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【摘要】本文主要介绍了西门子公司的工控组态软件WinCC和西门子PLCSIM软件在一种采油检测装置监控系统的仿真模拟。由于400系列PLC硬件价格较高，具体的控制对象的特殊性，终端客户需要提前做好仿真，从而避免造成损失。本文采用仿真软件配合使用，实现S7-400PLCSIM与工控组态软件WinCC仿真通讯，从而实现系统模拟仿真。
【关键词】组态软件；WinCC；S7 400；PLCSIM；
1.引言
组态软件WinCC是数据采集监控系统SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。它具有丰富的设置选项，使用方式灵活，功能强大。[1] S7-PLCSIM软件和西门子WinCC组态软件的调试方法是在本人访学期间模拟仿真一种采油检测装置的部分监测控制系统进行的设计和模拟仿真，从自动监控系统的软硬件配置，到WinCC和PLCSIM的连接，之后进行了模拟仿真运行，并对利用组态软件WinCC设计自动监控程序的方法以及开发过程中遇到的问题和解决途径进行了研究。
配置：Step7v5.5_cn PLCSIM_V5.4_SP5 SIMATIC WinCC V7.0 sp2
2.控制系统总体设计
测试单元原理图和总体思路如图1所示。通过上位机和组态软件控制PLC和数据采集系统，从而进行数据采集和逻辑控制。按照具体要求编制梯形图和图形界面。
3.S7和PLCSIM
西门子公司开发的S7-PLCSIM是可编程控制器模拟软件，S7-PLCSIM在Step7集成状态下能够实现模拟运行，也可以与组态软件WinCC一同集成与Step7环境下实现上位机监控模拟。S7-PLCSIM不连接CPU实物也可以仿真运行，能够支持32位的Windows 7操作系统。S7-PLCSIM仿真软件可通过仿真窗口模拟PLC的输入/输出存储区，改变输入变量ON/OFF状态、控制程序运行，监视程序运行结果。程序模拟运行过程中，可实现定時器、计数器的监视与修改，可对位存储器（M）、外设输入/输出（PI/PQ）变量区以及存在数据块中的数据进行读/写操作。与实际PLC一样，S7-PLCSIM可以使用变量表和程序状态等方法来监视和修改变量。此外，S7-PLCSIM仿真软件可以对大部分组织块（OB）、系统功能块（SFB）和系统功能（SFC）仿真，包括对许多中断事件和错误事件仿真。此外，S7-PLCSIM用仿真PLC来模拟实际PLC的运行，用户程序的调试是通过视图对象来进行的。CPU视图对象可以在打开PLCSIM窗口时自动生成，其他视图对象在仿真PLC窗口中根据需要通过Insert菜单生成。由于西门子400系列PLC硬件需要用户根据需要配置。根据要求选取的个模块如下（表1）所示：
序号 模块名称
1 中央机架CR 槽盖板
2 PS 407 10A 0KA02
3 CPU417-4
4 SM 421 32输入24VDC
5 SM 422 32输出24VDC0.5A
6 SM 431 16输入 16位 隔离
7 CP443-1
8 IM460-0
9 IM461-0
10 扩展机架UR2
11 终端电阻
表1 西门子PLC400选择的硬件配置
4.Wincc与PLCSIM通讯实现的具体步骤
4.1通讯组态连接
1）使用STEP7编程软件能够通过PLCSIM正常仿真程序。在此不多叙述。
2）添加驱动程序和系统参数设置：
打开WINCC工程在Tag Management->SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE->MPI右键单击MPI，在弹出菜单中点击System Parameter，弹出System Parameter-MPI对话框，选择Unit标签，查看Logic device name（逻辑设备名称）。默认安装后，逻辑设备名为MPI。
在MPI下面新建变量：
MPI->新建变量（右键）->连接属性->属性->连接参数MPI
3）添加通道与连接设置
添加驱动连接，设置参数。打开WINCC工程在Tag Management->SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE->MPI，右键单击MPI，在下拉菜单中，点击New Driver Connection，在弹出的Connection properties对话框中点击Properties按钮，弹出Connection Parameter-MPI属性对话框。
