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摘要：随着工业控制行业的不断发展，工业控制方式已经由传统的单机控制逐步进入到网络控制时代。Modbus协议作为工控领域最通用的通讯协议之一，使得不同厂商之间的控制设备可以构成工业网络，进行集中控制。ACS-580变频器是ABB推出的一款广泛应用于各领域的低压传动装置，内置RS485接口，和符合modbus通讯的设备连接后，只需要简单的参数设置，就可以进行modbus rtu通讯。S7-200 smart PLC是由西门子推出的一款高性价比的模块化中小型可编程控制器，本身集成以太网卡和RS485通讯口，以太网口主要用于和计算机进行以太网通讯，RS485通讯接口支持modbus rtu通讯，直接通过编程软件STEP 7-MicroWIN SMART完成相关配置即可通讯。也就是说，不需要外加其他硬件设备，也不需要进行复杂的编程，只要调用modbus rtu通讯的相关功能模块，即可实现modbus rtu通讯，进行数据交换。
关键词：modbus协议、RS485接口、S7-200 smart PLC、ACS-580变频器
简介
SECS智慧节能控制系统依照公用建筑建设相关导则要求设计，集系统监测、能耗统计、能耗分析、能耗诊断、报警管理、节能控制等功能于一体。系统可以根据用户需求进行具体化定制，包括纯能源管理分析系统及带节能控制功能的综合性系统。根据轨道交通节能项目实际情况可分为整体解决节能架构及基于BAS系统的节能架构。
本应用设计部分主要包括成套设计、程序设计、上位机组态设计三大部分。成套设计首要考虑的是系统可靠性，此外还要考虑系统容量、系统控制工艺。系统成套设计中用到的主要设备包括节能PLC（S7-300）、节能工作站（工控机+触摸屏）、水泵控制PLC（S7-200 smart）、变频器（ABB ACS-580），以及接触器、继电器、开关电源以及接线端子等设备。
程序设计部分主要分为：节能控制程序和水泵控制程序。节能控制程序部分主要通过调节设备输出频率，来达到节能的目的；控制工艺主要通过控制算法实现，风、水系统在温湿度、二氧化碳浓度、客流量、时间段不同的情况下，采用不同的控制模式。水泵控制部分主要通过S7-200 smart PLC与ACS-580变频器的通讯，实现数据交换，采取的控制手段也是调节设备输出频率。
上位机组态设计主要是针对人机界面而言，系统界面主要包括工艺图界面、能耗分析界面、能耗查询界面。本系统中组态软件采用中控公司自主研发的MCI管控一体化平台，软件功能齐全，风格独特，客户满意度较高。相较于传统的地铁通风空调系统而言，SECS智慧节能控制系统更加人性化、智能化。本文中将对水泵控制部分着重介绍。
一、 Modbus协议简介
Modbus 协议是由Modicon公司于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）的通讯而发表的一种通讯协议，目前已经成为广泛应用于工业领域的开放、标准的网络通信协议。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。常用的modbus通讯方式包括modbus rtu和modbus tcp两种，变频器和PLC之间的通讯一般采用modbus rtu模式。
Modbus rtu通讯采用主—从协议，半双工传输模式，即只有主站设备可以进行初始化出书和查询，从站设备只能根据主站设备的查询做出相应的响应，不能主动发起查询。本套控制系统中，S7-200 smart PLC作为主站，ACS-580变频器作为从站（网络如图1所示），理论上一个modbus rtu网络中最多只能包括1个主站设备和31个从站设备，主站既可以和从站1对1通讯，也可以同时和多个从站进行通讯。
PLC主站 ACS-580从站
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图1
二、 ACS-580在modbus rtu中的应用
1.硬件连接
ACS-580变频器采用内置的RS485接口作为从站内置的物理接口，支持modbus rtu的传输模式；在控制系统中，主要用到的硬件端子包括使能端子、故障端子、频率反馈端子（本系统中，变频器的频率给定通过通讯协议给定，频率反馈经输出端子直接连接至PLC模拟量输入端）。硬件接线采用屏蔽线连接即可，详细接线图如下图2所示。
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图2
2.建立通信
硬件连接是通讯成功的前提，在传动装置上电建立通信之前，务必要确定硬件接线正确，尤其是传动的电源输入输出必须连接正确。确认接线无误之后，详细查阅ACS-580变频器操作手册，设置通讯所需的相应通讯参数。主要包括：电机参数、通讯协议参数、相关给定参数，具体参数设置如下所示：
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3.激活ACS-580控制功能
通讯建立之后，确认一下硬件连接（这部分主要是确认变频器负载接线）无误，根据变频器手册所示，将控制所需的数据定义为通讯给定，即外部控制指令选择通讯，包括变频器起停控制指令和频率给定均由通讯主站给定。变频器的输出，不需要额外配置，对应的控制字、状态字、频率给定、频率反馈均可以通过操作手册查看，具体如下所示：
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三、S7-200 smart PLC在modbus rtu中的应用
S7-200 smart PLC 模块集成1 个RS485 接口，可以与变频器、触摸屏等第三方设备通信，本次通讯中，RS485接口作为主站通讯端口；集成的以太网接口，主要用于与计算机连接下载控制程序。STEP 7-MicroWIN SMART是S7-200 smart PLC专用的编程软件，它的指令库包含modbus rtu通讯的标准功能块、子程序、中断服务程序，通讯程序编写简单易操作。
Modbus rtu主站协议指令包括MBUS_CTRL、MBUS_MSC。MBUS_CTRL指令用于初始化主站，用来设置主站通讯的波特率、端口、校验方式、超时时间；MBUS_MSC指令是读写从站数据的指令，用来配置从站设备的地址、读写模式（RW=0为读；RW=1为写）、数据传输起始地址、数据传输个数、数据存放起始地址。使用modbus rtu主站协议指令，可以将PLC设置为通讯主站，同时调用从站协议指令，并完成相关配置，即可以令PLC通讯主站与变频器从站进行通信。部分程序设置如下所示：
主站部分设置：
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从站部分设置：
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四、结语
本应用中，硬件部分采用S7-200 SMART PLC作为控制系统主站设备，其本身集成两种硬件连接端口，支持多种通讯协议，与S7-200 PLC相比，性能更加完善，与S7-1200相比，更具性价比；采用ACS-580变频器作为控制系统从站设备，其所有基本功能均内置于传动中，简化了选择过程，菜单设置和设备调试都简单易操作，用户界面和传动设计相较于ACS-510更优化；硬件上很大程度减少了线路连接，减弱了电磁干扰对现场设备的干扰。软件部分采用modbus rtu通讯，能够实现对变频器的远程控制。
相较于端子控制的传统方式，通讯方式控制变频器，其控制精度、稳定性都会更高，人机界面的引入，更加让人机交互感更强。这套系统充分体现了较强的控制能力和智能化水平，具有较高的实用价值。
参考文献：
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