S7-PLCSIM仿真軟件在選煤廠PLC程序調試中的應用

董 威

(1.中國煤炭科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063000； 2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

S7-PLCSIM仿真軟件在選煤廠PLC程序調試中的應用

董 威1，2

(1.中國煤炭科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063000； 2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

通過示例程序，介紹了如何利用STEP 7仿真軟件S7-PLCSIM實現選煤廠上位機組態軟件和PLC程序、PLC硬件、現場設備和儀器儀表的仿真調試,并列舉出了一個模擬仿真調試。

仿真調試；PLC；S7-PLCSIM；WinCC；下位機；上位機

目前，國內外以PLC為基本控制平臺的選煤廠自動化控制系統自動化程序主要分為上位機程序(人-機界面)與下位機程序(控制程序)。在生產調試過程中，一般需要兩部分程序都設計完成后，再連接實際的PLC硬件與控制設備進行整體調試。但在幾種情況下則先需要對程序進行仿真調試，如：①對新程序進行測試，以確定其是否可以實現預期的控制效果；②程序設計好以后，PLC硬件尚未購回或未裝配完成，需對程序正確性進行驗證；③直接在現場調試某些設備的啟停存在一定風險，容易發生事故。

為了解決這些問題，一些PLC生產廠家提供了可以代替PLC硬件進行調試的仿真軟件，如西門子公司的S7-PLCSIM軟件。該軟件通過對西門子PLC數字量I/O、模擬量I/O的仿真，將上位機與下位機相結合，可較好地完成對選煤廠控制系統的整體仿真調試[1]。

1 S7-PLCSIM的主要功能

S7-PLCSIM能夠模擬西門子PLC的硬件環境，進行在線程序調試,檢驗程序正確性。其主要功能有：

(1)模擬PLC硬件，對S7-300/400PLC的程序在不同的硬件組態、網絡組態下進行編譯和下載，可以模擬對PLC的CPU進行上電/斷電、啟動/停止、清除/復位等操作。

(2)模擬對位存儲器、外圍輸入變量區和輸出變量區的操作,以及對存儲在數據塊中的數據進行讀/寫。

(3)實現對累加器、寄存器、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。

(4)在PLCSIM中仿真的PLC(包括硬件與程序)和調試使用的輸入/輸出變量、定時器等窗口可分別保存，有利于調試大型復雜程序。

(5)能夠記錄一系列操作事件及回放記錄,從而自動測試程序。

2 PLC程序與WINCC程序

仿真調試一般情況下針對的是項目實際應用的程序，為了便于說明，這里以變頻電機及其冷卻風扇的控制作為案例，對PLC程序與WINCC畫面進行編寫。

2.1 下位機的硬件組態及程序編寫

下位機硬件組態包括所需仿真的模塊，即數字量I/O和模擬量I/O模塊。CPU模塊型號為CPU 315-2DP，電源模塊型號為PS 307 5A，通信模塊型號為CP 343-1，以TCP/IP方式進行仿真通信，如圖1所示[2]。

圖1 下位機硬件組態及通信Fig.1 Hardware configuration and communication of lower computer

由于控制對象為變頻電機及其冷卻風扇，因此在功能FC1內對其進行編程，在主循環程序OB1中運行FC1[3]。具體如下：①控制電機。“啟動電機”按鈕(M0.0)有置位脈沖時，PLC內電機啟動DO(Q8.0)置位，電機控制回路閉合；閉合后，由控制回路返回一個DI(I4.0)置位信號，該信號即為電機運行信號；“停止電機”按鈕(M0.1)有置位脈沖或S7-PLCSIM模擬的電機故障DI、風扇故障DI任一置位時，PLC內電機啟動DO(Q8.0)復位，控制回路斷開，運行DI(I4.0)信號復位，即電機處于停止狀態；②控制風扇。電機一旦運行，風扇自動運行，即電機運行DI(I4.0) 置位則風扇啟動DO(Q8.1)置位，風扇控制回路閉合；閉合后，由控制回路返回一個DI(I4.2)置位信號，該信號即為風扇運行狀態信號；電機一旦由運行狀態變為停止狀態，則風扇在電機停止后延時4s自動停止，即風扇啟動DO(Q8.1)復位。③控制頻率。主要是給定電機(變頻器)頻率，采集當前頻率反饋值。

2.2 上位機通信選擇及人-機界面編程

在通信設置及變量建立時，首先需在上位機WinCC軟件中新建項目，在項目管理器左側選擇變量管理，右鍵選擇“屬性”，選擇“添加新的驅動程序”，然后在對話框中選擇“SIMATIC S7 Protocol Suite.chn”[4]，在“變量管理”下拉列表中選擇“SIMATIC S7 Protocol Suite”下的“TCP/IP”通信方式，并建立新驅動程序的連接，并在該連接下建立上位機程序的相關變量，如圖2所示。當應用WinCC參與模擬仿真時，需設置TCP/IP通道的邏輯設備名稱，在項目管理器變量管理中，選擇SIMATIC S7 Protocol Suite下的“TCP/IP”通信方式，右鍵選擇“系統參數”，選擇對話框中的“單元”，邏輯設備名稱選擇“PLCSIM(RFC 1006)”，即與SIMATIC Manager中PG/PC接口選擇相一致[5]。

圖2 上位機通信方式選擇及變量建立Fig.2 Communication selection and variable to establish for upper computer

在圖形編輯器中新建畫面，作為仿真模擬程序的人-機界面，包括電機的啟動、停止按鈕，電機的狀態顯示，風扇的狀態顯示，頻率的給定、反饋以及動畫等[6]，如圖3所示。完成后，運行WinCC程序，如此時上位機與仿真的PLC程序連接正常，則可進行全系統的模擬仿真操作。

