STEP 7模擬調試及實現與WinCC連接的仿真

摘 要:為了在沒有實際硬件PLC的情況下，減少調試成本及風險，實現程序調試，檢驗程序正確性，使用了STEP 7中的仿真軟件PLCSIM。并且通過在STEP 7中建立OS站，實現了西門子編程軟件STEP 7與西門子組態軟件WinCC的連接，從而可在WinCC界面中直接監控現場設備，增強可視性，縮短監控系統的開發時間。通過測試一個運行時間的簡單程序，實現了在PLCSIM中的調試和在WinCC界面中的監控，并用實際硬件進行了驗證。

關鍵詞:STEP 7; PLCSIM; WinCC; 監控系統

中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)14-0081-03

Simulation Debugging of STEP 7 and Simulation of Implementing Connection with WinCC

YU Dan， YU Jian-shun

(School of Electrical and Electronic Engineering， East China Jiaotong University， Nanchang 330013， China)

Abstract: The simulation software PLCSIM in STEP 7 is adopted to reduce debugging cost， achieve program debugging and test program correctness while there is no actual hardware. The connection of Siemens programming software STEP 7 with Siemens configuration software WinCC was achieved by creating OS stations in STEP 7. In this way， the direct monitoring of site equipments can be realized in WinCC interface， the visibility can be improved and the development time of the monitoring system can be reduced. The debugging in PLCSIM and the monitoring in WinCC interface were achieved by testing a simple program of running time. The actual hardware was validated.

Keywords: STEP 7; PLCSIM; WinCC; monitoring system

0 引 言

可編程控制器(PLC)現在的應用范圍很廣，其具有使用方便、適應性強、可靠性高和性能價格比極高等特點。PLC的強大功能是通過軟件編程來實現的，對于龐大系統，所編程序很大，為了避免程序中的一些缺陷與錯誤，程序設計好后需進行運行調試。

STEP 7是西門子SIMATIC工業軟件中的一員，它是用于對SIMATIC可編程邏輯控制器(PLC)進行組態和編程的軟件包[1]。對于沒有實際硬件的編程者來說，在STEP 7中編好程序，不能下載到PLC中，無法進行調試。對于有些控制系統，直接在實際硬件中進行程序調試會有一定風險。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。西門子公司開發的仿真軟件PLCSIM能夠在線進行程序的調試，檢驗程序的正確與否，這樣可以減少硬件調試成本及危險。

同時為了增強對現場的可視性，西門子公司開發的組態軟件WinCC能監控現場。在文獻[1-4]中介紹了PLCSIM軟件的仿真運用，本文通過在STEP 7中建立一個OS站，仿真軟件PLCSIM能夠把WinCC的監控功能連接起來，在PLCSIM中變量的變化，可以在WinCC中顯示，這樣檢驗了程序的正確性和增強了可視性。同時，對于現場具有實際硬件時，在WinCC界面中可以直接控制變量，并顯示變量、設備等實際情況。本文主要介紹了STEP 7編程、PLCSIM程序調試、以及實現與WinCC連接，實現了兩種軟件的有機結合。

1 軟件介紹

1.1 STEP 7簡介[5]

STEP 7是用于SIMATIC PLC組態和編程的基本軟件包。它包括功能強大、適用于各種自動化項目任務的工具，STEP 7主要包括以下組件:

(1) SIMATIC管理器:用于集中管理所有工具以及自動化項目數據;

(2) 程序編輯器:用于以LAD，FBD和STL語言生成用戶程序;

(3) 符號編輯器:用于管理全局變量;

(4) 硬件組態:用于組態和參數化硬件;

(5) 硬件診斷:用于診斷自動化系統的狀態;

(6) NetPro:用于組態MPI和PROFIBUS等網絡連接。

1.2 PLCSIM主要功能[6]

(1) 可對S7-300/400 PLC的用戶程序進行離線仿真與調試;還能訪問模擬PLC的I/O存儲器、累加器和寄存器。在仿真運行窗口中，通過改變輸入變量的ON/OFF狀態來控制程序運行，并通過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進行讀/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。

1.3 WinCC簡介

工業監控組態軟件(windows control center，WinCC)[7]是一個集成的人機界面(HMI)系統和監控管理(SCADA)系統，它是結合西門子公司在過程自動化領域中的先進技術和微軟公司強大軟件功能的產物。WinCC是Windows環境下面向對象的工業監控組態軟件，它適合任何自動化控制系統。

WinCC組態軟件集成了圖形技術、人機界面技術、數據庫技術、控制技術、網絡與通信技術等，使控制系統開發人員不必依靠某種具體專業的計算機語言，只需通過可視化的組態方式，就可以完成監控軟件設計，降低了監控畫面開發的難度。組態軟件擁有豐富的工具箱、圖形庫和操作向導，使開發人員避免了軟件設計中許多重復性的開發工作，可提高開發效率，縮短開發周期，WinCC已經成為監控系統主要的軟件開發工具之一。

