(转)西门子S7-PLCSIM仿真软件的应用

关朝旺，廖常初（重庆大学电气工程学院，重庆400044）

摘 要：介绍了用于模拟西门子S7-300和S7-400 PLC运行的仿真软件S7-PLCSIM。该软件可以模拟实际PLC的绝大多数功能，具有功能强、使用方便等优点。

关键词：PLC；调试；仿真

一、引言

PLC的用户程序设计好后，要用实际的PLC硬件来调试。但以下情况则需要对程序进行仿真调试：①程序设计好后，PLC硬件尚未购回；②控制设备不在本地，设计者需对程序进行修改和调试；③在实际系统中进行某些调试有
一定风险。

为了解决这些问题，一些PLC生产厂家提供了可代替PLC硬件调试的仿真软件，本文主要介绍西门子公司的S7一PLCSIM仿真软件。

二、S7-PLCSIM概述

1、S7-PLCSIM的主要功能

（1）可对S7-300和S7-400 PLC的用户程序进行离线仿真与调试，可访问模拟PLC的I/O存储器、累加器和寄存器。通过在仿真运行窗口中改变输入变量的ON/OFF状态来控制程序的运行，并观察有关输出变量的状态来监视程序运行的结果。

（2）可实现定时器和计数器的监视和修改，通过程序使定时器自动运行或手动复位。

（3）仿真软件还可模拟对位存储器、外围输入变量区和外围输出变量区的操作，以及对存储在数据块中的数据（如DBl.DBX0.0或DBl.DBW0等）的读写。

（4）可在仿真PLC中使用中断组织块测试程序的特性，并记录一系列操作事件及回放记录，从而自动测试程序。

2、S7-PLCSIM的主要组成部分

（1）仿真PLC

S7-PLCSIM用仿真PLC来模拟实际PLC的运行，用户可通过视图对象来调试程序。它提供的多种视图对象可实现对仿真PLC内的各种变量、计数器和定时器的监视与修改。

（2）视图对象

①CPU视图对象

开始新仿真时，将自动出现CPU视图对象，用户可用单选框来选择运行、停止和暂停工作方式；MRES按钮用来复位存储器、删除块和删除仿真PLC中的硬件设置。LED指示灯“SF’’表示软硬件错误；“RUN”与“STOP”表示运行与停止状态；“DP”（分布式外设或远程I/O）指示PLC与分布式外设或远程I/O的通信状态；“DC”（直流电源）指示电源的通断情况。

②插入视图对象

输入变量（I）、输出变量（Q）和位存储器（M）视图对象分别用于访问和监视相应的数据区，可以以位、二进制、十进制、十六进制、字符及字符串的形式访问。Q用于显示程序执行时输出的结果，一般不对其进行设置操作。

定时器和计数器视图对象用于修改定时器（T）和计数器（C）的实际值，并监视其运行。数据块寄存器视图对象用于监视块寄存器DB1和DB2的内容。此外还有通用变量、垂直位变量、累加器和状态字及堆栈视图对象，具体使用方法可查阅用户手册。

③LAY文档和PLC文档

LAY文档用于保存仿真时各视图对象的信息；PLC文档用于保存上次仿真运行时设置的数据和动作等，包括程序、硬件组态、CPU工作方式的选择、周期运行模式（单周期或连续运行模式）的选择、I/O状态、定时器的值、符号地址、电源的通/断情况等。

二、S7-PLCSIM应用实例

1、S7-PLCSIM模拟发动机控制程序的调试

以发动机控制程序的调试为例，介绍S7-PLCSIM的仿真功能，如图1。



图1 发动机控制程序梯形图

控制程序实现下述功能：按下开机按钮I1.0，发动机Q5.0和冷却风扇Q5.1开始运行；同时存放在MW2中的发动机的转速与程序中预置的转速（本例中为1500r/min）进行比较，超速时发出报警信号Q5.2；按下停机按钮I1.1，发动机停止运行，冷却风扇被定时器Tl延迟10s后停止运行。

