西門子S7-PLCSIM仿真軟件的應用(工具軟件學習(xi) )

摘 要：介紹了用於(yu) 模擬西門子S7-300和S7-400 PLC運行的仿真軟件S7-PLCSIM。該軟件可以模擬實際PLC的絕大多數功能，具有功能強、使用方便等優(you) 點。

關(guan) 鍵詞：PLC；調試；仿真

一、引言

PLC的用戶程序設計好後，要用實際的PLC硬件來調試。但以下情況則需要對程序進行仿真調試：①程序設計好後，PLC硬件尚未購回；②控製設備不在本地，設計者需對程序進行修改和調試；③在實際係統中進行某些調試有

一定風險。

為(wei) 了解決(jue) 這些問題，一些PLC生產(chan) 廠家提供了可代替PLC硬件調試的仿真軟件，本文主要介紹西門子公司的S7一PLCSIM仿真軟件。

二、S7-PLCSIM概述

1、S7-PLCSIM的主要功能

（1）可對S7-300和S7-400 PLC的用戶程序進行離線仿真與(yu) 調試，可訪問模擬PLC的I/O存儲(chu) 器、累加器和寄存器。通過在仿真運行窗口中改變輸入變量的ON/OFF狀態來控製程序的運行，並觀察有關(guan) 輸出變量的狀態來監視程序運行的結果。

（2）可實現定時器和計數器的監視和修改，通過程序使定時器自動運行或手動複位。

（3）仿真軟件還可模擬對位存儲(chu) 器、外圍輸入變量區和外圍輸出變量區的操作，以及對存儲(chu) 在數據塊中的數據（如DBl.DBX0.0或DBl.DBW0等）的讀寫(xie) 。

（4）可在仿真PLC中使用中斷組織塊測試程序的特性，並記錄一係列操作事件及回放記錄，從(cong) 而自動測試程序。

2、S7-PLCSIM的主要組成部分

（1）仿真PLC

S7-PLCSIM用仿真PLC來模擬實際PLC的運行，用戶可通過視圖對象來調試程序。它提供的多種視圖對象可實現對仿真PLC內(nei) 的各種變量、計數器和定時器的監視與(yu) 修改。

（2）視圖對象

①CPU視圖對象

開始新仿真時，將自動出現CPU視圖對象，用戶可用單選框來選擇運行、停止和暫停工作方式；MRES按鈕用來複位存儲(chu) 器、刪除塊和刪除仿真PLC中的硬件設置。LED指示燈“SF'’表示軟硬件錯誤；“RUN”與(yu) “STOP”表示運行與(yu) 停止狀態；“DP”（分布式外設或遠程I/O）指示PLC與(yu) 分布式外設或遠程I/O的通信狀態；“DC”（直流電源）指示電源的通斷情況。

②插入視圖對象

輸入變量（I）、輸出變量（Q）和位存儲(chu) 器（M）視圖對象分別用於(yu) 訪問和監視相應的數據區，可以以位、二進製、十進製、十六進製、字符及字符串的形式訪問。Q用於(yu) 顯示程序執行時輸出的結果，一般不對其進行設置操作。

定時器和計數器視圖對象用於(yu) 修改定時器（T）和計數器（C）的實際值，並監視其運行。數據塊寄存器視圖對象用於(yu) 監視塊寄存器DB1和DB2的內(nei) 容。此外還有通用變量、垂直位變量、累加器和狀態字及堆棧視圖對象，具體(ti) 使用方法可查閱用戶手冊(ce) 。

③LAY文檔和PLC文檔

LAY文檔用於(yu) 保存仿真時各視圖對象的信息；PLC文檔用於(yu) 保存上次仿真運行時設置的數據和動作等，包括程序、硬件組態、CPU工作方式的選擇、周期運行模式（單周期或連續運行模式）的選擇、I/O狀態、定時器的值、符號地址、電源的通/斷情況等。

二、S7-PLCSIM應用實例

1、S7-PLCSIM模擬發動機控製程序的調試

以發動機控製程序的調試為(wei) 例，介紹S7-PLCSIM的仿真功能，如圖1。

 

圖1 發動機控製程序梯形圖

控製程序實現下述功能：按下開機按鈕I1.0，發動機Q5.0和冷卻風扇Q5.1開始運行；同時存放在MW2中的發動機的轉速與(yu) 程序中預置的轉速（本例中為(wei) 1500r/min）進行比較，超速時發出報警信號Q5.2；按下停機按鈕I1.1，發動機停止運行，冷卻風扇被定時器Tl延遲10s後停止運行。

