西門子S7-PLCSIM仿真軟件的應用(工具軟件學習)

摘 要：介紹了用于模擬西門子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(shù)功能，具有功能強、使用方便等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：PLC；調(diào)試；仿真

一、引言

PLC的用戶程序設計好后，要用實際的PLC硬件來調(diào)試。但以下情況則需要對程序進行仿真調(diào)試：①程序設計好后，PLC硬件尚未購回；②控制設備不在本地，設計者需對程序進行修改和調(diào)試；③在實際系統(tǒng)中進行某些調(diào)試有

一定風險。

為了解決這些問題，一些PLC生產(chǎn)廠家提供了可代替PLC硬件調(diào)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調(diào)試，可訪問模擬PLC的I/O存儲器、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(tài)來控制程序的運行，并觀察有關(guān)輸出變量的狀態(tài)來監(jiān)視程序運行的結(jié)果。

（2）可實現(xiàn)定時器和計數(shù)器的監(jiān)視和修改，通過程序使定時器自動運行或手動復位。

（3）仿真軟件還可模擬對位存儲器、外圍輸入變量區(qū)和外圍輸出變量區(qū)的操作，以及對存儲在數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)（如DBl.DBX0.0或DBl.DBW0等）的讀寫。

（4）可在仿真PLC中使用中斷組織塊測試程序的特性，并記錄一系列操作事件及回放記錄，從而自動測試程序。

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(diào)試程序。它提供的多種視圖對象可實現(xiàn)對仿真PLC內(nèi)的各種變量、計數(shù)器和定時器的監(jiān)視與修改。

（2）視圖對象

①CPU視圖對象

開始新仿真時，將自動出現(xiàn)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按鈕用來復位存儲器、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“STOP”表示運行與停止狀態(tài)；“DP”（分布式外設或遠程I/O）指示PLC與分布式外設或遠程I/O的通信狀態(tài)；“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）和位存儲器（M）視圖對象分別用于訪問和監(jiān)視相應的數(shù)據(jù)區(qū)，可以以位、二進制、十進制、十六進制、字符及字符串的形式訪問。Q用于顯示程序執(zhí)行時輸出的結(jié)果，一般不對其進行設置操作。

定時器和計數(shù)器視圖對象用于修改定時器（T）和計數(shù)器（C）的實際值，并監(jiān)視其運行。數(shù)據(jù)塊寄存器視圖對象用于監(jiān)視塊寄存器DB1和DB2的內(nèi)容。此外還有通用變量、垂直位變量、累加器和狀態(tài)字及堆棧視圖對象，具體使用方法可查閱用戶手冊。

③LAY文檔和PLC文檔

LAY文檔用于保存仿真時各視圖對象的信息；PLC文檔用于保存上次仿真運行時設置的數(shù)據(jù)和動作等，包括程序、硬件組態(tài)、CPU工作方式的選擇、周期運行模式（單周期或連續(xù)運行模式）的選擇、I/O狀態(tài)、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(fā)動機控制程序的調(diào)試

以發(fā)動機控制程序的調(diào)試為例，介紹S7-PLCSIM的仿真功能，如圖1。

 

圖1 發(fā)動機控制程序梯形圖

控制程序?qū)崿F(xiàn)下述功能：按下開機按鈕I1.0，發(fā)動機Q5.0和冷卻風扇Q5.1開始運行；同時存放在MW2中的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與程序中預置的轉(zhuǎn)速（本例中為1500r/min）進行比較，超速時發(fā)出報警信號Q5.2；按下停機按鈕I1.1，發(fā)動機停止運行，冷卻風扇被定時器Tl延遲10s后停止運行。

使用S7-PLCSIM仿真軟件調(diào)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的工作方式置于STOP位置；用菜單命令Execute>Scan Mode>Continous Scan選擇仿真PLC的掃描方式為連續(xù)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(chuàng)建輸入字節(jié)IB1、輸出字節(jié)QB5、位存儲器MW2和定時器T1的視圖對象，IB1和QB5以位的形式顯示，MW2以十進制形式顯示。

（6）在S7-PLCSIM中模擬實際系統(tǒng)的操作：

①開機控制。將仿真PLC的CPU置于RUN狀態(tài)，給輸入字節(jié)IB1的第0位（I1.0）施加脈沖，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(xiàn)符號“V”，IB1.0變?yōu)镺N，再點擊一次“V”消失，IB1.0變?yōu)镺FF。IB0.0變?yōu)镺N后，觀察到輸出字節(jié)QB5視圖對象中的第0位和第1位（即Q5.0和Q5.1）ON，表明發(fā)動機開始運轉(zhuǎn)，冷卻風扇開始轉(zhuǎn)動。

