摘 要：對于新設(shè)計的PLC控制系統(tǒng)，直接在實際的系統(tǒng)中進(jìn)行用戶程序調(diào)試有很大的風(fēng)險，PLC某個錯誤的輸出信息會導(dǎo)致設(shè)備的損壞甚至危及工作人員的人身安全。提出一種采用S7-PLCSIM進(jìn)行仿真調(diào)試的方法。S7-PLCSIM可以在計算機(jī)上對S7-300/400 PLC的用戶程序進(jìn)行離線仿真與調(diào)試，在程序開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤，優(yōu)化程序，調(diào)試效果好，使用方便、安全，并可降低試車的費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：S7-PLCSIM;S7-300/400可編程序控制器;程序調(diào)試;安全

Application of S7-PLCSIM in Program Debugging of SIEMENS S7-300/400 PLC

HANG Weiguo

(Qingdao Ocean Shipping Mariners College，Qingdao，266071，China

Abstract： A wrong output of PLC maybe result in damage of equipment and even endanger the safety of the operator，so it is dangerous to a new PLC system to debug your program on an actual system.S7-PLCSIM is introduced for simulate program debugigng.S7-PLCSIM can simulate and debug the program of S7-300/400 PLC offline.With the simulated S7 PLC，you can debug programs to find and modify mistake，optimize your programs.S7-PLCSIM is an effective，safety and convenient mode for PLC program debugigng.It can also reduce the expense of system test.

eywords：S7-PLCSIM;S7-300/400 PLC;program debugging;safety

1 引 言

可編程序控制器是新一代的通用型工業(yè)控制設(shè)備，因其使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高和極高的性能價格比等特點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鞯膹?qiáng)大功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的，要實現(xiàn)一項控制任務(wù)事先要給PLC編制用戶程序。對于比較復(fù)雜的控制任務(wù)，程序編制過程中往往會出現(xiàn)一些缺陷和錯誤，因此，PLC的用戶程序設(shè)計好后需進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。

PLC的用戶程序一般在硬件PLC進(jìn)行調(diào)試，但有時程序設(shè)計好之后，硬件PLC尚未購買或控制設(shè)備不在本地，這對程序調(diào)試和修改帶來不便。對于某些控制系統(tǒng)，直接在實際的系統(tǒng)中進(jìn)行程序調(diào)試有很大的風(fēng)險，PLC某個錯誤的輸出信息會導(dǎo)致機(jī)損事故甚至危及工作人員的人身安全。對于西門子S7-300/400 PLC，可利用S7-PLCSIM仿真軟件進(jìn)行程序調(diào)試，從而避免上述問題。

通過S7-PLCSIM仿真調(diào)試，可以在程序開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤，從而提高用戶程序的質(zhì)量和降低試車的費(fèi)用。

2 S7-PLCSIM仿真軟件的主要功能

S7-PLCSIM是一個功能非常強(qiáng)大的仿真軟件，它與STEP7編程軟件集成在一起，可以在計算機(jī)上對S7-300/400 PLC的用戶程序進(jìn)行離線仿真與調(diào)試，而不需要連接任何PLC的硬件。

S7-PLCSIM仿真軟件可通過仿真窗口模擬PLC的輸入/輸出存儲區(qū)，改變輸入變量ON/OFF狀態(tài)、控制程序運(yùn)行，監(jiān)視程序運(yùn)行結(jié)果。程序模擬運(yùn)行過程中，可實現(xiàn)定時器、計數(shù)器的監(jiān)視與修改，可對位存儲器(M、外設(shè)輸入/輸出(PI/PQ變量區(qū)以及存在數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀/寫操作。與實際PLC一樣，S7-PLCSIM可以使用變量表和程序狀態(tài)等方法來監(jiān)視和修改變量。

另外，S7-PLCSIM仿真軟件可以對大部分組織塊(OB、系統(tǒng)功能塊(SFB和系統(tǒng)功能(SFC仿真，包括對許多中斷事件和錯誤事件仿真。

3 S7-PLCSIM的視圖對象

S7-PLCSIM用仿真PLC來模擬實際PLC的運(yùn)行，用戶程序的調(diào)試是通過視圖對象來進(jìn)行的。S7-PLCSIM提供了多種視圖對象，用它們可以實現(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。

PLCSIM的視圖對象包括CPU視圖對象、輸入變量視圖對象、輸出變量視圖對象、位存儲器視圖對象、定時器視圖對象、計數(shù)器視圖對象、通用變量視圖對象和垂直位變量視圖對象等。CPU視圖對象是在打開PLCSIM窗口時自動形成，其他視圖對象要在仿真PLC窗口通過Insert菜單生成。

