王 超 朱 超 劉 紅

（1，2，3.昌吉學(xué)院物理系 新疆 昌吉 831100）

0 引言

目前，多數(shù)高校PLC課程基本采用的是先講理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，其實(shí)驗(yàn)主要采用的是實(shí)驗(yàn)箱來完成，由于實(shí)驗(yàn)箱硬件電路固定，難以有更多的擴(kuò)展和創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)多停留在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的驗(yàn)證上，加上受到客觀條件的限制，比如實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本等，這些都制約了PLC課程實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，久而久之便產(chǎn)生了思維上的惰性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)變成了應(yīng)付差事，將PLCSIM仿真軟件引入到PLC實(shí)踐課程中，由于采用的是虛擬PLC設(shè)備，再加上多種調(diào)試手段，可極大的解決上述問題。

1 PLCSIM簡介

S7-PLCSIM是西門子公司開發(fā)的可編程控制器模擬軟件，它在STEP7集成狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)無硬件模擬，可以替代西門子硬件PLC的仿真軟件，也可以與WinCC flexible一同集成與STEP7環(huán)境下實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控模擬。具有模擬PLC的寄存器、對硬件進(jìn)行診斷、對變量進(jìn)行監(jiān)控和對程序進(jìn)行調(diào)試等功能［1］。

PLCSIM可以模擬一個(gè)S7控制器，并且具有以下資源如表1所示。

表1 PLCSIM軟件資源

使用PLCSIM具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在PG/PC上進(jìn)行不依賴于硬件的S7程序測試

（2）在程序開發(fā)早期消除錯(cuò)誤

（3）降低開發(fā)成本，加速開發(fā)進(jìn)程，提高程序質(zhì)量

（4）適用于LAD，F(xiàn)BD，STL，S7-GRAPH，S7-HiGraph，S7-SCL，CFC，S7-PDIAG，WinCC

2 仿真舉例

以西門子S7-300控制電機(jī)為例，詳細(xì)介紹PLCSIM仿真軟件的應(yīng)用。

2.1 控制要求及控制線路圖

2.1.1 控制要求

采用3個(gè)按鈕分別控制電機(jī)連續(xù)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，采用熱繼電器對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，具有軟硬件正反連鎖功能。

2.1.2 I/O端子分配

根據(jù)控制要求，對PLC的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行分配，分配表如表2所示。

表2 I/O端子分配

2.1.3 控制線路圖

S7-300屬于模塊式結(jié)構(gòu)，組建應(yīng)用系統(tǒng)要使用多個(gè)模塊，在繪制系統(tǒng)控制線路時(shí)，可不使用具體的模塊，但要將一些關(guān)鍵部分（輸入端子、輸出端子及電源類型）表示出來。圖1中的S7-300PLC相當(dāng)于電源模塊、CPU模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊的組合體。

圖1 控制線路圖

2.2 硬件組態(tài)和軟件編程

2.2.1 新建項(xiàng)目：啟動(dòng)SIMATIC Manager，利用“新建項(xiàng)目”向?qū)Ы⒁粋€(gè)“電機(jī)控制”的項(xiàng)目。

2.2.2 組態(tài)（配置機(jī)架）：在“電機(jī)控制”項(xiàng)目中單擊“SIMATIC 300站點(diǎn)”，雙擊“硬件”，啟動(dòng)硬件組態(tài)工具“HW Config”，選擇合適模塊配置一個(gè)電機(jī)控制的S7-300機(jī)架，之后配置電源模塊、輸入、輸入模塊等。

2.2.3 軟件編程：在SIMATIC Manager的“電機(jī)控制”的項(xiàng)目中，雙擊OB1啟動(dòng)程序編輯器，在STEP7編程軟件中，具體的程序是寫在塊中，各種塊有機(jī)組合就構(gòu)成了用戶程序，塊是一些獨(dú)立的程序或者數(shù)據(jù)單元，STEP7中的塊有：組織塊（OB）、功能塊（FB）、系統(tǒng)功能塊（SFB）、功能（FC）、系統(tǒng)功能（SFC）、背景數(shù)據(jù)塊（DI）和共享數(shù)據(jù)塊（DB）［2-3］。

2.3 軟硬件調(diào)試過程

2.3.1 PLCSIM的常用對象

PLCSIM是STEP7的一個(gè)仿真組建，在仿真時(shí)可以將它當(dāng)做是一個(gè)S7-300400的硬件系統(tǒng)，它包括一個(gè)CPU對象框（有SF、DP、DC、RUN、STOP5個(gè)指示燈和RUN-P、RUN、STOP三個(gè)運(yùn)行模式選擇項(xiàng)）、輸入繼電器IB、輸出繼電器QB、輔助繼電器MB、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C等對象框，如圖2所示。

