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的絕大多數功能，具有功能強、使用方便等優點。

關鍵詞：PLC；調試；仿真

一、引言

PLC的用戶程序設計好后，要用實際的PLC硬件來調試。但以下情況則需要對程序進行仿真調試：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試；③在實際系統中進行某些調試有

一定風險。

為了解決這些問題，一些PLC生產廠家提供了可代替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調試，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狀態來控制程序的運行，并觀察有關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復位。

（3）仿真軟件還可模擬對位存儲器、外圍輸入變量區和外圍輸出變量區的操作，以及對存儲在數據塊中的數據（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試程序。它提供的多種視圖對象可實現對仿真PLC內的各種變量、計數器和定時器的監視與修改。

（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；“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；“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視相應的數據區，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于修改定時器（T）和計數器（C）的實際值，并監視其運行。數據塊寄存器視圖對象用于監視塊寄存器DB1和DB2的內容。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模擬發動機控制程序的調試

以發動機控制程序的調試為例，介紹S7-PLCSIM的仿真功能，如圖1。

圖1 發動機控制程序梯形圖

控制程序實現下述功能：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程序中預置的轉速（本例中為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后停止運行。

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中模擬實際系統的操作：

①開機控制。將仿真PLC的CPU置于RUN狀態，給輸入字節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，出現符號“V”，IB1.0變為ON，再點擊一次“V”消失，IB1.0變為OFF。IB0.0變為ON后，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，為了模擬采集到的實際轉速，在位存儲器MW2視圖對象中分別輸入十進制數1449、1500和2000（發動機的實際轉速分別低于、等于和高于預置轉速），觀察到Q5.2的狀態分別為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立即變為OFF，表明發動機停止運行，同時Tl開始進行減計時，1 0 s后Q5.1也變為 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的循環時間（掃描周期）大于允許的最大循

環時間，CPU自動調用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，CPU的掃描時間會超過最大循環時間；Q5.5為ON時，將切斷這一“死循環”。在時間錯誤組織塊 OB80中編寫如圖3所示的程序段，出現超時錯誤調用OB 80時，Q5.5變為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OFF狀態，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，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ON。③將I1.4置為ON，運行仿真CPU，主程序進入“死循環”，當掃描周期大于最大循環時間時，觀察到Q5.6變為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，運行仿真CPU，主程序進入“死循環”，當掃描周期大于最大循環時間時，仿真CPU調用OB80，Q5.5、Q5.6均變為ON，Q5.5在主程序中切斷“死循環”，程序正常運行，仿真CPU不會進入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制程序（包括PLC與計算機的通信程序），模擬調試的結果與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。

Plcsim常見問題

1、問題：當S7-PLCSIM已經運行，并且計算機已經與真實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的優先級要高于真實PLC在線連接的優先級。也就是說，在S7-PLCSIM軟件運行的情況下，所有的下載/上傳/監控操作，都是針對S7-PLCSIM進行的，與真實PLC無關。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，此時關閉S7-PLCSIM即可。

2、問題：S7-PLCSIM與WinLC有何區別?

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區別的章節。

3、問題：為什么在S7-PLCSIM菜單中無法觸發OB40?

解答：S7-PLCSIM仿真真實的PLC,由于OB40與硬件組態關系密切，所以只有在下載了硬件組態后(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的本質是一個在Windows環境下運行的應用程序，所以其執行狀態與計算機的性能及系統資源使用狀態都有著密切的聯系。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，但程序仿真執行不受影響?

解答：這種情況多出現于向低版本的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。