使用S7-PLCSIM仿真软件调试程序的步骤如下：

（1）在STEP 7编程软件中生成的项目的主程序OBl中编写如图l的程序。


（2）点击STEP 7中SIMATIC管理器工具栏中的Simulation on/off图标，打开S7-PLC S7一PLCSIM窗口。

（3）在S7一PLCSIM窗口中新建PLC文档；用菜单命令PLC>Power ON接通仿真PLC的电源；将仿真PLC的CPU的工作方式置于STOP位置；用菜单命令Execute>Scan Mode>Continous Scan选择仿真PLC的扫描方式为连续扫描方式。

（4）在SIMATIC管理器中用菜单命令PLC>Download将程序下载到仿真PLC中。

（5）在S7-PLCSIM中创建输入字节IB1、输出字节QB5、位存储器MW2和定时器T1的视图对象，IB1和QB5以位的形式显示，MW2以十进制形式显示。

（6）在S7-PLCSIM中模拟实际系统的操作：

①开机控制。将仿真PLC的CPU置于RUN状态，给输入字节IB1的第0位（I1.0）施加脉冲，模拟按下启动按钮，即用鼠标点击IB1视图对象中第O位的单选框，出现符号“V”，IB1.0变为ON，再点击一次“V”消失，IB1.0变为OFF。IB0.0变为ON后，观察到输出字节QB5视图对象中的第0位和第1位（即Q5.0和Q5.1）ON，表明发动机开始运转，冷却风扇开始转动。

②速度监视。在发动机正常运行时，为了模拟采集到的实际转速，在位存储器MW2视图对象中分别输入十进制数1449、1500和2000（发动机的实际转速分别低于、等于和高于预置转速），观察到Q5.2的状态分别为OFF、ON和
ON，说明超速报警功能正常。

③停机控制。给I 1.1施加脉冲，观察到Q5.0立即变为OFF，表明发动机停止运行，同时Tl开始进行减计时，1 0 s后Q5.1也变为 0FF，冷却风扇停止转动。

（7）在使用S7-PLCSIM进行仿真时，可以显示OBl中的梯形图程序，用菜单命令Debug>Monitor在梯形图中监视程序的运行情况。

（8）保存生成的LAY文档及 PLC文档，以便于下次仿真时直接使用本次的各种设置。

二、对错误组织块的仿真

实际的CPU检测到程序处理过程中的错误时，CPU会调用对应的错误组织块。S7-PLCSIM支持对硬件中断组织块OB40～OB47和一些错误组织块的仿真。OB80为时间错误组织块，若CPU的循环时间（扫描周期）大于允许的最大循
环时间，CPU自动调用OB80。



图2 OB1梯形图

为模拟CPU的这种功能，在主程序OB1中编写如图2所示的程序。在这段程序中，当I1.4为ON时，JMP（跳步）指
令的跳步条件满足，将跳回标号“HERE”处，程序进入死循环，CPU的扫描时间会超过最大循环时间；Q5.5为ON时，将切断这一“死循环”。在时间错误组织块 OB80中编写如图3所示的程序段，出现超时错误调用OB 80时，Q5.5变为ON状态，通过Q5.6和Q5.7可观察是否调用OB80。



图3 OB80梯形图

仿真过程如下：①在STEP 7管理器中将OB1和OB80下载到仿真 PLC中；②在S7-PLCSIM的仿真窗口中，将I1.4设置为OFF状态，仿真CPU的工作方式切换到RUN，可观察到仿真CPU处于正常工作状态，没有进入“死循环”，其扫描
周期没有超过最大循环时间，仿真CPU没有调用OB80，所以Q5.7不会ON。③将I1.4置为ON，运行仿真CPU，主程序进入“死循环”，当扫描周期大于最大循环时间时，观察到Q5.6变为ON，说明仿真CPU执行了OB80中的程序段，但在主程序中没有切断“死循环”，以后仿真CPU自动进入STOP工作方式。④将I1.4、I1.5均置为ON状态，运行仿真CPU，主程序进入“死循环”，当扫描周期大于最大循环时间时，仿真CPU调用OB80，Q5.5、Q5.6均变为ON，Q5.5在主程序中切断“死循环”，程序正常运行，仿真CPU不会进入STOP方式。

三、结束语

作者曾用S7-PLCSIM模拟调试某水轮发电机组的控制程序（包括PLC与计算机的通信程序），模拟调试的结果与PLC硬件的运行结果完全一致。由此可看出，S7-PLCSIM具有很强的仿真功能。