3.1 CPU視圖對象

圖1中標(biāo)有“CPU”的小窗口是CPU視圖對象。在CPU視圖對象中，可以用單選框選擇仿真PLC的RUN、STOP、RUN-P模式，分別由指示燈指示。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊CPU視圖對象上MRES按鈕可以復(fù)位仿真PLC的存儲器，刪除程序塊與硬件組態(tài)信息，CPU將自動進(jìn)入STOP模式。指示燈“SF”表示有硬件、軟件錯誤；“DC”表示電源通斷情況；“DP”表示通信狀態(tài)。

3.2 其他視圖對象

輸入變量、輸出變量、位存儲器視圖對象可以對PLC的輸入、輸出映像區(qū)和內(nèi)部存儲區(qū)的狀態(tài)進(jìn)行模擬與監(jiān)視。在插入的視圖對象中輸入存儲區(qū)地址，即可顯示存儲區(qū)地址及存儲區(qū)數(shù)據(jù)狀態(tài)，可選的數(shù)據(jù)顯示格式有位、二進(jìn)制、10進(jìn)制、16進(jìn)制等。對于視圖對象中存儲區(qū)地址的顯示，可以采用絕對地址，也可以采用符號地址。垂直位視圖對象可以用絕對地址或符號地址來監(jiān)視和修改I，Q，M等存儲區(qū)。通用變量視圖對象使用更靈活，可用于訪問包括數(shù)據(jù)塊在內(nèi)仿真PLC所有的存儲區(qū)。其數(shù)據(jù)的顯示與修改與上述輸入變量等視圖對象類似。

定時器視圖對象和計數(shù)器視圖對象分別用于定時器和計數(shù)器的監(jiān)視。在插入的計數(shù)器視圖對象輸入計數(shù)器號，則計數(shù)器啟動時，計數(shù)器的計數(shù)值可以通過視圖對象顯示出來。在插入的定時器視圖對象窗口輸入定時器號，定時器啟動時可顯示此定時器的時間值及時基。通過仿真窗口的Execute菜單命令可以停止定時器計時或手動復(fù)位定時器。定時器、計數(shù)器視圖對象可以以二進(jìn)制、10進(jìn)制，16進(jìn)制和BCD碼、S5Time等格式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。

另外，通過仿真窗口的View菜單命令還可以監(jiān)視累加器、寄存器和狀態(tài)字各位的狀態(tài)。

4 S7-PLCSIM仿真軟件的掃描方式

S7-PLCSIM有2種掃描方式：單次掃描和連續(xù)掃描。掃描方式可用Execute菜單命令設(shè)置。

若采用單次掃描，CPU執(zhí)行一次掃描后處于等待狀態(tài)，可用Execute→Next Scan菜單命令執(zhí)行下一次掃描；若采用連續(xù)掃描，與實際PLC相同，連續(xù)執(zhí)行用戶程序。

5 使用S7-PLCSIM仿真軟件調(diào)試程序的實例

下面以一臺電動機(jī)的S7-300PLC控制程序為例，介紹用S7-PLCSIM調(diào)試程序的方法。

5.1 電動機(jī)的控制功能及控制程序

按下開機(jī)按鈕I4.0，Q4.0變?yōu)?狀態(tài)，電動機(jī)串電阻降壓起動，同時定時器T1開始計時。9 s后定時時間到，Q4.1變?yōu)?狀態(tài)，起動電阻被短接，電動機(jī)全壓運(yùn)行。MW10中的電動機(jī)實際電流與程序中的電流限值（1.1倍額定電流）比較，電流過載時定時器T2啟動，延時20s使Q4.2變?yōu)?狀態(tài)，停止電動機(jī)運(yùn)行。按下停機(jī)按鈕I4.1，Q4.0 和Q4.1變?yōu)?狀態(tài)，停止電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。實現(xiàn)上述功能的STL程序如下：

5.2 程序調(diào)試前的準(zhǔn)備

(1） 在STEP7中創(chuàng)建上述用戶程序。

(2） 點(diǎn)擊STEP7的SIMATIC管理器工具條中的“Simulation on/off”按鈕，或執(zhí)行菜單命令Options→Simulate Modules，打開S7-PLCSIM窗口，窗口中自動出現(xiàn)CPU視圖對象。與此同時，自動建立了STEP7與仿真CPU的連接。

