

TYPE STRING_32 :
STRUCT
    len : USINT;           // 当前实际长度（字节数）
    buf : ARRAY[0..31] OF CHAR;  // 固定缓冲区，索引 0~31
END_STRUCT
END_TYPE

关键事实：

• len 字段由系统自动维护，不可手动赋值（如 str.len := 5; 是非法操作）；
• 所有字符串函数（包括 CONCAT）均通过读取 len 决定有效内容，并在拼接后自动更新 len；
• STRING[32] 的最大可存字符数为 32，但实际可用长度 = 32 − 1 = 31（因第 0 字节被 len 占用）；

对比 ARRAY[254] OF CHAR：

• 是纯字符数组，无长度信息，需手动追踪末尾 \0 或计数；
• 不支持 CONCAT 等字符串函数，必须用循环逐字复制；
• 在通信报文中易因未置零导致脏数据（如前次残留字符混入本次报文）。

因此，所有涉及拼接的变量必须声明为 STRING[N] 类型，严禁用 ARRAY 替代。

三、CONCAT 函数语法与安全边界（核心规则）

CONCAT 是 IEC 61131-3 标准函数，签名如下：

FUNCTION CONCAT : STRING
VAR_INPUT
    IN1 : STRING;
    IN2 : STRING;
END_VAR

其行为严格遵循以下三条铁律：

1. 输出长度 = MIN( IN1.len + IN2.len , N−1 )
   若拼接结果超出目标 STRING[N] 容量，则静默截断，不报错、不警告。例如：

   s1 := 'ABC';      // len = 3
   s2 := 'DEFGHIJK'; // len = 8
   result := CONCAT(s1, s2); // 若 result 声明为 STRING[10]，则 result = 'ABCDEFGHI'（len=9），'K' 被丢弃

2. 空字符串参与拼接完全合法
   CONCAT('A', '') 返回 'A'；CONCAT('', '') 返回 ''（len=0）。无需预先判断是否为空。

3. 输入字符串若超长，自动截断至声明长度
   若 s1 声明为 STRING[5] 但实际存了 8 字符（因历史错误写入），CONCAT 仅读取其 len 字段指示的前 len 个字符，不会越界读取。

✅ 正确用法：始终将 CONCAT 结果赋值给一个明确声明长度的 STRING[N] 变量，并确保 N 大于等于所有可能输入长度之和 + 安全余量（建议 +5）。

四、实战：构建 MES 条码报文的 4 种典型场景

场景 1：基础条码补全（前缀 + 扫描值）

MES 要求条码格式为 PRD-20240520-00123，其中 PRD- 为固定前缀，20240520 为当日日期（由 PLC 提供），00123 为扫描值。

// 声明变量
sPrefix  : STRING[8]   := 'PRD-';            // 长度预留足够
sDate    : STRING[8];                       // 存储 '20240520'
sScan    : STRING[16];                      // 扫描值（如 '00123'）
sResult  : STRING[32];                       // 输出：足够容纳 'PRD-20240520-00123'（16字符）

// 获取当前日期（示例：使用 TON 计时器+RTC 读取，此处简化为常量）
sDate := '20240520';

// 拼接：CONCAT(CONCAT(sPrefix, sDate), sScan) → 避免嵌套过深，分步更清晰
sTemp := CONCAT(sPrefix, sDate);     // 'PRD-20240520'
sResult := CONCAT(sTemp, '-');       // 'PRD-20240520-'
sResult := CONCAT(sResult, sScan);   // 'PRD-20240520-00123'

⚠️ 注意：CONCAT 不支持多参数，必须链式调用。CONCAT(a,b,c) 是非法语法。

场景 2：动态字段拼接（含设备ID与工序号）

MES 报文需为 JSON 片段：{"barcode":"00123","station":"ASM-01","step":2,"ts":"20240520142305"}。各字段来自不同来源：

// 声明必要转换函数（系统自带）
sStepStr : STRING[4];                 // INT 最大 9999，4字符足够
sStepStr := INT_TO_STRING(iStep);      // iStep=2 → '2'

// 构建键值对（注意引号与冒号需显式拼入）
sKey1 := '"barcode":"';               // len=11
sKey2 := '","station":"';             // len=14
sKey3 := '","step":';                 // len=9
sKey4 := ',"ts":"';                   // len=8
sEnd := '"}';                          // len=2

