[专家]西门子变址寻址的改变

科控物联

发布于 2022-03-29 16:07:46

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文章被收录于专栏：科控自动化

【1】看变址寻址的改变

S7-300/400使用的是绝对地址寻址，即使使用符号名称也是为了便于程序的阅读；而S7-1500正好相反，底层只支持符号寻址（早期做了一个测试发现的），即使使用绝对地址寻址也必须带有符号名称，感觉就是为了S7-300/400程序的移植。

S7-300/400推荐的编程语言是STL，因为STL指令执行效率高并且支持变址寻址，而其它语言（除SCL，SCL是可选软件，必须购买）例如LAD、FBD是不支持的，所以我们经常可以看到进口设备的程序中，大部分的专有技术程序块FB、FC是STL编写的，原因是程序块的开发者使用地址寄存器和变址寻址功能灵活方便，程序块的通用性比较强，例如特殊的地址偏移功能，可以在不同的编程环境中调用（直接调用或者使用多重背景），而一些连锁程序是使用LAD编写的，这部分程序通常是由程序块的使用者编写，没有特殊的要求。所以一套程序中既有STL又有LAD，这样混合的编程方式比较常见。S7-1500中使用的是符号寻址，推荐使用SCL和LAD方式编程（慢慢忘掉STL吧，STL使用的状态字、DB和地址寄存器在S7-1500中都是虚拟的，我认为都是为了S7-300/400程序移植到S7-1500中而存在的）。

变址寻址主要的应用就是地址循环迭代，从而完成批量处理，如果S7-300/400支持数组的“index”是变量的寻址方式（SCL支持，但是后台程序中也是使用大量的指针进行转换的，所以S7-300/400系统底层不支持这种方式），那么编程就容易了，所以S7-300/400只能使用变化地址指针的方式迭代地址。现在S7-1500系统支持可变“index”的数组寻址方式，数组长度也可以是变化的，所以相应的一些使用方式就会发生变化，另外推荐的“UDT”和“Variant”数据类型也更适合面向对象的程序开发。

好了，为了清楚地搞清变址寻址方式，我们从头开始介绍和探讨。首先看一下哪些存储区（没有使用地址区的原因就是还包括程序块的寻址）可以进行间接寻址，通常的情况下可以绝对地址寻址的都可以进行进间接寻址，可以绝对地址寻址的区域参考表1。

表1 绝对地址寻址区域

绝对地址访问DB区，可以直接引用数据块的号码，例如DB1.DBX120.0,但是间接寻址的方式只能访问数据块中的数据区，必须使用OPN指令打开。这也是不想参考别人程序的原因（不好看明白），在程序中都是DBW[XX]这样的引用，都不知道打开的是哪一个数据块。为了两个数据块间的运算，使用DI作为第二个打开的数据块，DI可以是背景数据块，但是最常用的还是作为第二个打开的数据块了。

这些区域的变址寻址都是使用指针完成的，S7-300/400的指针类型参考图1，指针的类型比较多，对应者不同的应用，指针大概按照存储指针的方式和参数类型进行划分。指针类型多而且还必须使用STL调用，这也是大家常常抱怨的地方，这也没有办法，主要是应用的种类太多了，等介绍完了以后在回头看这样的划分，这也可能是最好的了。

图1 S7-300/400指针类型

【2】16位地址指针

1. 存储器间接寻址

顾名思义，存储器间接寻址就是将指针存储于存储器中。存储于存储器中的地址指针分为16位地址指针和32位地址指针，允许存储地址指针的存储器为M(标志位)、L(区域数据)及数据块（DB或DI），过程影像区是不能存储地址指针的，即使没有连接实际的I/O模块。

1.1 存储器16位地址指针

16位地址指针用于定时器、计数器、程序块（DB、FC、FB）的寻址，16位指针被看作一个无符号整数（取值范围0～65535），它指向定时器（T）、计数器（C）、数据块（DB、DI）或程序块（FB、FC）的号，16位指针的格式如图2。

图2

所有的定时器、计数器及程序块都可以使用间接寻址访问，访问时需要使用T、C、DB、DI、FB、FC的等区域标识符，寻址的指针存储于一个16位的字中，地址寻址表示格式为：

区域标识符[16位地址指针]

例如打开一个DB块表示为：

使用16位地址指针访问一个定时器和计数器的示例程序如下：

L 11 //将11传送到累加器1中。

T MW 20 //将累加器1中的数值传送到MW20中。

A I 2.1 //如果I2.1为1，将预置值10秒装载到T11中。

L S5T#10S

SE T [MW 20]

L MW 20

L 1

+I

T MW 22 //MW20再加1。

A I 2.2 //如果I2.2为1，C12向上计数一次。

CU C [MW 22]

数据块可以使用DB打开也可以使用DI打开，如果地址指针为0，CPU不会报错，使用16位地址指针访问数据块的示例程序如下：

L 20

T MW 40

OPN DB [MW 40] //打开DB20。

L 1

+I

T MW 42

OPN DI [MW 42] //打开DI 21。

L DBW20 //装载DB20.DBW20

L DIW20 //装载DB21.DBW20

+I //相加

T DBW40 //结果存储于DB20.DBW40中

使用16位地址指针调用程序块FB、FC时只能使用UC（无条件调用）或CC（有条件调用），而不能使用CALL指令，函数块中不能带有任何接口参数或静态变量，使用指针调用函数及函数块的示例程序如下：

L 12

T LW 20

UC FC [LW 20] //无条件调用FC12

L 13

T MW 20

A I 2.3

CC FB [MW 20] //如果I2.3为1，调用FB13。

FC12和FB13不能带有形参，这是由CC和UC调用指令决定的。

上面就是16位地址指针应用的简单介绍。假设一个控制对象需要使用两个定时器，有20个相同的控制对象，那么我们想一个如何使用16位地址指针进行循环调用？

【3】16位地址指针使用示例

说实在的，这个程序总感觉编起来特别别扭，首先，不能使用 UC FC [XX]等程序块调用的指令，因为给出的应用是相同程序块的多次调用；其次是在程序块的接口参数中不能定以TIMER类型，例如控制对象使用FC编写，FC的接口参数如图3所示。

