终于有人把西门子PLC字符串说明白了

大家好！我是付工。

今天跟大家分享一下西门子PLC的字符串读写，希望这篇文章可以让大家彻底弄明白西门子PLC字符串的相关知识。

字符串说明

字符串是西门子PLC通信中最容易出错的数据类型。

西门子 S7 系列 PLC 的字符串类型包含 String 与 WString 两种，这两种在内存布局上与 C# 的 String 完全不同。

西门子字符串携带内联长度头、特定编码格式，后者则由 .NET 运行时管理长度。因此，读写西门子字符串若不加处理，直接按字节读取，头部长度信息会混入字符串内容，导致乱码或截断。

为了区分，后续阐述时，我们将西门子PLC的String类型与WString字符串规定为S7 String与S7 WString。

本文首先剖析 S7 String 与 S7 WString 的存储结构，再给出基于 S7netplus 的正确读写方案。

S7 String存储结构

S7 String 在 PLC 侧以 String[N] 形式声明，其中 N 为最大字节数，最大值为254。如果在PLC侧直接声明类型为String，等同于String[254]。S7 String内存布局为 2 字节头 + N 字节数据区，具体如表所示：

编码说明：S7 String 的字符编码并非 ASCII，在中文环境下使用博图（TIA Portal）给 String 赋值时，汉字会以 GBK 编码写入数据区，如果使用 ASCII 解码，必然乱码。因此涉及中文的场景应优先使用使用WString类型存储，如果必须使用S7 String类型，应该使用GBK编码格式进行解析。

下面通过实际示例对S7 String存储结构进行说明，在PLC侧DB2中创建两个S7 String变量A与B，数据类型分别为String[5]和String[10]，给A赋值“ABC”，给B赋值“你好”，同时创建一个TestA和TestB变量，便于观察偏移量，如图所示：

我们可以直观看到变量A实际占用7个字节，变量B实际占用12个字节，符合S7String内存2+N的布局规则。为了进一步观察变量A和变量B的实际数据，我们创建一个监控表进行监视，如图所示：

从图中可以做出如下分析：

（1）变量A的字节头为0x05 0x03，表示最大长度为5，有效长度为3。数据区为0x41 0x42 0x43 0x00 0x00，前3个有效字节0x41 0x42 0x43即对应“ABC”。

（2）变量B字节头为0x0A 0x04，表示最大长度为10，有效长度为4，每个中文占用2个字节。数据区为0xC4 0xE3 0xBA 0xC3 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00，将前4个有效字节按照GBK编码格式转换成中文即为“你好”。

S7 String读写

1、读取S7 String字符串

S7netplus 内置了对 S7 String字符串类型读取的封装，通过 VarType.S7String指定变量类型，库会自动处理头部解析与编码转换。S7netplus内置的编码格式为ASCII，因此对于非中文字符串可以直接读取，读取变量A的值代码如下：

//读取S7 String（变量A为String[5]）
string strA = (string)siemens.Read(DataType.DataBlock,2,0,VarType.S7String,5);
//运行结果
变量A的值为ABC

对于中文字符串，需要手动设置一下编码格式，读取变量B的值代码如下：

//手动设置编码格式
S7String.StringEncoding = Encoding.GetEncoding("GBK");
//读取S7 String（变量B为 String[10]）
string strB = (string)siemens.Read(DataType.DataBlock,2,8,VarType.S7String,10);
//运行结果
变量B的值为你好

对于.Net Framework框架上述代码可以直接运行，针对.NET 5及以上框架，需要注册编码提供程序，否则运行时会报错。在程序启动时调用一次，通过放在Program.cs中，注册代码如下：

using System.Text;
//注册代码页编码提供程序，使GBK等编码可用
Encoding.RegisterProvider(CodePagesEncodingProvider.Instance);