4）重要的参数设置如下：
Station Address：表示MPI端口地址；
Rack Number：表示CPU所处的机架号，除了特殊复杂使用的情况下，一般填入0；
Slot Number：表示CPU所处的槽号，S7-400的PLC，要根据STEP7项目中的Hardware软件查看PLC插在第几号槽内，不能根据经验和物理安装位置来随便填写，可能的参数为2、3、4（主要是依据电源的大小来决定）否则通讯不能建立。
5）连接测试与通讯诊断
通过WinCC工具中的通道诊断程序WinCC Channel Diagnosis即可测试通讯是否建立。注意：此时PLC必须处于运行状态，PLCSIM要处于RUN-P或者RUN状态，WinCC须要激活运行才可以继续诊断，进入通道诊断工具，检测通讯是否成功建立。绿色的“√”表示通讯已经成功建立。
4.2组态界面
在此系统中，需要监控的信号较多，因此设备很难都显示在一张画面中，故此将设备按照处理工艺的功能步骤在多张画面内，画面之间实现切换用鼠标动作来实现。
下面介绍一下界面的组态方法：
首先组态主背景画面，其中包括要显示的静态文本、图形切换按钮及启动和停止等按钮。
其次，在主背景画面中插入智能对象画面窗口（Picture Window），并且使画面窗口尺寸与其分级画面相同。
最后，在相应切换按钮的鼠标动作事件中编写相应的动作。调试好画面和仿真动作。
4.3联机仿真
在完成上述步骤之后，在SIMATIC Manager软件中根据测试单元液控系统原理和控制系统设计图完成PLC400的程序输入。根据流程图进行PLC程序的编写。之后使用PLCSIM进行仿真。
5、结束语及致谢
使用WinCC和PLCSIM联机调试用户程序，不需要硬件连接，测试方便且安全性高；通过WinCC显示和PLCSIM的监测对用户程序进行调试和故障诊断，可以在程序开发阶段发现和排除错误，提高用户程序的质量从而降低实验的费用。此研究内容是在我访学过程中所做的工作。在访学中我深深被中国石油大学（华东）浓厚学风、教学及科研学术研究氛围所吸引，特别是石大机电工程学院机制实验室强大的学科优势，以及指导教师刘永红教授的教诲和鼓励，使我在进修和科研中受益良多，收获颇丰。在此也表示感谢。
【关键词】组态软件；WinCC；S7 400；PLCSIM；
1.引言
组态软件WinCC是数据采集监控系统SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。它具有丰富的设置选项，使用方式灵活，功能强大。[1] S7-PLCSIM软件和西门子WinCC组态软件的调试方法是在本人访学期间模拟仿真一种采油检测装置的部分监测控制系统进行的设计和模拟仿真，从自动监控系统的软硬件配置，到WinCC和PLCSIM的连接，之后进行了模拟仿真运行，并对利用组态软件WinCC设计自动监控程序的方法以及开发过程中遇到的问题和解决途径进行了研究。
配置：Step7v5.5_cn PLCSIM_V5.4_SP5 SIMATIC WinCC V7.0 sp2
2.控制系统总体设计
测试单元原理图和总体思路如图1所示。通过上位机和组态软件控制PLC和数据采集系统，从而进行数据采集和逻辑控制。按照具体要求编制梯形图和图形界面。
3.S7和PLCSIM
西门子公司开发的S7-PLCSIM是可编程控制器模拟软件，S7-PLCSIM在Step7集成状态下能够实现模拟运行，也可以与组态软件WinCC一同集成与Step7环境下实现上位机监控模拟。S7-PLCSIM不连接CPU实物也可以仿真运行，能够支持32位的Windows 7操作系统。S7-PLCSIM仿真软件可通过仿真窗口模拟PLC的输入/输出存储区，改变输入变量ON/OFF状态、控制程序运行，监视程序运行结果。程序模拟运行过程中，可实现定時器、计数器的监视与修改，可对位存储器（M）、外设输入/输出（PI/PQ）变量区以及存在数据块中的数据进行读/写操作。与实际PLC一样，S7-PLCSIM可以使用变量表和程序状态等方法来监视和修改变量。此外，S7-PLCSIM仿真软件可以对大部分组织块（OB）、系统功能块（SFB）和系统功能（SFC）仿真，包括对许多中断事件和错误事件仿真。此外，S7-PLCSIM用仿真PLC来模拟实际PLC的运行，用户程序的调试是通过视图对象来进行的。CPU视图对象可以在打开PLCSIM窗口时自动生成，其他视图对象在仿真PLC窗口中根据需要通过Insert菜单生成。由于西门子400系列PLC硬件需要用户根据需要配置。根据要求选取的个模块如下（表1）所示：