(3） 執(zhí)行菜單命令Execute →Scan→ Continuous或點(diǎn)擊“Continuous Scan”按鈕，令仿真PLC的掃描方式為連續(xù)掃描。

(4） 在SIMATIC管理器執(zhí)行菜單命令PLC→Down Load，將塊對象下載到仿真PLC。

(5） 利用Insert菜單創(chuàng)建輸入字節(jié)IB4、輸出字節(jié)QB4、存儲字MW10、定時器T1、T2的視圖對象。如要在仿真軟件中使用符號地址，使用菜單命令Tools →Option→Attach Symbols，在出現(xiàn)的Open對話框的電動機(jī)控制程序?qū)ο笾姓业讲㈦p擊Symbols圖標(biāo)，則符號地址可以在視窗中顯示.。如圖1中，“起動”為I4.0的符號地址，“停止”為I4.1的符號地址，“過載”為Q4.2的符號地址，“電流”為MW10的符號地址。

5.3 程序的調(diào)試過程

（1） 電動機(jī)的起動

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊I4.0（起動）單選框，點(diǎn)擊1次，出現(xiàn)符號“√”，表明輸入狀態(tài)“ON”，再點(diǎn)擊1次，符號“√”消失，表明輸入狀態(tài)“OFF”，這相當(dāng)于按下啟動按鈕一次。I4.0輸入“ON”后，可觀察到輸出Q4.0位的單選框出現(xiàn)符號“√”，表明輸出“ON”，即電動機(jī)開始降壓起動。同時定時器T1從900開始倒計時，時基為10 ms，即延時9 s。9 s延時時間到，QB4.1位的單選框出現(xiàn)符號“√”，表明輸出“ON”，即電動機(jī)全壓運(yùn)行。

降壓起動如圖1所示。

（2） 電動機(jī)的電流監(jiān)視

MW10為PLC采集的電動機(jī)的實際電流經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的模擬值，顯示格式設(shè)定為10進(jìn)制。MW10中值與程序中設(shè)定的電流過載限值（1450）相比較，當(dāng)MW10中值大于1 450時，定時器T2啟動，從200開始倒計時，時基為100 ms，即延時20 s。20 s延時時間到，QB4.2位的單選框出現(xiàn)符號“√”，表明輸出“ON”， 則Q4.0 和Q4.1單選框符號“√”消失，即輸出變?yōu)椤癘FF”狀態(tài)，停止電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)?？赏ㄟ^修改MW10數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)來模擬電動機(jī)電流變化，方法是從MW10視圖對象數(shù)據(jù)區(qū)直接輸入數(shù)據(jù)并按確認(rèn)鍵。圖2是MW10值修改為1452時的程序運(yùn)行狀態(tài)，圖3是20 s延時時間到，停止電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出狀態(tài)圖。

（3） 電動機(jī)的停機(jī)

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊I4.1單選框，出現(xiàn)符號“√”，再點(diǎn)擊一次，符號“√”消失，這相當(dāng)于按下停機(jī)按鈕1次?？捎^察到輸出Q4.0 和Q4.1位立即變?yōu)椤癘FF”，電動機(jī)停止工作。

5.4 用程序狀態(tài)功能調(diào)試程序

在利用S7-PLCSIM仿真過程中，可以使用變量表和程序狀態(tài)等方法來監(jiān)視和修改變量，其監(jiān)視方法與實際PLC類似。例如要利用程序狀態(tài)功能監(jiān)視程序的執(zhí)行情況，可以在PLC仿真運(yùn)行時打開邏輯塊，用菜單命令Debug>Monitor就可進(jìn)入在線監(jiān)控狀態(tài)（如圖4所示）。其顯示方式與實際PLC完全一致，這里不再詳述。

6 結(jié) 語

使用S7-PLCSIM調(diào)試用戶程序，不需要硬件連接，使用方便、安全；通過S7-PLCSIM對用戶程序進(jìn)行調(diào)試和故障診斷，可以在程序開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤，提高用戶程序的質(zhì)量從而降低試車的費(fèi)用；S7-PLCSIM也是學(xué)習(xí)S7-300/400編程的有力工具。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］SIEMENSSIMATIC S7-PLCSIM V5.2 User Manual2002.

［3］張有鳳，王欽若，司小平.PLC在水下電弧控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國外電子元器件，2006，11:66-69.

［4］何獻(xiàn)忠.用VB 6.0實現(xiàn)計算機(jī)對S7-200 PLC的實時監(jiān)控[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(7:189-190