圖2 PLCSIM常用對象

2.3.2 基本的操作過程仿真

選中OB1程序，單擊右鍵，選擇“PLC”下載命令，即可把選中的OB1程序下載到PLCSIM中。基本操作過程仿真簡單易行，給程序一定的輸入條件（比如將某輸入繼電器置1），再查看在該輸入條件下，程序運(yùn)行后的輸出結(jié)果（如輸出繼電器的狀態(tài)），從而判斷程序是否符合要求。

在IB0對象框內(nèi)將I0.0置1（即將位0選中），相當(dāng)于讓OB1程序中的I0.0常開觸點(diǎn)閉合，然后在CPU對象框中將運(yùn)行模式由STOP切換到RUN，會(huì)發(fā)現(xiàn)QB0對象框中的Q0.0狀態(tài)馬上變?yōu)?，相當(dāng)于Q0.0線圈得電，仿真運(yùn)行結(jié)果如圖3所示

圖3 基本的操作過程仿真

2.3.3 帶符號(hào)地址的程序仿真

帶符號(hào)地址的程序仿真比較直觀，在仿真時(shí)，變量對象框出現(xiàn)編程時(shí)定義的符號(hào)地址，易于觀察結(jié)果和狀態(tài)變化情況。帶符號(hào)地址的程序仿真前，首先應(yīng)在SIMATIC Manager項(xiàng)目窗口中建立符號(hào)表，切換到PLCSIM中，單擊工具欄上的插入垂直位按鈕，插入垂直變量對象框，分別輸入變量名IB0和QB0，執(zhí)行菜單命令“工具”“選項(xiàng)”“連接符號(hào)”，選中符號(hào)后，即將符號(hào)表中定義的符號(hào)地址與程序中的原件連接對應(yīng)起來［4-5］。

圖4 帶符號(hào)地址的程序仿真

將CPU的工作模式切換到RUN模式看，在IB0對象框中獎(jiǎng)IB0對象框中的I0.1（反轉(zhuǎn)）置1，會(huì)發(fā)現(xiàn)QB0對象框中的Q0.0（電機(jī)反轉(zhuǎn)）狀態(tài)馬上變?yōu)?，當(dāng)過載保護(hù)有效時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)馬上變?yōu)?，可實(shí)時(shí)模擬程序的運(yùn)行情況。仿真運(yùn)行過程如圖4所示。

2.3.4 在線監(jiān)視程序仿真

在線監(jiān)視程序仿真可以了解程序的運(yùn)行情況和運(yùn)行結(jié)果，將程序下載到PLCSIM中，在程序編輯器中執(zhí)行監(jiān)視命令，即可讓程序編輯器與PLCSIM模擬的PLC建立聯(lián)系通道，在PLCSIM中設(shè)定輸入條件，就可以在編輯器中觀察程序的運(yùn)行過程，在仿真中看到程序的運(yùn)行結(jié)果。

圖5 在線監(jiān)視程序仿真

將IB0對象框中的I0.0狀態(tài)置1，QB0對象框中的Q0.0狀態(tài)馬上變?yōu)?，同時(shí)程序編輯器的程序段1梯形圖中的虛線變?yōu)榫G色實(shí)線常開觸點(diǎn)和線圈都變?yōu)榫G色，表示有能流流過它們，程序段2中沒有能流流過，變?yōu)樘摼€（表示斷開）。仿真運(yùn)行過程如圖5所示。

3 結(jié)束語

將PLCSIM仿真軟件引入到PLC課程實(shí)踐教學(xué)中，能夠做到邊設(shè)計(jì)、邊實(shí)驗(yàn)。該軟件把傳統(tǒng)的仿真、調(diào)試集成在一個(gè)軟件環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)成本底，速度快，借助仿真軟件提供的多個(gè)觀察對象可實(shí)時(shí)觀察程序的運(yùn)行過程，而且修改也非常方便，突破了實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定不變的局限，可極大的提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

［1］蔡杏山.圖解西門子S7-300技術(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［2］羅啟瀧.基于PLCSIM的電極升降控制系統(tǒng)仿真［J］.中國科技信息，2013，（12）：163-165.

［3］虎鑫，虎恩典，李亞榮.基于西門子STEP7及PLCSIM的浮選機(jī)液位控制及其仿真［J］.礦山機(jī)械，2013，41（6）:84-88.

［4］王宏，王子成，崔光照.基于組態(tài)軟件的PLC電梯控制和仿真研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2013，35（1）:109-112.

［5］王斌.S7-PLCSIM在西門子S7-300/400PLC程序調(diào)試中的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2014（3）:72-74.

［6］王君輝，尹敏.仿真軟件S7-PLCSIM在磨床數(shù)控化改造中的應(yīng)用［J］.軸承，2010，（10）:45-49.