利用MODBUS实现西门子PLC与ABB变频器的通信控制

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MODB US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 S

7-226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。PP

I(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S7-20

0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S

7-226PLC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。

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;而在ABB变频器上，只需对几项参数进

行相关的设置就可以了。

(l)MODBUS通信格式

MODBUS协议定义了两种传输模式，即RTU和ASCII。发送同样的数据时，RTU模式的

效率大约为ASCII模式的两倍。一般来说，数据量少而且主要是文本时采用ASCII;通信数据

量大而且是二进制数值时，多采用RTU模式。

主站一次可向一个或所有从站发送通信请求(或指令)，主设备通过消息帧的地址域来选通从设备。主站发送的消息帧的内容和顺序为:从站地址、功能码、数据域(数据起始地址、数据量、