序号 模块名称
1 中央机架CR 槽盖板
2 PS 407 10A 0KA02
3 CPU417-4
4 SM 421 32输入24VDC
5 SM 422 32输出24VDC0.5A
6 SM 431 16输入 16位 隔离
7 CP443-1
8 IM460-0
9 IM461-0
10 扩展机架UR2
11 终端电阻
表1 西门子PLC400选择的硬件配置
4.Wincc与PLCSIM通讯实现的具体步骤
4.1通讯组态连接
1）使用STEP7编程软件能够通过PLCSIM正常仿真程序。在此不多叙述。
2）添加驱动程序和系统参数设置：
打开WINCC工程在Tag Management->SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE->MPI右键单击MPI，在弹出菜单中点击System Parameter，弹出System Parameter-MPI对话框，选择Unit标签，查看Logic device name（逻辑设备名称）。默认安装后，逻辑设备名为MPI。
在MPI下面新建变量：
MPI->新建变量（右键）->连接属性->属性->连接参数MPI
3）添加通道与连接设置
添加驱动连接，设置参数。打开WINCC工程在Tag Management->SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE->MPI，右键单击MPI，在下拉菜单中，点击New Driver Connection，在弹出的Connection properties对话框中点击Properties按钮，弹出Connection Parameter-MPI属性对话框。
4）重要的参数设置如下：
Station Address：表示MPI端口地址；
Rack Number：表示CPU所处的机架号，除了特殊复杂使用的情况下，一般填入0；
Slot Number：表示CPU所处的槽号，S7-400的PLC，要根据STEP7项目中的Hardware软件查看PLC插在第几号槽内，不能根据经验和物理安装位置来随便填写，可能的参数为2、3、4（主要是依据电源的大小来决定）否则通讯不能建立。
5）连接测试与通讯诊断
通过WinCC工具中的通道诊断程序WinCC Channel Diagnosis即可测试通讯是否建立。注意：此时PLC必须处于运行状态，PLCSIM要处于RUN-P或者RUN状态，WinCC须要激活运行才可以继续诊断，进入通道诊断工具，检测通讯是否成功建立。绿色的“√”表示通讯已经成功建立。
4.2组态界面
在此系统中，需要监控的信号较多，因此设备很难都显示在一张画面中，故此将设备按照处理工艺的功能步骤在多张画面内，画面之间实现切换用鼠标动作来实现。
下面介绍一下界面的组态方法：
首先组态主背景画面，其中包括要显示的静态文本、图形切换按钮及启动和停止等按钮。
其次，在主背景画面中插入智能对象画面窗口（Picture Window），并且使画面窗口尺寸与其分级画面相同。
最后，在相应切换按钮的鼠标动作事件中编写相应的动作。调试好画面和仿真动作。
4.3联机仿真
在完成上述步骤之后，在SIMATIC Manager软件中根据测试单元液控系统原理和控制系统设计图完成PLC400的程序输入。根据流程图进行PLC程序的编写。之后使用PLCSIM进行仿真。
5、结束语及致谢
使用WinCC和PLCSIM联机调试用户程序，不需要硬件连接，测试方便且安全性高；通过WinCC显示和PLCSIM的监测对用户程序进行调试和故障诊断，可以在程序开发阶段发现和排除错误，提高用户程序的质量从而降低实验的费用。此研究内容是在我访学过程中所做的工作。在访学中我深深被中国石油大学（华东）浓厚学风、教学及科研学术研究氛围所吸引，特别是石大机电工程学院机制实验室强大的学科优势，以及指导教师刘永红教授的教诲和鼓励，使我在进修和科研中受益良多，收获颇丰。在此也表示感谢。