2 STEP 7編程與仿真

2.1 STEP 7編程

為了實現PLC的某一功能，需要用編程軟件進行程序設計。本文采用西門子S7-300 PLC，實現某一構件的運行時間記錄[8]，用STEP 7進行編程。文獻[9]中介紹了STEP 7的使用方法。

(1) 打開【SIMATIC Manager】，創建一個新項目，而后按實際需求進行硬件組態。硬件組態是STEP 7軟件的一項重要功能，它就是模擬真實的PLC硬件系統，將CPU、電源和信號模塊等設備安裝到相應的機架上，并對PLC硬件模塊的參數進行設置和修改的過程。

(2) 編寫程序。為了實現運行時間記錄，并使該程序具有移植性，需要添加FB塊。在FB1塊編寫:當開關1開啟時，啟動定時器進行定時，定時1 s后，計數器開始計時;當秒計數器計時到60后，啟動分計數器開始計時;當分計數器計時到60后，啟動時計數器開始計時;當開關2開啟時，時，分，秒全部清零。然后在DB1數據塊里定義定時時間為1 s，最后在OB1主程序編寫調用FB1塊，輸入為開關1，2，輸出為模擬量時、分、秒。

2.2 PLCSIM仿真

程序編好后，可以用仿真軟件PLCSIM進行調試了，首先設置PG/PC接口。在【Set PG/PC Interface】中，將接口參數選擇為【None】。然后在【SIMATIC Manager】中，單擊工具欄上的按鈕，即可啟動PLCSIM。啟動PLCSIM后，初始界面中有一個【CPU】窗口，它模擬了CPU的面板，具有狀態指示燈和模式選擇開關。接著在界面中加入輸入變量、輸出變量和定時器窗口，如圖2所示。

最后點擊【SIMATIC Manager】中左邊窗口下的【Blocks】圖標，將OB1、FB1、DB1分別進行下載。將模式選擇開關打到RUN上，直到RUN狀態指示燈變為綠色，且其他狀態指示燈正常時，將輸入【IB 0】下選擇框的第0位選上，即IB0.0有數字量信號的輸入，然后就能看到有模擬量輸出。PLCSIM運行界面如圖1所示，可知該運行時間的程序是正確的。

同時在PLCSIM運行時，可以在STEP 7程序編輯器中，單擊工具欄按鈕，進入監視狀態。在變量位置上會顯示該變量的當前值，監視程序狀態圖如圖2所示。

圖1 PLCSIM運行界面

圖2 程序狀態圖監視

3 與WinCC的連接

3.1 建立OS站

在【SIMATIC Manager】的左邊窗口點擊右鍵，插入一個SIMATIC PC Station，點擊【SIMATIC PC Station(1)】圖標，在右邊窗口有一個Hardware圖標，雙擊【Hardware】圖標，按實際需求進行硬件組態。完成組態后會在【SIMATIC Manager】左邊窗口會看到建立的OS站。

3.2 編譯OS站

在STEP 7中建立OS站的優點在于STEP 7中建立的變量能直接傳給WinCC，節省了在WinCC中建立變量的時間，避免了變量的錯誤。

打開STEP 7中已定義的變量符號表(Symbols)，選擇要傳送給WinCC的變量，右擊變量，在快捷菜單中選擇Special Object Properties>Operator and Monitoring 命令。在接下來的對話框中選中Operator and Monitoring復選框，則要傳送的變量前就出現一個綠色小旗。

然后，右擊[ SIMATIC Manager] 左邊窗口的OS(1)站，在彈出的快捷菜單中選擇Compile，接著點擊Next按鈕，在最后一個界面中點擊Compile按鈕。

編譯好之后，雙擊OS(1)站，打開WinCC項目，選中左邊窗口下的Tag Management>SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE，點擊【PROFIBUS】圖標，可以看到一個握手標志，名為S7MYMProgram(1)，在右邊窗口顯示的是STEP 7傳送給WinCC的變量，如圖3所示。

圖3 WinCC項目

3.3 運行WinCC

在WinCC圖形編輯器中編輯某一構建運行時間顯示的畫面，在畫面上添加一個啟動開關，一個復位開關，記錄運行時間的3個I/O Field以及幾個靜態文本，按文獻[10]的介紹編輯好畫面。保存圖形后，點擊圖形編輯器工具欄上的激活按鈕，即可運行WinCC項目。在STEP 7中設置PG/PC接口，在【Set PG/PC Interface】中將接口參數選擇為【PC Adapter(MPI)】，在PLCSIM中打開IB0.0，運行界面如圖4所示，可以看到WinCC畫面的輸出值與PLCSIM中的變量值一致。

圖4 WinCC運行界面

4 結 語

采用仿真軟件PLCSIM模擬調試了STEP 7中的程序，并建立了與WinCC的連接。用實際硬件進行驗證，運行結果與仿真結果完全一致。可見仿真軟件PLCSIM能實現程序的在線調試，與WinCC的連接提高了可視性。并且在STEP 7中建立OS站減少了WinCC的變量編輯，節省了時間。

參考文獻

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[10]Siemens AG. WinCC V6 getting started[M]. Germany: Siemens， 2007.