3 S7-PLCSIM的仿真調試

3.1 在線運行S7-PLCSIM

在線運行S7-PLCSIM步驟如下：

(1)PG/PC接口設置。在SIMATIC Manager上方菜單中選擇選項中的“設置PG/PC接口”，在對話框中選擇“PLCSIM(TCP/IP)接口”[7]。

(2)運行S7-PLCSIM。在SIMATIC Manager上方菜單中選擇選項中“模塊仿真”，即可打開S7-PLCSIM，選擇S7-PLCSIM中的“Select CPU access node”，點擊OK確定，選擇Ethernet(1)adr:IP:192.168.0.1，即硬件組態中通信模塊CP 343-1所設置的IP地址[8]。仿真模擬通信成功后，即可對S7-PLCSIM進行PLC的仿真在線運行、程序的下載、程序段的監視、對變量值的修改等操作。通過對DI/DO、AI/AO等的模擬，實現仿真項目程序在實際現場中的調試。

圖3 仿真程序的人-機界面Fig.3 Man-machine interface of simulated program

(3)對程序進行仿真調試。調試編寫編譯正常后，運行S7-PLCSIM與WinCC程序，打開SIMATIC Manager中的FC1，對其中的程序進行在線監視，如圖4所示[9]。

圖4 三軟件同時運行界面Fig.4 Three software in simultaneous operation

3.2 模擬仿真調試舉例

對一模擬仿真調試進行具體操作的步驟為：

(1)點擊WinCC中“啟動電機”按鈕，FC1塊中電機控制程序段電機啟動DO(Q8.0)應置位；點擊WinCC中“停止電機”按鈕，FC1塊中電機啟動DO(Q8.0)應復位。

(2)在S7-PLCSIM仿真軟件中，將S7-PLCSIM中電機運行DI(I4.0)強行置位，FC1塊中風扇啟動DO(Q8.1)應置位，同時WinCC中應顯示電機處于運行狀態；將S7-PLCSIM中電機運行DI(I4.0)強行復位，FC1塊中風扇啟動DO(Q8.1)應延時4 s后復位，WinCC中應顯示電機處于停止狀態。

(3)將S7-PLCSIM中電機故障DI(I4.1)或風扇故障DI(I4.3)強行置位，FC1塊中電機啟動DO(Q8.0)應復位，WinCC中應顯示電機或風扇處于故障狀態。

(4)將WinCC中的給定頻率輸入一定數值(0～50之間)，需檢查監控FC1塊中給定頻率程序段是否運行正常；將S7-PLCSIM中頻率反饋AI(PIW304)強行給定數值，需查看監控FC1中頻率反饋程序段是否得到此數值，WinCC中頻率反饋是否顯示正常。

4 結語

目前國內選煤廠設計能力越來越大，需要集中控制的設備、儀器和儀表也隨之增多，使選煤廠集中控制程序越來越復雜，以致于在調試中容易出現各種各樣的問題。如果程序的調試主要在現場進行，則可能調試條件、調試時間均不滿足，甚至在調試中發生危險，對生產和人身安全造成危害，后果非常嚴重。S7-PLCSIM軟件可很好地模擬西門子PLC的硬件環境，利用仿真手段，最大限度地模擬整個集控系統對設備的控制，以檢測程序是否正常，便于提早發現上位機與下位機程序存在的問題并及時改正，從而縮短現場調試時間，節約人力、物力與財力，并減少事故發生的幾率。

[1] 關朝旺,廖常初.西門子S7-PLCSIM仿真軟件的應用[J].電工技術,2004(1):64-65.

[2] 邱祥龍.利用PLCSIM實現STEP7的在線調試并與WINCC的連接監控 [J].PLC、工控機與集散控制系統,2006(6):46-48.

[3] 李田科,李 梅.模擬S7-300PLC運行的西門子S7-PLCSIM仿真軟件[J].PLC、工控機與集散控制系統,2005(6):51.

[4] 馬小平. SIEMENS S7-PLCSIM仿真軟件的應用[J]. 重工與起重技術,2007(3):26-27.

[5] 西門子自動化與驅動集團.深入淺出西門子S7-300 PLC [M],北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[6] 西門子自動化與驅動集團.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社,2005.

[7] 余 丹,于建順.STEP7模擬調試及實現與WinCC連接的仿真[J].現代電子技術,2010(14):82-83.

[8] 王君輝,尹 敏.仿真軟件S7-PLCSIM在磨床數控化改造中的應用[J].軸承,2010(12):15-18.

[9] 羅啟瀧.基于PLCSIM的電極升降控制系統仿真 [J].中國科技信息,2013(12):163-164.

Application of simulation software S7-PLCSIM in program debugging of PLC

DONG Wei1,2

(1. China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co,Ltd.,Tangshan,Hebei 063000,China; 2. Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province,Tangshan，Hebei 063012,China)

The method using simulation software S7-PLCSIM of STEP 7 to realize simulation debugging between upper computer configuration software or PLC and PLC hardware,equipment or instrument,is introduced by typical example,and then an analog simulation debugging is given.

simulation debugging; PLC; S7-PLCSIM; WinCC; lower computer; upper computer

1001-3571(2015)02-0074-03

TD948.9

A

2014-12-08

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.021

董 威(1986—)，男，遼寧省錦州市人，助理工程師，從事選煤廠自動化控制系統設計工作。

E-mail：td_automation@126.com Tel：0315-7759643