图3

使用OB1调用赋值时，只能赋值常数而不能是变量，如图4所示。

图4

所以FC的接口参数只能是INT类型变量，由于接口参数不能存储16指针，还必须通过temp临时变量进行中转，在FC中的编写的程序如图5所示。

图5

FC中的程序非常简单，如果输入TRIG1为1，使能定时器T[#T1_TEMP1] 10秒定时，定时器T[#T1_TEMP1] 为1，然后将结果传送到输出OUT1，10秒后计时停止，OUT1复位，等于TRIG1为1后，OUT1产生一个10秒的脉冲，相同程序，TRIG2为1后，OUT2产生一个5秒的脉冲。

然后调用该FC，参考图6。使用LOOP指令生成20次循环调用，每次使用的定时器号加1，这样FC的第一个定时器使用范围T1~T20，第二个定时器T100~T120。触发位和输出位使用了32位指针，为了显示方便，在程序中被屏蔽。

图6

程序编写的总体感觉：对所用指令都非常熟悉的情况下，花费时间大概1个多小时，而且程序结果不清晰。如果不是后续还有类似的应用，直接调用FC 二十遍反而更容易。这也是大多数工程师没有体验到的，要么没有遇到，要么次数少就直接调用了，我见到最多调用过一百多编的，并且接口参数还比较多，真是累眼睛呀。

基于对象的编程方式，一个对象使用FB进行控制比较方便。如果将上面的FC换为FB会怎么样呢？大家都知道调用FB块需要生成实例数据块，循环调用就不行了，不能只用一个实例数据块，所以只能使用UC或者CC调用，结果就是既没有接口参数也不生成实例数据块，只能使用全局变量进行数据交换，这样还使用什么FB块呀！总之就是繁琐。

1.2 存储器16位地址指针-S7-1500的处理方式

如果使用上面的编程方式，在S7-1500中也可以实现，主要是移植的考虑。如果重新编程肯定有更简单的方式。S7-1500中批量的处理都使用数组的方式，S7-300/400中使用的定时器（T）和计数器（C）由于在S7-1500不能作为数组中的数据元素，所以就不推荐使用了，取而代之的是IEC定时器和IEC计数器，它们可以在数据块中直接定义，参考图7。

图7

FC作为辅助功能，例如数据转换、控制对象调用前的预处理或者调用后的后期处理，也不支持批量调用，通常批量处理的是控制对象，控制对象使用FB编写，所以FB支持批量调用，可以作为数组的数据元素，参考图8。

图8

还是上面的应用，使用S7-1500，编写就变得非常简单，首先创建一个FB块，编写相关的控制程序，参考图9。

图9

然后在一个FB块中方循环调用该FB块，示例程序参考图10。

图10

可以看到使用S7-1500处理程序块的批量调用非常简单，并且数组的使用与编程语言无关。

【4】存储器32位地址指针

1.3存储器32位地址指针

32位地址指针用于I、Q、M、L、数据块等存储器中位、字节、字及双字的寻址，32位的地址指针使用一个双字表示，第0位～第2位作为寻址操作的位地址，第3位～第18位作为寻址操作的字节地址，第19位～第31位没有定义，32位地址指针的格式如下：

访问时需要使用地址存储器标识符及32位地址指针，地址寻址表示格式为：

地址存储器标识符 [32位地址指针]，例如指针存储于LD20中，装载M存储器一个字节表示为：

前面介绍的存储器16位指针，特定用于T、C、程序块的寻址，使用一个INT格式的值表示，每次值加1，指向的对象地址加1，例如，T1、T2，其中的“1”、“2”就是指针的直接变化（好像没有说明白！）。32地址指针使用一个DINT格式的值表示，指向的是I、Q、M、L、数据块等存储器中位，每次值加1，指向的地址区位的号加1，区别就是在这里。一个字节是8个位，如果指向的是字节每次就要加8的倍数，例如地址MB[LD20]，LD20值为0，则表示MB0，LD20值为8，则表示MB1，如果指向的是字每次就要加16的倍数，以此类推。

如果将32位指针按照16位指针的方式使用就会出问题，例如MB[LD20]，LD值为10，指向地址为MB1.2，程序编译没有问题（语法正确），下载下去造成CPU停机，原因就是地址长度错误。在第三部分介绍定时器循环调用的示例程序中，TRIG1和TRIG2就是使用32指针迭代的，例如 A M [LD20]，每次LD值加1，由于显示的问题别屏蔽了，所以程序量还有有一点的。前面也提到了优化的问题，16位和32指针由于使用方法不同，不能简单地合并。

32位指针也可以使用另外一种形式表示，就是使用P#X.Y，P表示指针，#表示特定符号，X表示字节地址，Y表示位地址，P#X.Y可以与DINT格式的值相互转换，DINT值=X*8+Y，

例如P#2.0转换DINT格式为16，P#3.1转换DINT格式为25。在指针寻址时可以使用指针的格式也可以使用DINT格式进行运算。使用32位地址指针寻址参考下面的示例程序：

OPN DB 1 //打开DB1。

OPN DI 3 //打开DB3，最多可以同时打开两个DB块。

L 4 //装载4到累加器1中。

SLD 3 //累加器1中数值左移3位，在程序中经常见到，

左移3位就是将原值乘以8

T MD 20 //将逻辑操作结果传送到MD20中，MD20包含地址指针为P#4.0。

L P#20.0 //将地址指针P#20.0装载到MD24中。

T MD 24

L 320 //320就是P#40.0装载到MD28中。

T MD 28

L DBW [MD 20] //装载DB1.DBW4。

L DBW [MD 24] //装载DB1.DBW20。

+I //相加

L DIW [MD 28] //装载DB3.DBW40。

-I //相减。

T DIW 2 //将运算结果传送到DB3.DBW2中。

使用32位地址指针寻址数据块地址时，数据块必须先打开，然后才能寻址，数据块寻址方法参考下面的示例程序，如果直接使用指令对完整数据格式地址（例如地址DB1.DBB[MD100]）进行间接寻址被视为非法。

