PLCSIM软件在西门子PLC实践教学中的应用

王 超 朱 超 刘 红

（1，2，3.昌吉学院物理系 新疆 昌吉 831100）

0 引言

目前，多数高校PLC课程基本采用的是先讲理论后实验的教学方式，其实验主要采用的是实验箱来完成，由于实验箱硬件电路固定，难以有更多的扩展和创新，实验教学多停留在实验项目的验证上，加上受到客观条件的限制，比如实验学时、实验设备成本等，这些都制约了PLC课程实践教学的质量，久而久之便产生了思维上的惰性，实验教学变成了应付差事，将PLCSIM仿真软件引入到PLC实践课程中，由于采用的是虚拟PLC设备，再加上多种调试手段，可极大的解决上述问题。

1 PLCSIM简介

S7-PLCSIM是西门子公司开发的可编程控制器模拟软件，它在STEP7集成状态下实现无硬件模拟，可以替代西门子硬件PLC的仿真软件，也可以与WinCC flexible一同集成与STEP7环境下实现上位机监控模拟。具有模拟PLC的寄存器、对硬件进行诊断、对变量进行监控和对程序进行调试等功能［1］。

PLCSIM可以模拟一个S7控制器，并且具有以下资源如表1所示。

表1 PLCSIM软件资源

使用PLCSIM具有如下优点：

（1）在PG/PC上进行不依赖于硬件的S7程序测试

（2）在程序开发早期消除错误

（3）降低开发成本，加速开发进程，提高程序质量

（4）适用于LAD，FBD，STL，S7-GRAPH，S7-HiGraph，S7-SCL，CFC，S7-PDIAG，WinCC

2 仿真举例

以西门子S7-300控制电机为例，详细介绍PLCSIM仿真软件的应用。

2.1 控制要求及控制线路图

2.1.1 控制要求

采用3个按钮分别控制电机连续正转、反转和停转，采用热继电器对电动机进行过载保护，具有软硬件正反连锁功能。

2.1.2 I/O端子分配

根据控制要求，对PLC的输入、输出点进行分配，分配表如表2所示。

表2 I/O端子分配

2.1.3 控制线路图

S7-300属于模块式结构，组建应用系统要使用多个模块，在绘制系统控制线路时，可不使用具体的模块，但要将一些关键部分（输入端子、输出端子及电源类型）表示出来。图1中的S7-300PLC相当于电源模块、CPU模块、数字量输入输出模块的组合体。

图1 控制线路图

2.2 硬件组态和软件编程

2.2.1 新建项目：启动SIMATIC Manager，利用“新建项目”向导建立一个“电机控制”的项目。

2.2.2 组态（配置机架）：在“电机控制”项目中单击“SIMATIC 300站点”，双击“硬件”，启动硬件组态工具“HW Config”，选择合适模块配置一个电机控制的S7-300机架，之后配置电源模块、输入、输入模块等。

2.2.3 软件编程：在SIMATIC Manager的“电机控制”的项目中，双击OB1启动程序编辑器，在STEP7编程软件中，具体的程序是写在块中，各种块有机组合就构成了用户程序，块是一些独立的程序或者数据单元，STEP7中的块有：组织块（OB）、功能块（FB）、系统功能块（SFB）、功能（FC）、系统功能（SFC）、背景数据块（DI）和共享数据块（DB）［2-3］。

2.3 软硬件调试过程

2.3.1 PLCSIM的常用对象

PLCSIM是STEP7的一个仿真组建，在仿真时可以将它当做是一个S7-300400的硬件系统，它包括一个CPU对象框（有SF、DP、DC、RUN、STOP5个指示灯和RUN-P、RUN、STOP三个运行模式选择项）、输入继电器IB、输出继电器QB、辅助继电器MB、定时器T、计数器C等对象框，如图2所示。

图2 PLCSIM常用对象

2.3.2 基本的操作过程仿真

选中OB1程序，单击右键，选择“PLC”下载命令，即可把选中的OB1程序下载到PLCSIM中。基本操作过程仿真简单易行，给程序一定的输入条件（比如将某输入继电器置1），再查看在该输入条件下，程序运行后的输出结果（如输出继电器的状态），从而判断程序是否符合要求。

在IB0对象框内将I0.0置1（即将位0选中），相当于让OB1程序中的I0.0常开触点闭合，然后在CPU对象框中将运行模式由STOP切换到RUN，会发现QB0对象框中的Q0.0状态马上变为1，相当于Q0.0线圈得电，仿真运行结果如图3所示

图3 基本的操作过程仿真

2.3.3 带符号地址的程序仿真

带符号地址的程序仿真比较直观，在仿真时，变量对象框出现编程时定义的符号地址，易于观察结果和状态变化情况。带符号地址的程序仿真前，首先应在SIMATIC Manager项目窗口中建立符号表，切换到PLCSIM中，单击工具栏上的插入垂直位按钮，插入垂直变量对象框，分别输入变量名IB0和QB0，执行菜单命令“工具”“选项”“连接符号”，选中符号后，即将符号表中定义的符号地址与程序中的原件连接对应起来［4-5］。

图4 带符号地址的程序仿真

将CPU的工作模式切换到RUN模式看，在IB0对象框中奖IB0对象框中的I0.1（反转）置1，会发现QB0对象框中的Q0.0（电机反转）状态马上变为1，当过载保护有效时，电机反转的状态马上变为0，可实时模拟程序的运行情况。仿真运行过程如图4所示。

2.3.4 在线监视程序仿真

在线监视程序仿真可以了解程序的运行情况和运行结果，将程序下载到PLCSIM中，在程序编辑器中执行监视命令，即可让程序编辑器与PLCSIM模拟的PLC建立联系通道，在PLCSIM中设定输入条件，就可以在编辑器中观察程序的运行过程，在仿真中看到程序的运行结果。

图5 在线监视程序仿真

将IB0对象框中的I0.0状态置1，QB0对象框中的Q0.0状态马上变为1，同时程序编辑器的程序段1梯形图中的虚线变为绿色实线常开触点和线圈都变为绿色，表示有能流流过它们，程序段2中没有能流流过，变为虚线（表示断开）。仿真运行过程如图5所示。

3 结束语

将PLCSIM仿真软件引入到PLC课程实践教学中，能够做到边设计、边实验。该软件把传统的仿真、调试集成在一个软件环境下，实验成本底，速度快，借助仿真软件提供的多个观察对象可实时观察程序的运行过程，而且修改也非常方便，突破了实验箱教学中的实验内容固定不变的局限，可极大的提高学生学习的积极性。

［1］蔡杏山.图解西门子S7-300技术［M］.化学工业出版社，2013.

［2］罗启泷.基于PLCSIM的电极升降控制系统仿真［J］.中国科技信息，2013，（12）：163-165.

［3］虎鑫，虎恩典，李亚荣.基于西门子STEP7及PLCSIM的浮选机液位控制及其仿真［J］.矿山机械，2013，41（6）:84-88.

［4］王宏，王子成，崔光照.基于组态软件的PLC电梯控制和仿真研究［J］.制造业自动化，2013，35（1）:109-112.

［5］王斌.S7-PLCSIM在西门子S7-300/400PLC程序调试中的应用［J］.科技风，2014（3）:72-74.

［6］王君辉，尹敏.仿真软件S7-PLCSIM在磨床数控化改造中的应用［J］.轴承，2010，（10）:45-49.