一、項(xiàng)目背景與挑戰(zhàn)

在某全球知名家電制造企業(yè)的智能工廠擴(kuò)建項(xiàng)目中，一條覆蓋注塑、裝配、檢測(cè)全流程的大型生產(chǎn)線面臨協(xié)議兼容性難題。該生產(chǎn)線核心控制系統(tǒng)采用歐姆龍NJ501-1500系列PLC作為EtherCAT主站設(shè)備，其高速同步控制能力可滿足0.1ms級(jí)運(yùn)動(dòng)控制需求。然而，現(xiàn)場(chǎng)部署的32臺(tái)分布式IO模塊（圖爾克TBEN-L系列）及16臺(tái)傳感器（倍加福PVS系列）均采用CANopen協(xié)議，兩類設(shè)備因協(xié)議差異無法直接通信，導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集延遲達(dá)200ms以上，設(shè)備協(xié)同效率低下。為解決這一問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)引入捷米特JM-ECT-COP型EtherCAT轉(zhuǎn)CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建起異構(gòu)協(xié)議設(shè)備的無縫通信橋梁。

二、系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)備選型

1.EtherCAT主站設(shè)備

·品牌型號(hào)：歐姆龍NJ501-1500PLC

·核心參數(shù)：

o支持EtherCAT周期時(shí)間≤0.1ms

o集成4端口千兆以太網(wǎng)接口

o具備分布式時(shí)鐘同步功能（DC同步精度±50ns）

·功能定位：作為生產(chǎn)線總控單元，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)注塑機(jī)溫度控制、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、裝配精度檢測(cè)等200余個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)度。

2.CANopen從站設(shè)備

·分布式IO模塊：

o品牌型號(hào)：圖爾克TBEN-L-8DI/8DO

o特性：支持CANopenDS301協(xié)議，具備8路數(shù)字量輸入/輸出，防護(hù)等級(jí)IP67

·傳感器組：

o壓力傳感器：倍加福PVS58-015GM35-IUP（量程0-15bar，精度±0.1%）

o溫度傳感器：巴魯夫BTS7-M18-AP6X-0.3-UPN1X（測(cè)量范圍-50~+200℃）

·功能定位：實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)線的工藝參數(shù)（如注塑壓力、模具溫度），并執(zhí)行PLC下發(fā)的控制指令（如氣缸動(dòng)作、報(bào)警燈觸發(fā)）。

3.協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)

·品牌型號(hào)：捷米特JM-ECT-COP

·核心參數(shù)：

oEtherCAT側(cè)：支持最大500字節(jié)輸入/輸出數(shù)據(jù)映射

oCANopen側(cè)：支持126個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，波特率10kbps-1Mbps可調(diào)

o環(huán)境適應(yīng)性：工作溫度-45~85℃，防護(hù)等級(jí)IP20

·功能定位：作為EtherCAT從站接入歐姆龍PLC網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)作為CANopen主站管理分布式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的雙向透明傳輸。

三、EtherCAT轉(zhuǎn)CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)施過程

1.硬件部署與拓?fù)湓O(shè)計(jì)

·EtherCAT網(wǎng)絡(luò)：采用菊花鏈拓?fù)洌ㄟ^超五類屏蔽雙絞線連接歐姆龍PLC與JM-ECT-COP網(wǎng)關(guān)，首尾節(jié)點(diǎn)配置120Ω終端電阻。

·CANopen網(wǎng)絡(luò)：采用總線型拓?fù)?，使用雙絞線連接網(wǎng)關(guān)與16臺(tái)傳感器、32臺(tái)IO模塊，線纜屏蔽層單端接地。

·關(guān)鍵配置：

o網(wǎng)關(guān)EtherCAT側(cè)站地址設(shè)為0x02（避免與PLC沖突）

oCANopen側(cè)波特率統(tǒng)一設(shè)置為500kbps（匹配傳感器最大通信速率）

2.軟件配置與數(shù)據(jù)映射

·歐姆龍PLC端：

1.在SysmacStudio軟件中導(dǎo)入JM-ECT-COP的ESI文件，識(shí)別網(wǎng)關(guān)為EtherCAT從站。

2.配置PDO映射表：

§輸入映射：將CANopen設(shè)備的溫度值（對(duì)象字典索引0x6000）映射至EtherCAT輸入?yún)^(qū)域0x6000:01

§輸出映射：將PLC控制指令（如氣缸動(dòng)作信號(hào)）映射至CANopen輸出區(qū)域0x6200:01

·網(wǎng)關(guān)端：

3.使用JMTether配置工具設(shè)置CANopen從站節(jié)點(diǎn)ID（傳感器ID范圍1-16，IO模塊ID范圍17-48）。

4.配置TPDO1為事件觸發(fā)模式，傳輸周期≤10ms（滿足注塑機(jī)實(shí)時(shí)控制需求）。

3.通信測(cè)試與優(yōu)化

·功能測(cè)試：

o通過PLC發(fā)送測(cè)試指令，驗(yàn)證IO模塊輸出響應(yīng)時(shí)間≤5ms

o監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)上傳穩(wěn)定性，連續(xù)24小時(shí)運(yùn)行丟包率＜0.01%

·性能優(yōu)化：

o調(diào)整EtherCAT網(wǎng)絡(luò)同步周期至1ms，降低總線負(fù)載率至35%

o啟用網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)緩存功能，避免網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失

四、應(yīng)用成效與價(jià)值體現(xiàn)

1.協(xié)議轉(zhuǎn)換效率提升

·實(shí)時(shí)性：EtherCAT轉(zhuǎn)CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)使數(shù)據(jù)傳輸延遲從200ms降至2ms以內(nèi)，滿足注塑機(jī)閉環(huán)控制需求。

·兼容性：支持同時(shí)接入48臺(tái)CANopen設(shè)備，擴(kuò)展性較傳統(tǒng)方案提升300%。

2.生產(chǎn)效能顯著改善

·故障率降低：通過網(wǎng)關(guān)的看門狗功能，自動(dòng)重啟通信異常設(shè)備，使生產(chǎn)線平均無故障時(shí)間（MTBF）從120小時(shí)延長(zhǎng)至450小時(shí)。

·能耗優(yōu)化：基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的注塑機(jī)溫度控制，使單臺(tái)設(shè)備能耗降低12%。

3.維護(hù)成本大幅下降

·簡(jiǎn)化布線：采用EtherCAT轉(zhuǎn)CANopen方案后，現(xiàn)場(chǎng)線纜數(shù)量減少60%，安裝工時(shí)縮短45%。

·遠(yuǎn)程診斷：網(wǎng)關(guān)支持ModbusTCP協(xié)議，可通過OPCUA服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)配置與故障定位。

五、行業(yè)推廣與未來展望

該案例成功驗(yàn)證了捷米特JM-ECT-COP網(wǎng)關(guān)在大型生產(chǎn)線中的技術(shù)可行性，其EtherCAT轉(zhuǎn)CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換能力已推廣至汽車制造、包裝機(jī)械等領(lǐng)域。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）演進(jìn)，捷米特正研發(fā)支持OPCUAoverTSN的新一代網(wǎng)關(guān)，旨在實(shí)現(xiàn)更高帶寬、更低延遲的異構(gòu)協(xié)議融合，為智能制造提供更強(qiáng)大的通信基礎(chǔ)設(shè)施。

更多詳細(xì)內(nèi)容或具體配置過程可咨詢羽工。

審核編輯 黃宇