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利用 MODBUS 实现西门子 PLC 与 ABB 变频器的通信控制

变频器广泛应用于各行各业,但因其显示面板简单,且在对数据的处理、计算、保存等方面存在弱点,在一定程度上影响了变频器在复杂控制系
统中的应用。尤其在许多台变频统一控制应用中,控制线缆的敷设也加大了成本和故障率;不过,通信技术与变频器相结合可以弥补这些缺点,可以
利用 PLC 与变频器之间的通信功能实现远程控制,同时增强了变频器对数据处理、故障报警等方面的功能。
在自动化控制领域,随着分布式控制系统的发展,在工业上的分布式控制系统中,采用串行通信来达到远程信息交换的目的更简便。发展起来的
RS485 是平衡传送的电气标准,在电气指标上有了大幅度的提高。由于其性能优异,结构简单,组网容易,组网成本低廉,RS485 总线标准得到
了越来越广泛的应用,同时,在 RS485 总线中采用的 MODBUS 协议是公开的通信协议,而且被很多的工控产品生产厂家支持,该协议已广泛应
用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。本文以西门子 PLC 同 ABB 变频器的通信为例来阐述采用 MODBUS 协议实现此方式通信
控制的方法。
系统配界方案及通信协议
1、系统配置方案
在此系统方案中,我们考虑系统的应用成本和实用性,PLC 采用西门子公司的 SIMATIC S7-226 系列,S7-200 系列属于小型可编程序控制器,
可用于代替继电器的简单控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-226 系列 PLC 的 CPU 内部集成了 2 个通信口,该通信口为标准的 RS485
口,可在三种方式下工作,即 PPI 方式、MPI 方式相自由通信口方式。PPI(Point-to-Point)是西门子专为 57-200 系列开发的一个通信协议,为主/
从协议,我们可以将第一个口设为 PPI 方式,用于连接 PC 机,用来作人机信息交换,而第二个口设为自由通信口方式,自由口通信方式是 S7-200
的一个很有特色的功能。它是一种通信协议完全开放的工作方式,在该方式下的通信口的协议由外设决定,PLC 通过程序来适应外设,从而使得
S7-200 系列 PLC 可以与任何具有通信能力的并且协议公开的设备相通信,即 S7-200 可以由用户自己定义通信协议。采用 ABB 的 ACS800 系列
变频器时,需配置 NNMBA-01 适配模块。相关系统构成框图如附图所示。在该系统中,PLC 的 Port2 和变频器构成 MODBUS 总线,通过 S7-226PLC
控制多台变频器完成系统控制需要,实现对变频器的速度设定、运行状态监控及参数交换等。
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2、网络协议
在本系统中,S7-226 系列 PLC 作为主站,变频器作为从站时,主站向变频器传送运行指令,同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的
信号。变频器与 NMBA-O1 通信适配器模块相连,接入 MODBUS 网中作为从站,接受从主站 SIMATIC S7-226 来的控制。NMBA-O1 通信适配器
模块将从 MODBUS 网中接收到的过程数据存入双向 RAM 中的每一个字都被编址,在变频器端的双向 RAM 可通过被编址参数排序,向变频器写入
控制字、设置值或读出实际值、诊断信息等参量。
变频器现场总线控制系统若从软件角度看,其核心内容是现场总线的通信协议。MODBUS 通信协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协
议层。MODBUS 通信协议,是一种串行的、非同步的主从通信协议,网络中只有一个设备能够建立协议,其他的设备只能通过提供数据响应主机
的查询,或根据查询做出相应的动作。MODBUS 协议定义了主机查询的格式,其包括:主从机的编址方法(或广播),要求动作的功能代码,传输数
据和错误校验等,或不能完成主机要求的动作,它将组织一个故障作为响应。MODBUS 协议不需要特别的接口,典型的物理接口是 RS485。在
MODBUS 通信网络中,一般提供中 ASCII 和 RTU 两种通信模式。本控制系统中,S720OPLC 通过自由口编程支持 MODBUS 协议,可以灵活运
用 ASCII 和 RTU 两种通信模式,ABB 变频器支持 MODBUS 中的 RTU 通信模式。
3、系统实现
在本控制较难做的是对 S720OPLC 自由口的编程,通过编制 MODBUS 协议来实现通信和对变频器的控制,自由口的编程尤以 CRC 校验程序
最为关键,所以仅在此文中将通信程序中的 CRC 校验程序列出,供读者参考,其余不在赘述