使用LOOP 指令与32位地址指针可以进行循环操作（这是固定的操作模式，在程序中一看到LOOP指令就要想到地址的迭代），假设一个编程应用：一个INT变量(MW2)与一个数组（假设存储于DB1中，包含100个元素为INT的数组）存储的值相比较，如果数值相同，指出第一个相同数值存储在DB块中的位置（数组中的位置）。使用通常的编程方法，需要逐个进行比较，程序量比较大，如果实际需要与1000个数值比较，将占用大量的存储空间，使用LOOP指令与地址指针相结合可以轻松解决上述问题，参考下面的示例程序：

L 0 //初始化MW100和MD4。

T MW 100

T MD 4

OPN DB 1 //打开DB1。

L 100 //循环操作的次数，100次。

next: T MW 100 //将循环100次装载到MW100中，固定格式。

L MW 2 // 进行比较的数值存储于MW2。

L DBW [MD 4] //与DB块中存储的值进行比较,开始地址为DBW0。

==I //如果数值相等跳到m1。

JC m1

L MD 4 //将地址指针加2（每个相邻的INT地址相差2）。

L P#2.0

+D

T MD 4

L MW 100 //次数减1，跳回next，如果MW100等于0，跳出

LOOP next //循环操作LOOP指令，LOOP指令固定格式。

m1: FP M 10.0 //如果数值相等，记录MD4指针的位置，转换

为数组的位置(（地址值/P#2.0）+1)值并存储

于MD8中。

JCN m2 //为0跳转到m2。

L MD 4

L P#2.0

/D

+ 1

T MD 8

m2: NOP 0

地址的循环操作只是减少了程序量，CPU扫描时间不会减少。

1.4存储器32位地址指针-S7-1500的处理方式

与16位指针的处理方式是一样的，还是使用数组进行循环迭代。上面的应用如果在S7-1500中编写则非常方便，示例程序参考图11。

使用变量“START_COMP”作为开始信号，如果比较值“COMP_Value”与数组的元素“A.B["INDEX"]”不相等（INDEX缺省为0），则变量“INDEX”加1，如果大于等于100，则将“INDEX”清0，然后复位开始信号“START_COMP”；如果比较值“COMP_Value”与数组中的第一个元素“A.B["INDEX"]”相等，则将变量“INDEX”中的值传送到结果“RESULT”中，然后将“INDEX”清0并复位开始信号“START_COMP”。

程序比较简单，使用LAD即可编程程序，对编程人员的要求不高，如果使用SCL编写程序可能更加简单。

【5】寄存器间接寻址

2 寄存器间接寻址

与存储器间接寻址不同，寄存器间接寻址使用CPU内部集成的两个32位地址寄存器AR1、AR2存储地址指针。寄存器间接寻址分为32位内部区域指针和32位交叉区域指针。

2.1 访问地址寄存器AR1、AR2的指令

寄存器的访问需要使用特殊的指令。指令如下所示：

LAR1 ：将ACCU1存储的地址指针写入AR1。

LAR1 <D> ：将指明的地址指针写入AR1，例如LAR1 P#20.0或LAR1 MD20。

LAR1 AR2 ：将AR2的内容写入AR1。

LAR2 ：将ACCU1存储的地址指针写入AR2。

LAR2 <D> ：将指明的地址指针写入AR2，与LAR1 <D>方式相同。

TAR1 : 将AR1存储的地址指针传输给ACCU1。

TAR1<D> : 将AR1存储的地址指针传输给指明的变量中。

TAR1 AR2 : 将AR1存储的地址指针传输给ACCU2。

TAR2 : 将AR2存储的地址指针传输给ACCU1。

TAR2 <D> : 将AR1存储的地址指针传输给指明的变量中。

CAR : 交换AR1和AR2的内容。

2.2 使用地址寄存器AR1、AR2的限制

都是32位指针，为什么不使用存储器替代CPU内部的地址寄存器呢？使用方法上完全可以，除此之外，CPU还利用AR1、AR2做了一些系统内部的工作，如果没有AR1、AR2将造成程序的混乱（这节内容是引深介绍，不感兴趣可以跳过）。同样系统和用户都可以使用AR1、AR2，用户使用时需要考虑是否系统也在使用，否则也将造成程序的混乱，同时也不能改写。所以用户使用时会有限制，例如接口参数的传递中，STEP7使用地址寄存器AR1访问函数FC接口及函数块FB“INOUT”接口中定义的复合类型参数，如ARRAY、STRUCT、DATE_AND_TIME等，AR1和DB块寄存器中的内容将被覆盖，例如在FC1中“IN”接口中定义一个数组变量，在OB1中调用，使用OB1的L区域数据进行赋值，调用关系如图12所示。

图12

如果在FC1中访问数组变量的元素如ARR_TEST[1]，地址寄存器AR1及DB块寄存器会发生变化，示例程序如图13所示。

图13

图13示例程序中前两条语句中打开DB1并将P#20.0装载到AR1中，在第三条语句访问数组的一个元素后AR1存储的地址指针变为P# V20.0（指向OB1中实参ARR_TEST的地址，参考图13），程序下传到CPU后将出现故障报警。将程序的执行次序进行修改，CPU即可运行，修改后的程序如下：

L #ARR_TEST[1] //装载形参变量ARR_TEST[1]到累加器1中。

OPN DB 1 //打开DB1

LAR1 P#20.0 //将P#20.0装载到地址寄存器AR1中。

T DBW [AR1,P#0.0] //将累加器1中的值传送到DB1.DBW20中。

AR2和DI寄存器分别包含FB背景数据块的块号及在背景数据在背景数据块中偏移地址（多重背景数据块），在FB中使用AR2和DI寄存器将会覆盖系统存储的内容。如果必须在FB中使用AR2和DI寄存器，建议使用下面的方法处理AR2和DI寄存器，首先保存AR2和DI寄存器中的数据，程序如下：