使用S7-PLCSIM仿真軟件調試程序的步驟如下：

（1）在STEP 7編程軟件中生成的項目的主程序OBl中編寫(xie) 如圖l的程序。

（2）點擊STEP 7中SIMATIC管理器工具欄中的Simulation on/off圖標，打開S7-PLC S7一PLCSIM窗口。

（3）在S7一PLCSIM窗口中新建PLC文檔；用菜單命令PLC>Power ON接通仿真PLC的電源；將仿真PLC的CPU的工作方式置於(yu) STOP位置；用菜單命令Execute>Scan Mode>Continous Scan選擇仿真PLC的掃描方式為(wei) 連續掃描方式。

（4）在SIMATIC管理器中用菜單命令PLC>Download將程序下載到仿真PLC中。

（5）在S7-PLCSIM中創建輸入字節IB1、輸出字節QB5、位存儲(chu) 器MW2和定時器T1的視圖對象，IB1和QB5以位的形式顯示，MW2以十進製形式顯示。

（6）在S7-PLCSIM中模擬實際係統的操作：

①開機控製。將仿真PLC的CPU置於(yu) RUN狀態，給輸入字節IB1的第0位（I1.0）施加脈衝(chong) ，模擬按下啟動按鈕，即用鼠標點擊IB1視圖對象中第O位的單選框，出現符號“V”，IB1.0變為(wei) ON，再點擊一次“V”消失，IB1.0變為(wei) OFF。IB0.0變為(wei) ON後，觀察到輸出字節QB5視圖對象中的第0位和第1位（即Q5.0和Q5.1）ON，表明發動機開始運轉，冷卻風扇開始轉動。

②速度監視。在發動機正常運行時，為(wei) 了模擬采集到的實際轉速，在位存儲(chu) 器MW2視圖對象中分別輸入十進製數1449、1500和2000（發動機的實際轉速分別低於(yu) 、等於(yu) 和高於(yu) 預置轉速），觀察到Q5.2的狀態分別為(wei) OFF、ON和

ON，說明超速報警功能正常。

③停機控製。給I 1.1施加脈衝(chong) ，觀察到Q5.0立即變為(wei) OFF，表明發動機停止運行，同時Tl開始進行減計時，1 0 s後Q5.1也變為(wei) 0FF，冷卻風扇停止轉動。

（7）在使用S7-PLCSIM進行仿真時，可以顯示OBl中的梯形圖程序，用菜單命令

Debug>Monitor在梯形圖中監視程序的運行情況。

（8）保存生成的LAY文檔及 PLC文檔，以便於(yu) 下次仿真時直接使用本次的各種設置。

二、對錯誤組織塊的仿真

實際的CPU檢測到程序處理過程中的錯誤時，CPU會(hui) 調用對應的錯誤組織塊。S7-PLCSIM支持對硬件中斷組織塊OB40～OB47和一些錯誤組織塊的仿真。OB80為(wei) 時間錯誤組織塊，若CPU的循環時間（掃描周期）大於(yu) 允許的最大循

環時間，CPU自動調用OB80。

 

圖2 OB1梯形圖

為(wei) 模擬CPU的這種功能，在主程序OB1中編寫(xie) 如圖2所示的程序。在這段程序中，當I1.4為(wei) ON時，JMP（跳步）指

令的跳步條件滿足，將跳回標號“HERE”處，程序進入死循環，CPU的掃描時間會(hui) 超過最大循環時間；Q5.5為(wei) ON時，將切斷這一“死循環”。在時間錯誤組織塊 OB80中編寫(xie) 如圖3所示的程序段，出現超時錯誤調用OB 80時，Q5.5變為(wei) ON狀態，通過Q5.6和Q5.7可觀察是否調用OB80。

 

圖3 OB80梯形圖

仿真過程如下：①在STEP 7管理器中將OB1和OB80下載到仿真 PLC中；②在S7-PLCSIM的仿真窗口中，將I1.4設置為(wei) OFF狀態，仿真CPU的工作方式切換到RUN，可觀察到仿真CPU處於(yu) 正常工作狀態，沒有進入“死循環”，其掃描

