2024年8月1日发(作者：翦曼衍)

输送台车西门子S5控制系统改造方案

摘要：本文通过太阳纸业某分公司涂布机输送台车S5控制系统改造的实践，

简要说明了S5系统升级为S7控制系统的思路和方法，从硬件的设计、安装和控

制线的布置，再到根据实际控制功能的要求，使用STEP7软件进行编程调试，最

后进行必要的优化以满足生产要求，实现精准控制。

关键词：S5控制系统改造 硬件组态 测试

1. 西门子plc控制系统发展历史

西门子SIMATIC系列PLC，诞生于1958年，经历了C3,S3,S5,S7系列，已发

展成为应用非常广泛的可编程控制器。1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际

上是带有简单操作接口的二进制控制器。1979年，SIMATIC S5取代S3系统，常

用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U。1994年，S7系列诞生，它具

有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，

其机型为：S7-200、300、400。1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出

PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界

面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网

络）及控调技术融为一体。之后西门子公司提出TIA（Totally Integrated

Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。

由最初发展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市场，停止生产，而S7系列

PLC发展成为了西门子自动化系统的控制核心，被广泛应用。

1. 西门子S7系统优势

2.1西门子S7系统备件充足，价格合理；而原西门子S5系统已无备件，既

便有，价格昂贵。所以新系统的投入大大降低了维护风险与成本。

2.2西门子S7系统配置结构更加清晰，更利于维护；操作界面按照新的要求

重新开发，生产线操作员使用起来将会更加方便。

2.3西门子S7系统不但能实现S5系统所有的功能，而且在运算速度、稳定

性、抗干扰、系统冗余方面都有很大提升，S5系统被更先进的自动化系统淘汰已

是大势所趋。

1. 输送台车S5系统的缺陷

本公司2017年为实现新旧动能转换，收购已破产的铜板纸机，该型输送台

车同时期一并被拆回安装。安装使用后存在缺陷如下：

3.1台车只能实现两个站位移动，新车间需要实现三个站位自动运行，旧系

统无法实现自动停止在中间站位，只能手动移动到中间站位并且很难准确停在此

站位，行车每次吊装时需要调整吊具位置，导致工作效率下降。

3.2因S5系统较为陈旧，且无备件，使用时间已20多年，继续使用寿命无

法保证。因此决定将S5系统升级到S7系统，并对小车程序进行重新编写，实现

三个站位自动停靠。

1. 对本设备s5系统升级改造

4.1本设备s5系统的组成

名称

型号

数量

（个）

CPU

6ES5 102-8MA02(S5-100U)

1

数字量输入模

块

6ES5 421-8MA12(8位)

4

数字量输出模

块

6ES5 441-8MA11(8位)

2

4.2本设备升级系统的选型

名称

型号

数量

（个）

CPU

DP)

6ES7 317-2AK14-0AB0(317-2 1

数字量输入模

块

6ES7 321-1BL00-0AA0(32位)

1

数字量输出模

块

6ES7 322-1BH01-0AA0(16位)