TAR2 MD 100 //将AR2的数据存储于MD100中。

L DINO //将背景DB块块号存储于MW104中。

T MW 104

///////用户程序///////////////

然后编写用户程序，可以对AR2和DI寄存器进行操作，但是在程序中不能访问FB参数或静态变量。使用完成后恢复AR2和DI寄存器的系统值，程序如下：

LAR2 MD 100 //将MD100中存储的地址指针装载到AR2中。

OPN DI [MW 104] //打开DI数据块。

2.3 寄存器32位内部区域指针

寄存器32位内部区域指针用于I、Q、M、L、数据块等存储器中位、字节、字及双字的寻址，与32位存储器指针使用相同，不同之处只是指针存储的位置不同（几乎没有区别，就是表示格式不同）。32位内部区域地址指针的格式如图14所示。

图14

第0位～第2位作为寻址操作的位地址，第3位～第18位作为寻址操作的字节地址，第19位～第30位没有定义，第31为内部区域与交叉区域指针标识，0表示内部区域指针，1表示交叉区域指针。

32位内部区域指针地址寻址表示格式为：地址存储器标识符[地址寄存器，地址偏移常量]，例如装载M存储器一个字节表示为：

AR1/2 ：AR1或者AR2。注意使用限制。

指针指向地址= 地址寄存器存储地址 + 地址偏移常量，如果AR1装载的地址为P#8.0，实际装载的地址为MB18。32位内部区域指针的使用方法参考下面的示例程序：

OPN DB 1 //打开DB1。

LAR1 P#10.0 //将指针P#10.0 装载到地址寄存器1中。

L DBW [AR1,P#12.0] //将DBW22装载到累加器1中。

LAR1 MD 20 //将存储于MD20中的指针装载到地址寄存器1 中。

L DBW [AR1,P#0.0] //将DBW装载到累加器1中，地址存储于MD20中。

+I

LAR2 P#40.0 //将指针P#40.0 装载到地址寄存器2中。

T DBW [AR2，P#0.0] //运算结果传送到DBW40中。

2.4 寄存器32位交叉区域指针

32位交叉区域指针与32位内部指针相比，地址指针中带有存储区域如I、Q、M等， 32位交叉区域地址指针的格式如图15所示。

图 15

第0位～第2位作为寻址操作的位地址，第3位～第18位作为寻址操作的字节地址，第24位～第26位为地址标识符，表示的地址区域如下：

000表示没有地址区，例如P#12.0；

001表示输入地址区I，例如P#I12.0；

010表示输出地址区Q，例如P#Q12.0；

011表示标志位地址区M，例如P#M12.0；

100表示数据块（DB）中的数据，例如P#DBX12.0

101表示数据块（DI）中的数据，例如P#DIX12.0

110表示区域地址区L，例如P#L12.0；

111表示调用程序块的区域地址区V，例如P#V12.0；

第31为内部区域与交叉区域指针标识，0表示内部区域指针，1表示交叉区域指针。使用交叉区域指针的表示方法（例如装载M存储器一个字节）为：

LAR1/2 P#M 20.0 //装载地址指针P#M20.0到AR1或AR2。

指针指向地址 = 地址寄存器存储地址 + 地址偏移常量，上例中实际装载的地址为MB30。如果访问一个位信号则没有访问宽度。32位交叉区域指针的使用方法参考下面的示例程序：

LAR1 P#M 20.0 //将指针P#M20.0 装载到地址寄存器1中。

A [AR1，P#1.1] //M21.1“与”操作。

= Q 1.2 //如果M21.1为1，输出1.2为1。

L P#I 40.0 //将指针P#I40.0 装载到累加器1中。

LAR2 //将累加器1中存储的地址指针装载到地址寄存器2中。

L W [AR2,P#0.0] //装载IW40.0到累加器1中。

T MW 60 //将累加器1中存储的数值传送到MW60中。

2.5 使用寄存器间接寻址的思考

估计大家读完了寄存器间接寻址后，肯定有一些问题：

1：什么时候用地址寄存器间接寻址？

在我来看，地址寄存器是寄存器，利用寄存器间接寻址是使用寄存器存储指针，这两个要搞明白。地址寄存器是系统的，主要是系统处理内部的地址偏移和引用的问题，例如在FB块的开始写入指令T AR2，是指出在背景数据块数据开始的偏移地址（例如FB1调用多个FB块时，在OB1中调用FB1后生成一个多重背景DB块，其中包含各个调用FB块的数据区，如果没有编写上述的指令，那么调用FB块的数据区在背景数据块中将重叠），所有地址寄存器是不可或缺的！利用寄存器间接寻址使用最多的是拆分POINTER和ANY指针使用的（后续再介绍），其它使用的地方很少，还看个人的编程习惯吧。S7-1500没有绝对地址，所以也没有什么地址偏移的问题（即使有也不需要用户考虑），地址寄存器在S7-1500中是虚拟的，主要就是为了S7-300/400程序的移植，所以移植完成后还要测试一下程序，看看是否达到了原来的控制功能。

2：谁会使用地址寄存器？

很显然，地址寄存器还有数据块寄存器通常是程序块的开发人员使用，否则编程的程序块在有的调用方法上会出问题，主要是程序不完善造成的，程序块的使用者掌握存储器间接寻址就可以了，除非是特殊应用，例如使用指针变量（ANY 或者POINTER）赋值ANY 或者POINTER接口参数。

3：32位的存储器指针与32位的寄存器指针（交叉和内部）有什么区别？

我想应该是一样的，参考下面的一条指令：

LAR1 MD 20 //将存储于MD20中的指针装载到地址寄存器1 中。

指针可以相互传达，说明是一样的，所以指令也可以这样写：

LAR1 P#M10.0 //将指针P#M10.0装载到地址寄存器1 中。

L P#M10.0 //将指针P#M10.0装载到累加器1 中。

T MD 20 //传递到MD20中

指针类型虽然比较多，前面说了不好再归纳，因为再归纳反而不容易入门学习（划分），如果理解深刻了在你的头脑中就会形成自己的知识体系，便于记忆和使用，感觉就跟网络小说里面的“炼化”一样。