// 组装（总长估算：11+16+14+10+9+4+8+14+2 = 88 → STRING[128] 安全）
sJSON := CONCAT(sKey1, sBarcode);
sJSON := CONCAT(sJSON, sKey2);
sJSON := CONCAT(sJSON, sStation);
sJSON := CONCAT(sJSON, sKey3);
sJSON := CONCAT(sJSON, sStepStr);
sJSON := CONCAT(sJSON, sKey4);
sJSON := CONCAT(sJSON, sTimestamp);
sJSON := CONCAT(sJSON, sEnd);

✅ 验证技巧：在 TIA Portal 中监控 sJSON.len，确认其等于预期字符数（如本例应为 88），避免隐式截断。

场景 3：容错拼接（处理扫描失败或空值）

实际产线中，条码可能污损、扫描器临时故障，导致 sBarcode 为空（len=0）或含非法字符（如控制符）。直接拼接会生成无效报文。

步骤：

1. 判空保护：用 LEN(sBarcode) = 0 检测；
2. 清洗非法字符：遍历 sBarcode.buf，替换非数字/字母字符为 'X'；
3. 填充默认值：空时用 'ERR-' + 时间戳 替代。

// 清洗函数（内联逻辑，不封装）
i := 0;
WHILE i < LEN(sBarcode) DO
    IF (sBarcode.buf[i] < '0') OR (sBarcode.buf[i] > '9') AND 
       (sBarcode.buf[i] < 'A') OR (sBarcode.buf[i] > 'Z') AND 
       (sBarcode.buf[i] < 'a') OR (sBarcode.buf[i] > 'z') THEN
        sBarcode.buf[i] := 'X';
    END_IF;
    i := i + 1;
END_WHILE;

// 判空并替换
IF LEN(sBarcode) = 0 THEN
    sBarcode := CONCAT('ERR-', sTimestamp); // 'ERR-20240520142305'
END_IF;

⚠️ 关键：LEN() 函数返回 sBarcode.len，是唯一可靠的长度依据，禁止用 SIZEOF(sBarcode.buf)（返回固定32，非实际长度）。

场景 4：循环批量拼接（同一工位多件扫码）

某工序需连续扫描 5 件，MES 要求单次报文提交全部条码，格式：ITEMS:00123,00124,00125,00126,00127。

// 声明数组与索引
aBarcodes : ARRAY[0..4] OF STRING[16]; // 5个条码
iIndex : INT := 0;                      // 当前写入位置
sBatch : STRING[256];                   // 批量结果（256足够：5*16 + 4*1 + 6 = 89）

// 扫描到一件时执行（伪代码）
IF bScanTrigger THEN
    aBarcodes[iIndex] := sScanResult;
    iIndex := iIndex + 1;
    IF iIndex >= 5 THEN
        // 开始拼接
        sBatch := 'ITEMS:';              // 初始化
        FOR i := 0 TO 4 DO
            IF i > 0 THEN
                sBatch := CONCAT(sBatch, ','); // 追加逗号
            END_IF;
            sBatch := CONCAT(sBatch, aBarcodes[i]);
        END_FOR;
        // 重置索引
        iIndex := 0;
    END_IF;
END_IF;

✅ 优势：避免重复 CONCAT 调用开销（每次调用有微小 CPU 开销），循环内仅 9 次 CONCAT（1次初始化 + 4次逗号 + 5次条码），远少于“每扫一件就拼一次”的方案。

五、性能与内存关键点（避坑指南）

六、与 MES 通信的最终交付物

拼接完成的 sResult（或 sJSON）不应直接用于通信指令，而应作为数据源接入标准通信模块：

• OPC UA Client：将 sResult 映射为 OPC_UA_CLIENT.Variable 的 Value 输入；
• MQTT Publisher：赋值给 MQTT_PUB.Payload（需确保 Payload 类型为 STRING）；
• S7 通信：通过 TSEND_C 发送前，用 STRING_TO_ARRAY 转为 ARRAY[254] OF BYTE，并设置 LEN 参数为 LEN(sResult)。

✅ 核心原则：PLC 只负责“造好字符串”，不负责“发字符串”。通信协议栈与字符串生成彻底分离。

七、附录：常用辅助函数速查表

// 安全截取最后4位（防越界）
sLast4 := MID(sBarcode, MAX(1, LEN(sBarcode)-3), 4);