1

4.4编写程序

4.4.1建立程序文件

建立程序文件包括编写I/O地址表、定义符号地址、编写程序说明等内容，

其目的是为程序设计提供方便。在S7中，一般是直接利用编程软件，通过编程

软件的“符号表编辑器”对“符号地址表(Symbol Table)”的编写，一次性完成

I/O地址、符号地址、数据格式、注释等全部工作。

4.4.2写出程序流程图

在编程之前，一定要在草稿上写出程序的流程图。一个完整的程序，应该包

括主程序、停止程序、急停程序、复位程序等部分。PLC最擅长的就是处理顺序

控制，在顺序控制中主流程是核心，一定要确保制定好的流程是正确的，要在草

稿上仔细检查。如果主流程存在问题，当程序被PLC执行后，很可能发生撞击，

损坏设备或对人身造成危险。本设备设计的程序流程图如下：

4.4.3进行硬件组态

首先添加RACK-300底板，依次添加CPU模块和输入输出模块，硬件配置完

成后，点击保存并编译，最后下载到PLC里面。

4.4.4在软件中编写程序

依据程序流程图在软件中编写程序。要注意停止、急停和复位程序的正确性，

尤其是停止和急停程序，这是关系到人身安全和设备安全的最重要的程序，万万

不可小视。一定要保证无论在任何情况下，只要执行停止或急停程序，设备绝对

不会对人身造成伤害。急停及停止程序编写如下所示：

4.5使用西门子仿真软件模拟测试程序运行

4.5.1软件S7-PLCSIM的功能

模拟PLC的寄存器。可以模拟512个计时器(T0-T511)；可以模拟M寄存器；

可以模拟I/O寄存器；可以模拟数据块；功能块(FB)和功能(FC)；本地数据堆栈；

系统功能块。

对硬件进行诊断。对于CPU，还可以显示其操作方式，SF表示系统报警；DP

表示总线或远程模块报警；DC表示CPU有直流24伏供给； RUN表示系统在运行

状态；STOP表示系统在停止状态。

对变量进行监控。具有监控输入变量；监控输出变量；监控内部变量；监控

定时器变量；监控计数器变量等功能。这些变量可以用二进制、十进制、十六进

制来访问，但是必须注意输出变量QB一般不强制修改。仿真测试如下所示：

4.6新系统硬件安装及上机测试运行

线下组装s7CPU和卡件，上电用S7编程软件下载程序测试程序运行。正常

后进行新系统上机安装，最后送台车电源，测试各个输入点状态正常后，先测试

急停功能，再测试启动和停止功能，等各项功能测试完后，手动测试去三个站位

运行情况，正常后再测试自动运行情况。最后交付生产使用，根据生产反馈问题

对系统进一步优化，直到达到最佳运行状态。新旧系统对比图如下所示：

1. 结束语

输送台车新系统安装后实现手自动三站运行，各站位定位准确，无需操作人

员手动来回调整寻找停止位置，提高了运转效率，满足了车间生产需求。 小车

运转至今，新系统运行稳定，解决了因系统老旧损坏而导致小车停运的风险，有

效的保障了设备的稳定运转。新系统用到的模块是从停用设备上拆下来的，既能

满足使用，又节省了成本。

参考文献：

[1]SIMATIC S7-300和S7-400梯形逻辑编程手册.SIEMENS公司

[2]SIMATIC STEP7 V5.3编程手册.SIEMENS公司

[3]SIMATIC S7-PLCSIM V5.3软件手册.SIEMENS公司

2024年8月1日发(作者：翦曼衍)

输送台车西门子S5控制系统改造方案

摘要：本文通过太阳纸业某分公司涂布机输送台车S5控制系统改造的实践，

简要说明了S5系统升级为S7控制系统的思路和方法，从硬件的设计、安装和控

制线的布置，再到根据实际控制功能的要求，使用STEP7软件进行编程调试，最

后进行必要的优化以满足生产要求，实现精准控制。

关键词：S5控制系统改造 硬件组态 测试

1. 西门子plc控制系统发展历史

西门子SIMATIC系列PLC，诞生于1958年，经历了C3,S3,S5,S7系列，已发

展成为应用非常广泛的可编程控制器。1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际

上是带有简单操作接口的二进制控制器。1979年，SIMATIC S5取代S3系统，常

用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U。1994年，S7系列诞生，它具

有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，

其机型为：S7-200、300、400。1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出

PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界

面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网

络）及控调技术融为一体。之后西门子公司提出TIA（Totally Integrated

Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。

由最初发展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市场，停止生产，而S7系列

PLC发展成为了西门子自动化系统的控制核心，被广泛应用。

1. 西门子S7系统优势

2.1西门子S7系统备件充足，价格合理；而原西门子S5系统已无备件，既

便有，价格昂贵。所以新系统的投入大大降低了维护风险与成本。

2.2西门子S7系统配置结构更加清晰，更利于维护；操作界面按照新的要求

重新开发，生产线操作员使用起来将会更加方便。

2.3西门子S7系统不但能实现S5系统所有的功能，而且在运算速度、稳定

性、抗干扰、系统冗余方面都有很大提升，S5系统被更先进的自动化系统淘汰已

是大势所趋。

1. 输送台车S5系统的缺陷

本公司2017年为实现新旧动能转换，收购已破产的铜板纸机，该型输送台

车同时期一并被拆回安装。安装使用后存在缺陷如下：

3.1台车只能实现两个站位移动，新车间需要实现三个站位自动运行，旧系

统无法实现自动停止在中间站位，只能手动移动到中间站位并且很难准确停在此

站位，行车每次吊装时需要调整吊具位置，导致工作效率下降。

3.2因S5系统较为陈旧，且无备件，使用时间已20多年，继续使用寿命无

法保证。因此决定将S5系统升级到S7系统，并对小车程序进行重新编写，实现

三个站位自动停靠。

1. 对本设备s5系统升级改造

4.1本设备s5系统的组成

名称

型号

数量

（个）

CPU

6ES5 102-8MA02(S5-100U)