【6】pointer 和ANY

3 参数类型指针－POINTER与ANY

所谓参数类型指针就是专用于函数FC及函数块FB接口参数的传递，例如可以在IN、OUT、IN/OUT中声明这些变量，也可以在TEMP区（OB也可以）中声明作为一个变量赋值给调用FC/FB的接口参数。

3.1 POINTER指针的数据格式

POINTER指针占用48位地址空间，数据格式如图16所示。

POINTER指针前16位的数值表示数据块DB或DI的块号，如果指针没有指向一个DB块，则数值为0，POINTER指针可以指向的数据区参考下表：

与区域交叉指针相比，POINTER类型指针可以直接指向一个数据块中的变量，例如P#DB1.DBX0.0，所以 POINTER（6个字节）=DB块号（2个字节）+32位指针（4个字节，带有数据区的寄存器和存储器指针）。如果不是指向DB块，就是带有数据区的寄存器和存储器指针，例如P#M2.0。

调用FB、FC时，对POINTER指针数据类型的形参进行赋值时可以选择指针格式直接赋值，例如：

P# DB2.DBX12.0 //指向DB2.DBX12.0。

P#M12.1 //指向M12.1。

也可以选择使用地址声明或符号名（不使用符号P#）的方式进行赋值，例如：

DB2.DBX12.0 //指向DB2.DBX12.0。

M12.1 //指向M12.1。

3.2 ANY指针的数据格式

ANY数据类型指针中包括数据类型、重复系数、DB块号、存储器数据开始地址，占用80位地址空间，数据格式如图17所示。

ANY指针使用的数据类型（存储区）参考下表

ANY指针使用的数据类型（数据区）

ANY指针使用的数据类型（参数类型）参考下表

ANY指针使用的数据类型（参数类型）

ANY指针中的数据长度表示指向一个数据区域，例如指向整个数组、结构体等；如果ANY指针没有指向一个DB块，DB块号将为0；ANY指针的数据区与POINTER指针数据区定义相同。

与POINTER指针相比，ANY类型指针可以表示一段数据区域，例如P#DB1.DBX0.0 BYTE 10，表示指向DB1.DBB0～DB1.DBB9。调用FB、FC时，对ANY指针数据类型的形参进行赋值时可以选择直接使用指针格式赋值，例如：

以P#开头用于存储区数据类型

P# DB2.DBX12.0 WORD 22 //指向从DB2.DBW12开始22个字。

P#M12.1 BOOL 10 //指向从M12.1开始10个位信号。

以L#开头用于参数数据类型

L#2 BLOCK_FC 4 //指向从FC2开始4个FC。

L#4 TIMER 5 //指向从T4~T8。

也可以选择使用地址声明或符号名（不使用符号P#）的方式进行赋值，例如：

DB2.DBW12 //指向DB2.DBW12一个字，数据长度为1。

M12.1 //指向M12.1一个位信号，数据长度为1。

FC2 //指向FC2。

3.3 POINTER与ANY指针的拆分

32位地址指针可以直接装载到存储器或地址寄存器中，从而可以直接在程序块中使用，进行间接寻址，大家知道，S7-300/400可以直接引用的变量最大为4个字节，POINTER和ANY参数类型指针作为一个整体并大于4个字节而不能装载到存储器或寄存器中，所以不能在程序块中直接使用，必须进行拆分使用。拆分的指令只能使用STL完成，指令格式为：

P## <POINTER与ANY的符号名称>

表示指向POINTER与ANY指针的首地址，就是装载POINTER与ANY指针变量的开始地址。为了便于理解，假设FC接口中的一个ANY变量V_ANY开始地址为0（如果是临时变量区则为L0），那么指令：

L P##V_ANY //指向指针V_ANY的开始地址即L0。

如果将开始地址存储于存储器中，例如

T MD20 //将开始地址存储于MD20中，存储P#L0.0

如果要读出赋值ANY变量的数据类型就必须地址偏移一个字节即：

L MD 20

L P#1.0

+D

T MD 24 //数据类型开始地址存储于MD24中即P#L1.0

但是后面的问题来了，怎么样读出这个地址中的值？下面这样编写语法错误：

L B[MD24] //语法错误

只能使用交叉区域指针的方式，我在上一篇已经介绍了，

LAR1 MD 24 //将MD24中地址存储于地址寄存器AR1中

L B [AR1,P#0.0] //装载ANY指针的数据类型

T MB200 //存储于MB200中。

所以所有的拆分程序都必须使用寄存器交叉区域指针编写（不能使用存储器指针），这样就变成了固定格式，以ANY指针类型为例介绍拆分指令：

L P##V_ANY //指向指针V_ANY的开始地址即L0。并装载到地址寄存器AR1中。

LAR1

L B[AR1,P#1.0] //存储ANY指针的数据类型即LB1

L W[AR1,P#2.0] //存储ANY指针的数据长度即LW2

L W[AR1,P#4.0] //存储ANY指针的数据块号即LW4

L D[AR1,P#6.0] //存储ANY指针的开始地址区即LD6

IN、OUT、IN/OUT接口区不能显示绝对地址，所以必须使用拆分指令。

为了让大家更好地理解POINTER和ANY指针的应用，介绍一个编程应用。

3.4 ANY指针编程应用

编写一个计算功能的函数FC13，输入参数“In_Data”为一个数组变量，如果数组元素为浮点数，输出所有元素的平均值“OUT_VAL”，如果数组元素为其它数据类型，不执行计算功能。OB1中调用函数FC13的程序如下：