②速度監(jiān)視。在發(fā)動機正常運行時，為了模擬采集到的實際轉(zhuǎn)速，在位存儲器MW2視圖對象中分別輸入十進制數(shù)1449、1500和2000（發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速分別低于、等于和高于預置轉(zhuǎn)速），觀察到Q5.2的狀態(tài)分別為OFF、ON和

ON，說明超速報警功能正常。

③停機控制。給I 1.1施加脈沖，觀察到Q5.0立即變?yōu)镺FF，表明發(fā)動機停止運行，同時Tl開始進行減計時，1 0 s后Q5.1也變?yōu)?0FF，冷卻風扇停止轉(zhuǎn)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(jiān)視程序的運行情況。

（8）保存生成的LAY文檔及 PLC文檔，以便于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會調(diào)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為時間錯誤組織塊，若CPU的循環(huán)時間（掃描周期）大于允許的最大循

環(huán)時間，CPU自動調(diào)用OB80。

 

圖2 OB1梯形圖

為模擬CPU的這種功能，在主程序OB1中編寫如圖2所示的程序。在這段程序中，當I1.4為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(huán)，CPU的掃描時間會超過最大循環(huán)時間；Q5.5為ON時，將切斷這一“死循環(huán)”。在時間錯誤組織塊 OB80中編寫如圖3所示的程序段，出現(xiàn)超時錯誤調(diào)用OB 80時，Q5.5變?yōu)镺N狀態(tài)，通過Q5.6和Q5.7可觀察是否調(diào)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OFF狀態(tài)，仿真CPU的工作方式切換到RUN，可觀察到仿真CPU處于正常工作狀態(tài)，沒有進入“死循環(huán)”，其掃描

周期沒有超過最大循環(huán)時間，仿真CPU沒有調(diào)用OB80，所以Q5.7不會ON。③將I1.4置為ON，運行仿真CPU，主程序進入“死循環(huán)”，當掃描周期大于最大循環(huán)時間時，觀察到Q5.6變?yōu)镺N，說明仿真CPU執(zhí)行了OB80中的程序段，但在主程序中沒有切斷“死循環(huán)”，以后仿真CPU自動進入STOP工作方式。④將I1.4、I1.5均置為ON狀態(tài)，運行仿真CPU，主程序進入“死循環(huán)”，當掃描周期大于最大循環(huán)時間時，仿真CPU調(diào)用OB80，Q5.5、Q5.6均變?yōu)镺N，Q5.5在主程序中切斷“死循環(huán)”，程序正常運行，仿真CPU不會進入STOP方式。

三、結(jié)束語

作者曾用S7-PLCSIM模擬調(diào)試某水輪發(fā)電機組的控制程序（包括PLC與計算機的通信程序），模擬調(diào)試的結(jié)果與PLC硬件的運行結(jié)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(jīng)運行，并且計算機已經(jīng)與真實PLC有正確的編程連接方式，此時點擊在線監(jiān)控或者下載程序，STEP7所訪問的節(jié)點是S7-PLCSIM還是真實PLC呢?

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

2、問題：S7-PLCSIM與WinLC有何區(qū)別?

解答：WinLC的特性相當于真實PLC的特性，所以此問題請參考本文中S7-PLCSIM與真實PLC區(qū)別的章節(jié)。

3、問題：為什么在S7-PLCSIM菜單中無法觸發(fā)OB40?

解答：S7-PLCSIM仿真真實的PLC,由于OB40與硬件組態(tài)關(guān)系密切，所以只有在下載了硬件組態(tài)后(或者Block文件夾下的SDB文件)，在S7-PLCSIM菜單中才可以觸發(fā)OB40。

4、問題：S7-PLCSIM是否可以仿真通信程序，例如：PTP通信，以太網(wǎng)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與真實PLC區(qū)別的章節(jié)。

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(zhì)是一個在Windows環(huán)境下運行的應用程序，所以其執(zhí)行狀態(tài)與計算機的性能及系統(tǒng)資源使用狀態(tài)都有著密切的聯(lián)系。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延長到幾十個毫秒或者幾百個毫秒。因此，當S7項目中的定時器時基定義非常小(例如10 毫秒)時，或者定時中斷周期非常小(例如幾個毫秒)時，S7-PLCSIM(受Windows運行機制及計算機性能影響)是無法在這么短的時間內(nèi)完成應有相應的。對于真實的PLC, 由于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，程序掃描周期大于定時器的預設時間，這種情況下應當使用定時中斷功能代替定時器的使用)。所以對于時序邏輯要求不嚴格的程序邏輯，可以使用S7-PLCSIM仿真的;對于時序邏輯要求嚴格的程序邏輯，使用S7-PLCSIM仿真是不可靠的。

6、問題：為什么項目下載后，S7-PLCSIM 的SF點亮，但程序仿真執(zhí)行不受影響?

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