2、写入S7 String字符串

S7netplus并不支持直接写入S7 String字符串，因此我们需要通过手动构建字节数组，然后调用WriteBytes来实现，代码如下：

public void WriteString(int db, int startByte, int maxLen, string value)
{
    Encoding gbk = Encoding.GetEncoding("GBK");
    byte[] encoded = gbk.GetBytes(value);
    // 手动构建 S7 String 格式：[MaxLen][ActLen][数据...][填充0x00]
    byte[] buffer = new byte[2 + maxLen];
    buffer[0] = (byte)maxLen;           // MaxLen — PLC 声明的最大长度
    buffer[1] = (byte)encoded.Length;   // ActLen — 实际字节数（非字符数）
    Buffer.BlockCopy(encoded, 0, buffer, 2, encoded.Length);
    // 剩余部分自动为 0x00，无需手动填充
    siemens.WriteBytes(DataType.DataBlock, db, startByte, buffer);
}

我们可以直接调用该方法将变量A修改为“CBA”，变量B修改为“信必达”，代码如下：

private void btn_Write_Click(object sender, EventArgs e)
{
    WriteString(2, 0, 5, "CBA");
    WriteString(2, 8, 10, "信必达");
}

S7 WString存储结构

S7 WString 在PLC侧以WString[N]形式声明，编码格式固定为UTF16，其中N为最大字符数，最大值为16382。如果在PLC侧直接声明类型为WString，等同于WString[254]。S7 WString内存布局采用 4 字节头 + 2N 字节 UTF-16 BE 数据区，具体如表所示：

编码说明：WString 的编码格式固定为 UTF-16（大端序），与 PLC 系统字符集无关，天然支持中文等 Unicode 字符。其中 ActLen 记录的是字符数，而非字节数，这与 S7 String 的 ActLen（字节数）有本质区别。

下面通过示例对S7 WString存储结构进行说明，在PLC侧DB3中创建两个S7 WString变量A与B，数据类型分别为WString[5]和WString[10]，给A赋值“ABC”，给B赋值“你好”，同时创建一个TestA和TestB变量，便于观察偏移量，如图所示：

我们可以直观看到变量A实际占用14个字节，变量B实际占用24个字节，符合WString内存4+2N的布局规则。为了进一步观察变量A和变量B的实际数据，我们创建一个监控表进行监视，由于数据较多，我们以变量A来观察，如图所示：

从图中可以看到，S7 WString并不是以字节为单位，而是以UTF-16字符为单位，同样的“ABC”，在S7 WString中，字节头变成0x00 0x05 0x00 0x03，数据区变成0x00 0x41 0x00 0x42 0x00 0x43 0x00 0x00 0x00 0x00，这也是S7 WString天然支持中文等 Unicode 字符的原因。

S7 WString读写

1、读取S7 WString字符串

S7netplus内置了对S7 WString字符串类型读取的封装，通过 VarType.S7WString指定变量类型，库会自动处理头部解析与编码转换，与S7 String类似，代码如下：

//读取 S7 WString（变量A为 WString[5]）
string strA = (string)siemens.Read(DataType.DataBlock, 3, 0, VarType.S7WString, 5);
//手动设置编码格式
S7String.StringEncoding = Encoding.GetEncoding("GBK");
//读取S7 String（变量B为 WString[10]）
string strB = (string)siemens.Read(DataType.DataBlock, 3, 16, VarType.S7WString, 10);

2、写入S7 WString字符串

S7netplus同样不支持写入S7 WString字符串，通过手动构建 4 字节头 + UTF-16 BE 数据，然后调用WriteBytes来实现，编写写入方法代码如下：

public void WriteWString(int db, int startByte, int maxLen, string value)
{
    // UTF-16 BE 编码（与 PLC WString 一致）
    byte[] encoded = Encoding.BigEndianUnicode.GetBytes(value);
    // 手动构建 S7 WString 格式：[MaxLen 2B BE][ActLen 2B BE][UTF-16数据...][填充]
    byte[] buffer = new byte[4 + maxLen * 2];
    // MaxLen — 大端序
    buffer[0] = (byte)(maxLen >> 8);
    buffer[1] = (byte)(maxLen & 0xFF);
    // ActLen — 大端序，此处为字符数（非字节数）
    buffer[2] = (byte)(value.Length >> 8);
    buffer[3] = (byte)(value.Length & 0xFF);
    // 数据区
    Buffer.BlockCopy(encoded, 0, buffer, 4, encoded.Length);
    siemens.WriteBytes(DataType.DataBlock, db, startByte, buffer);
}

调用WriteWString方法将变量A修改为“CBA”，变量B修改为“信必达”，修改结果如图所示：