CALL FC 13 // 调用函数13。

In_Data:=P#DB1.DBX0.0 REAL 8 //输入数据区从DB1.DBD0开始8个浮点值。

OUT_VAL:=MD20 //计算结果。

完成的计算功能相当于MD20:=(DB1.DBD0+..+..+DB1.DBD28)/8。在函数FC13的接口参数中定义输入、输出变量及临时变量参考下表：

FC13接口参数

FC13中的示例程序如下：

3.5 使用ANY指针变量赋值

上面的示例程序在调用FC13时赋值的ANY数据类型为常数，如果使用变量则数据区、长度都可以变化，下面的应用示例使用ANY变量赋值SFC20（块复制）的接口参数，即将P#DB1.DBX0.0 INT 10复制到P#DB1.DBX20.0 INT 10中，函数接口声明参考图18。

在IN、OUT、IN_OUT区声明ANY变量没有绝对地址，所以必须使用拆分指令，在临时变量中声明ANY类型指针带有绝对地址，所以可以不用拆分指令直接赋值，示例程序如下：

数据块、地址区、开始地址和长度都可以作为变量，从而增加了程序的灵活性。

3.6 S7-1500处理参数类型指针的方式

1：如果习惯了S7-300/400的编程方式，可以直接使用AT指令在接口参数中进行拆分，这样使用LAD也可以编程，参考图19。

2：除此之外，还可以使用可变数组替代ANY类型指针，在S7-1500中可以非常方便地实现3.4章节的应用示例。在FC的接口参数中可以声明一个可变数组类型变量IN_DATA，数组元素为real（这个不可以变，在Variant中可以实现，后续章节介绍），输出所有元素的平均值“OUT_VAL”函数接口声明参考图20。

示例程序参考图21，比起Any的拆分，有股脱离苦海的感觉，并且没有编程语言的限制。

3：使用Variant，在后续章节中介绍。

【7】Variant数据类型指针

4 Variant数据类型指针

总结一下前面介绍过的指针，ANY可以包含POINTER，POINTER可以包含32位寄存器或者存储器指针，还有一个独立的16位指针，这些指针都是一个对象，占用存储器的空间。在S7-1500中，推荐使用的是符号寻址方式，没有绝对地址，所以上述指针都不适合符号寻址方式。从面向对象的编程方式上看，一个对象具有属性，可以是REAL类型、BOOL、字符串类型的组合，就算可以使用绝对地址（非优化的程序块），使用ANY、POINTER指针进行地址的迭代也感觉非常奇怪、不方便，不是以一个对象整处理。

在S7-1500中推出一个新的变量类型Variant，不占用存储器的空间（所以必须使用相关指令），感觉比ANY指针还要ANY，看一看Variant变量类型的特点吧：

1. 可以指向不同数据类型变量的指针。VARIANT 指针可以是基本数据类型（例如，INT 或 REAL）的对象，还可以是STRING、DTL、STRUCT 、PLC数据类型等元素构成的ARRAY。

2. VARIANT 指针可以识别PLC数据类型，并指向各个结构元素。

3. VARIANT 数据类型的操作数不占用背景数据块或工作存储器中的空间。VARIANT 类型的变量不是一个对象，而是对另一个对象的引用（ANY其实也是引用），因此不能在数据块或函数块的块接口静态部分中声明，只能在输入参数、输入输出参数、或临时变量区中声明。

4. 调用含有VARIANT类型参数的块时，可以将这些参数连接到任何数据类型的变量。块调用时，除了传递变量的指针外，还会传递变量的类型信息。块中的代码随后可以根据运行期间传递的变量类型来执行。

重点部分已经加粗标记，为了更加清晰化Variant变量类型的特点，我们使用示例的方式进行介绍。

4.1 VARIANT与PLC数据类型

在S7-1500中还推荐使用PLC数据类型，就是UDT，在UDT中可以定义控制对象的属性，当然，一个控制对象可以包含多个UDT。UDT就是一个优化的结构体变量，区别就是，1：在多个程序块中使用了相同的结构体变量，如果需要修改结构体变量，则必须逐一修改每一个块中的结构体变量，使用UDT可以中央修改，然后更新所有块中调用的UDT；2：UDT可以作为库中的模板，具有版本控制功能。

下面介绍一个VARIANT与PLC数据类型的使用示例（示例仅供参考），怎么识别PLC数据类型（参考VARIANT的特点2、4）。

假设变频器可以控制两种报文格式的通信，分别是PZD8/8（8个字输入/输出）和PZD10/10（10个字输入/输出），函数和函数块的开发者使用VARIANT作为输入形参，然后进行判断分析。好处是可以不用考虑程序块使用者需要赋值的是哪一个格式的报文（如果是数组可以使用可变数组，如果是结构体则可能变得麻烦）。

首先创建4个PLC数据类型（UDT），PZD8_IN、PZD8_OUT、PZD10_IN和PZD10_OUT，分别对应PZD8/8和PZD10/10的报文格式。然后创建一个FB块，定义接口参数和temp变量如图21所示。

图21

FB块中的程序参考图22。

图22

程序中对输入参数“mess format_in”的格式进行判断，如果数据类型是“PZD8_IN”，

则使用指令“VariantGet”将“mess format_in”的数据读出并复制到临时变量“temp_ PZD8_IN”，然后用户程序对变量“temp_ PZD8_IN”（变频器PZD 8输入的格式）的数据进行处理；如果数据类型是“PZD10_IN”，则复制到临时变量“temp_ PZD10_IN进行数据处理；如果数据类型是“PZD8_OUT”，则对临时变量“temp_ PZD8_OUT进行数据处理，然后使用指令“VariantPut”写回到参数“mess format_out”作为输出。

上面示例介绍的是Variant变量的识别功能，读写Variant变量的内容必须调用程序块，“VariantGet”和“VariantPut”，不能直接赋值，例如：

#TEMP_PZD8_IN:=mess format_in;