1

数字量输入模

块

6ES5 421-8MA12(8位)

4

数字量输出模

块

6ES5 441-8MA11(8位)

2

4.2本设备升级系统的选型

名称

型号

数量

（个）

CPU

DP)

6ES7 317-2AK14-0AB0(317-2 1

数字量输入模

块

6ES7 321-1BL00-0AA0(32位)

1

数字量输出模

块

6ES7 322-1BH01-0AA0(16位)

1

4.4编写程序

4.4.1建立程序文件

建立程序文件包括编写I/O地址表、定义符号地址、编写程序说明等内容，

其目的是为程序设计提供方便。在S7中，一般是直接利用编程软件，通过编程

软件的“符号表编辑器”对“符号地址表(Symbol Table)”的编写，一次性完成

I/O地址、符号地址、数据格式、注释等全部工作。

4.4.2写出程序流程图

在编程之前，一定要在草稿上写出程序的流程图。一个完整的程序，应该包

括主程序、停止程序、急停程序、复位程序等部分。PLC最擅长的就是处理顺序

控制，在顺序控制中主流程是核心，一定要确保制定好的流程是正确的，要在草

稿上仔细检查。如果主流程存在问题，当程序被PLC执行后，很可能发生撞击，

损坏设备或对人身造成危险。本设备设计的程序流程图如下：

4.4.3进行硬件组态

首先添加RACK-300底板，依次添加CPU模块和输入输出模块，硬件配置完

成后，点击保存并编译，最后下载到PLC里面。

4.4.4在软件中编写程序

依据程序流程图在软件中编写程序。要注意停止、急停和复位程序的正确性，

尤其是停止和急停程序，这是关系到人身安全和设备安全的最重要的程序，万万

不可小视。一定要保证无论在任何情况下，只要执行停止或急停程序，设备绝对

不会对人身造成伤害。急停及停止程序编写如下所示：

4.5使用西门子仿真软件模拟测试程序运行

4.5.1软件S7-PLCSIM的功能

模拟PLC的寄存器。可以模拟512个计时器(T0-T511)；可以模拟M寄存器；

可以模拟I/O寄存器；可以模拟数据块；功能块(FB)和功能(FC)；本地数据堆栈；

系统功能块。

对硬件进行诊断。对于CPU，还可以显示其操作方式，SF表示系统报警；DP

表示总线或远程模块报警；DC表示CPU有直流24伏供给； RUN表示系统在运行

状态；STOP表示系统在停止状态。

对变量进行监控。具有监控输入变量；监控输出变量；监控内部变量；监控

定时器变量；监控计数器变量等功能。这些变量可以用二进制、十进制、十六进

制来访问，但是必须注意输出变量QB一般不强制修改。仿真测试如下所示：

4.6新系统硬件安装及上机测试运行

线下组装s7CPU和卡件，上电用S7编程软件下载程序测试程序运行。正常

后进行新系统上机安装，最后送台车电源，测试各个输入点状态正常后，先测试

急停功能，再测试启动和停止功能，等各项功能测试完后，手动测试去三个站位

运行情况，正常后再测试自动运行情况。最后交付生产使用，根据生产反馈问题

对系统进一步优化，直到达到最佳运行状态。新旧系统对比图如下所示：

1. 结束语

输送台车新系统安装后实现手自动三站运行，各站位定位准确，无需操作人

员手动来回调整寻找停止位置，提高了运转效率，满足了车间生产需求。 小车

运转至今，新系统运行稳定，解决了因系统老旧损坏而导致小车停运的风险，有

效的保障了设备的稳定运转。新系统用到的模块是从停用设备上拆下来的，既能

满足使用，又节省了成本。

参考文献：

[1]SIMATIC S7-300和S7-400梯形逻辑编程手册.SIEMENS公司

[2]SIMATIC STEP7 V5.3编程手册.SIEMENS公司

[3]SIMATIC S7-PLCSIM V5.3软件手册.SIEMENS公司