周期沒有超過最大循環時間，仿真CPU沒有調用OB80，所以Q5.7不會(hui) ON。③將I1.4置為(wei) ON，運行仿真CPU，主程序進入“死循環”，當掃描周期大於(yu) 最大循環時間時，觀察到Q5.6變為(wei) ON，說明仿真CPU執行了OB80中的程序段，但在主程序中沒有切斷“死循環”，以後仿真CPU自動進入STOP工作方式。④將I1.4、I1.5均置為(wei) ON狀態，運行仿真CPU，主程序進入“死循環”，當掃描周期大於(yu) 最大循環時間時，仿真CPU調用OB80，Q5.5、Q5.6均變為(wei) ON，Q5.5在主程序中切斷“死循環”，程序正常運行，仿真CPU不會(hui) 進入STOP方式。

三、結束語

作者曾用S7-PLCSIM模擬調試某水輪發電機組的控製程序（包括PLC與(yu) 計算機的通信程序），模擬調試的結果與(yu) PLC硬件的運行結果完全一致。由此可看出，S7-PLCSIM具有很強的仿真功能。

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Plcsim常見問題

1、問題：當S7-PLCSIM已經運行，並且計算機已經與(yu) 真實PLC有正確的編程連接方式，此時點擊在線監控或者下載程序，STEP7所訪問的節點是S7-PLCSIM還是真實PLC呢?

解答：S7-PLCSIM的優(you) 先級要高於(yu) 真實PLC在線連接的優(you) 先級。也就是說，在S7-PLCSIM軟件運行的情況下，所有的下載/上傳(chuan) /監控操作，都是針對S7-PLCSIM進行的，與(yu) 真實PLC無關(guan) 。有時計算機與(yu) 真實PLC無法建立連接可能就是因為(wei) S7-PLCSIM正在運行，此時關(guan) 閉S7-PLCSIM即可。

2、問題：S7-PLCSIM與(yu) WinLC有何區別?

解答：WinLC的特性相當於(yu) 真實PLC的特性，所以此問題請參考本文中S7-PLCSIM與(yu) 真實PLC區別的章節。

3、問題：為(wei) 什麽(me) 在S7-PLCSIM菜單中無法觸發OB40?

解答：S7-PLCSIM仿真真實的PLC,由於(yu) OB40與(yu) 硬件組態關(guan) 係密切，所以隻有在下載了硬件組態後(或者Block文件夾下的SDB文件)，在S7-PLCSIM菜單中才可以觸發OB40。

4、問題：S7-PLCSIM是否可以仿真通信程序，例如：PTP通信，以太網通信?

解答：S7-PLCSIM無法仿真通信程序,此問題請參考本文中S7-PLCSIM與(yu) 真實PLC區別的章節。

5、問題：S7-PLCSIM是否可以仿真定時器或定時中斷功能?

解答：S7-PLCSIM的本質是一個(ge) 在Windows環境下運行的應用程序，所以其執行狀態與(yu) 計算機的性能及係統資源使用狀態都有著密切的聯係。其仿真程序的掃描周期也實時受計算機負荷的影響，程序掃描周期可能會(hui) 延長到幾十個(ge) 毫秒或者幾百個(ge) 毫秒。因此，當S7項目中的定時器時基定義(yi) 非常小(例如10 毫秒)時，或者定時中斷周期非常小(例如幾個(ge) 毫秒)時，S7-PLCSIM(受Windows運行機製及計算機性能影響)是無法在這麽(me) 短的時間內(nei) 完成應有相應的。對於(yu) 真實的PLC, 由於(yu) 其實時功能是由硬件來保證的，所以不存在上述問題(如果程序量比較大，程序掃描周期大於(yu) 定時器的預設時間，這種情況下應當使用定時中斷功能代替定時器的使用)。所以對於(yu) 時序邏輯要求不嚴(yan) 格的程序邏輯，可以使用S7-PLCSIM仿真的;對於(yu) 時序邏輯要求嚴(yan) 格的程序邏輯，使用S7-PLCSIM仿真是不可靠的。

6、問題：為(wei) 什麽(me) 項目下載後，S7-PLCSIM 的SF點亮，但程序仿真執行不受影響?

解答：這種情況多出現於(yu) 向低版本的S7-PLCSIM 軟件下載了其無法識別的新硬件組態。用戶升級S7-PLCSIM的軟件版本即可。