这是因为Variant变量不占用存储器空间，是对另外一个对象的引用，参考Variant变量特点3。

【8】Variant的使用

4.2 VARIANT与DB_ANY

4.1章节的示例程序在调用时只能赋值一个固定的类型，例如PZD8_IN或者PZD10_IN，一些应用需要赋值的参数也要根据要求变换，例如MES系统向PLC发送一组物料信息，PLC系统接收到数据后进行判断然后处理，MES系统可以向PLC发送不同的物料信息，每种物料信息的属性可以是不一样的，如果按照上面示例的方式，必须调用程序块多次，然后赋值给参数不同的物料信息，使用DB_ANY变量可以解决这样的问题，可以将PLC数据类型存储在数据块中，然后转换为VARIANT变量，最后对VARIANT变量进行分析判断从而得到需要处理的物料类型，参考下面的应用示例。

例如一个应用要处理3个不同的物料，物料信息由MES发送到PLC，在PLC中需要判断物料的类型，然后分别处理。

建立3个PLC数据类型Material_A 、Material_B 和Material_C代表3个物料类型，然后以这3个数据类型建议3个数据块 DB_ Material_A 、DB_ Material_B 和 DB_ Material_C。

创建一个FC块，接口声明和程序代码如图23所示。

图 23

指令DB_ANY_TO_VARIANT可以将输入的参数DB_ANY转换为VARIANT，DB_ANY的使用是有要求的，必须是格式固定的，参考下表（TIA博途的在线帮助）中的加粗标记。

程序中将DB_ANY类型转换为VARIANT类型，然后判断输入的PLC数据类型的格式，分别执行处理物料A、B和C的程序。

程序块在主程序中调用，如图24所示。

图 24

调用程序块时可以使用INT类型赋值DB ANY，例如“Tag_2”，“Tag_2”在变量表中定义的数据类型为DB ANY，“Tag_2”值与数据块的号相对应，例如值为3，表示输入的数据块为DB3。

有一个小问题，好像PLC系统并不能解析存储于数据块中的数据类型，调用DB_ANY_TO_VARIANT可能会得到输出错误代码 #8155，下面是TIA博途在线帮助中列出的原因和解决办法：

声明了一个 PLC 数据类型 (UDT1) 并创建了一个数据类型为“UDT1”的数据块 (例如DB2)。变量表中创建一个数据类型为 DB_ANY 的变量 (例如Tag_2)。随后，在主程序中调用了指令“DB_ANY_TO_VARIANT”并在 IN 参数中赋值变量 Tag_2。执行时，指令“DB_ANY_TO_VARIANT”返回错误代码 16#8155。

通过以下步骤消除该错误代码：

1）创建函数 (FC5) 并在 InOut 接口中声明数据类型为 VARIANT 的变量。

2）创建另一函数 (FC6)，在 FC6 中的 Temp 接口中创建数据类型为“UDT1”的变量（例如Tag_1），然后调用 FC5，为 FC5 的 InOut 接口赋值变量Tag_1。

3）编译函数块（FC5 和 FC6）并下载到 CPU 中。在用户程序中无需调用这些块（FC5 和 FC6）。其实就是让系统先识别一下PLC数据类型，然后再调用就没有问题了，无语了。

4.3 VARIANT与数组DB

数组DB也是一个固定格式，就是在创建数据块时选择数组DB，参考图25。

图 25

数组DB与在全局DB中建立一个数组有什么区别呢？通常在全局数据块中包含一个或者多个数组，可能还有其它的变量，也就是说数组DB格式固定，可以与VARIANT进行转换。下面看一看数组DB的应用场合。

例如有一个应用，将接收到的物料信息（包括物料号、名称、数量、单位）存放到一个数据块中（堆栈操作）。如果存放满了，将覆盖最先进入的信息。函数、函数块的开发者面临的难题是不知道程序块使用者（开发与使用分开）赋值物料信息的格式和存储的个数（数据块的大小），这时使用VARIANT和数组DB将使开发过程变得非常容易，下面介绍实现的过程。

首先创建一个PLC数据类型“Mess_queue”，格式如图26所示。

图 26

然后创建一个函数，例如FC_Enqueue（堆栈操作），函数的接口声明如图27所示。

图 27

编写的代码如图28所示。

图 28

使用者需要创建物料的PLC数据类型“Material”和数组DB “materialBuffer”，并定义数组的长度，数组DB如图29所示。

图 29

然后创建一个PLC数据类型（Mess_queue）的DB，名称为“Material_DB”，并在启

动OB中初始化，如图30所示。

图 30

注意这里非常重要，将数组DB“materialBuffer”赋值给一个DB_ANY变量。在主程序中调用FC_Enqueue并赋值，如图31所示。

图 31

输入变量“material_input”为PLC数据类型“Material”，在变量表中定义，开始地址为I100.0。在这个示例中，程序的开发者在编写堆栈程序块FC_Enqueue时，使用VARIANT指针替代了未知的物料信息，使用DB_ANY替代了物料堆栈的存储空间。使用者创建物料堆栈的存储空间，必须是数组DB，然后通过DB_ANY传递给指令“WriteToArrayDB”，数组DB的使用在这里起到了至关重要的作用。

4.4 VARIANT与数组

VARIANT还可以指向一个数组，得到数组的类型、元素的类型和长度信息，主要用于数

据格式的比较。下面以示例方式介绍VARIANT与数组的使用。与介绍Any指针的应用相同，给定一个数组，如果数组元素的数据类型为浮点，求这个数组所有元素的平均值（接《从S7-300_400到S7-1500看变址寻址的改变-6》，3.6 节的第三种方法）。首先创建一个FC，例如名称为AVERAGE，接口声明如图32所示。

图 32

函数AVERAGE的代码如图33所示。

图 33

代码说明：

通过形参“vaule”判断赋值的实参数据类型是否为数组、数组元素的数据类型是否为浮点，如果满足上述要求，使用指令“countofElements”得到数组的个数。数组的个数用于循环累加的次数。使用指令“MOVE_BLK_VARIANT”每次将数组一个元素（索引从0开始，与赋值数组的索引无关）的值存储到临时变量“temp_value”，然后进行累加运算，将累加的结果存储到临时变量“temp_valueadd”中，最后输出平均值到输出参数“value_out”中。

【9】引用

5 引用（References）

先说一下我自己的感觉，在TIA博途V13 SP1（具体是哪一个版本忘了）以前是没有引用（References）的，指正介绍都是围绕着Variant进行的。后续的版本才推出了引用（References），原来为什么没有推出？要不就是计划有，但是没有开发出来；要不就是市场有新的需求，新加入的功能。既然推出引用（References），就有它的应用地方，例如程序块的开发者声明一个INOUT参数，数据类型为Variant，如果程序块的开发者想修改赋值变量中的一个元素怎么办? 参考上面Variant部分，是不是先使用typeof判断类型，然后使用指令VariantGet读出并复制到一个类型相同的副本中，再修改变量中一个元素（例如PLC数据类型），最后使用指令VariantPut写出，问题出现了，写的时候只写其中一个元素，其它元素怎么办？一定是使用读出的值替代，如果外面的值发生变化，就会将过程值覆盖。怎样才能修改其中一个元素又不覆盖变量中其它元素的值呢？只有在INOUT参数中声明一个复制类型（不能是引用类型）的变量才可以，例如DINT、real类型变量，这样将使程序的灵活性降低（不能使用Variant了），为了解决这样的问题才推出了引用（References）类型（只代表我的理解呀！）。好了下面开始介绍引用（References）了。

引用（References）是一种变量，不含任何值却指向其它变量的存储位置，参考图34。通过引用，可在块外进行变量传递。因此，可直接修改变量的值，而无需创建变量副本。

图 34

使用加粗标记的就是引用（References）的特点。

5.1 引用声明

使用引用限制条件还是比较多的，看看下面的限制条件：

1：必须事先声明，也就是创建一个引用变量。引用可在优化访问的函数或函数块的接口中声明。并且地址区必须是临时变量区，例如：

● FC：Input, Output, Temp, Return

● FB：Temp

● OB：Temp

要进行引用声明，可使用关键字“REF_TO”指定被引用变量所需的数据类型。参考图35。

图 35

2：引用与被引用的数据类型必须相同，应用的数据类型如下：

● 位字符串（BYTE 、WORD、 DWORD、LWORD）

● 不支持 BOOL 引用。

● 整数

● 浮点数

● 字符串

● 不支持针对字符串的长度声明。

● IEC 定时器

● 支持 IEC_TIMER 和 IEC_LTIMER 引用。不支持派生数据类型引用，例如 TON。

● IEC 计数器

● 支持 IEC_COUNTER/IEC_UCOUNTER、IEC_SCOUNTER/IEC_USCOUNTER、IEC_DCOUNTER/IEC_UDCOUNTER 引用。不支持派生数据类型引用，例如 CTU。

● PLC 数据类型 (UDT)

● 系统数据类型 (SDT)

● 已声明的数据类型的 ARRAY

● 不支持 ARRAY[*] 引用。不支持没有声明的数据类型的ARRAY，例如ARRAY of

● REF_TO<数据类型>。

5.2 变量的引用

引用声明只是创建了一个变量和引用的数据类型，没有指向有效的存储器，系统使用值NULL对其进行初始化，如果在编程中使用将导致编程错误，所以必须为引用分配实际地址。

引用只能指向优化的全局 DB 或FB块静态变量中的数据。

使用关键字“REF()”，可将声明的引用指向变量，如图36所示。LAD和SCL两种编程语言都支持变量的引用。

图 36

5.3 解引用

引用指向变量只是指向变量的实际地址或者物理地址，要读取或写入一个被引用变量的值，则可使用插入符号“^”，这种访问方式又称为“解引用”。解引用的使用参考图37所示，程序块运行一次，“c”的值为15，此时“a”的值为10，在第二条语句中，将“My refint”指向变量“a”（引用），在第三条语句中解引用变量“My refint”并赋值20，这样20赋值给引用变量“My refint”，引用变量“My refint”指向变量“a”的地址，实际上是将20传递到变量“a”，这时“c”就变为25了，第四、五条语句作用相同。如果程序再次执行一次，第一条语句中“c”的值将被25替代。

图 37

引用指向的是变量的地址，而解引用得到变量的值，在应用中容易混乱出错，例如语句：#ref_int1 := #ref_int2; 这条语句是将#ref_int2引用的变量地址赋值给#ref_int1，如果#ref_int2没有分配地址，相

当于将NULL赋值给NULL，程序将报错。引用也可以应用到函数、函数块间的数据传递。例如FC1（Block_1）中使用接口声明计算A+B=C，在OB中调用FC1并赋值，示例参考图38，

图 38

可以看到调用FC1时为接口声明A和B指向了实际地址，但是C有问题，赋值的方向反了，可以在FC1直接为引用C分配变量，或者不使用引用，示例如图39。

图 39

5.4 引用与VARIANT

引用声明时，使用关键字“REF_TO”指定被引用变量所需的数据类型必须是确定的，如果是数据类型是VARIANT，则不能使用上面介绍的引用方式，可以使用赋值尝试“?=”，将 VARIANT 数据类型的变量分配给一个引用。由于引用是后期开发的指令，与VARIANT数据类型的结合使用使开发更加灵活和简单。

VARIANT可以读出输入变量的数据类型，然后通过VariantGet指令复制到一个类型相同的副本中进行分析判断，使用赋值尝试“?=”，将 VARIANT 数据类型的变量分配给一个引用将使这样的应用变得更加简单，参考图40。

图 40

引用声明一个变量“Ref_motorA”，指定的数据类型为“REF_TO "Motor_A"”（"Motor_A"为PLC数据类型），通过赋值尝试“?=”而不是关键字“REF()”，将VARIANT变量分配给“Ref_motorA”，如果分配成功，则变量“Ref_motorA”不等于 “NULL”，否则等于“NULL”。然后将“电机A”赋值给变量“#Ref_motorA^.Info”。

赋值尝试“?=”的方式也支持LAD编程语言，如图41所示，使用LAD编程语言调用赋值尝试指令“?=”，如果分配成功，ENO等于1，否则等于0。