某大型食品飲料企業(yè)專注于碳酸飲料、果汁等飲品的研發(fā)與生產(chǎn)，其核心的碳酸飲料灌裝產(chǎn)線是企業(yè)產(chǎn)能輸出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)飲品灌裝、封蓋等工序的自動(dòng)化精準(zhǔn)控制，該產(chǎn)線引入匯川EtherCAT主站 PLC，搭配高性能灌裝機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器、智能液位檢測(cè)模塊，構(gòu)建了覆蓋飲料瓶清洗、灌裝、封蓋全流程的自動(dòng)化控制體系，可實(shí)現(xiàn)每分鐘 600 瓶的高速生產(chǎn)。然而，產(chǎn)線中 18 臺(tái)關(guān)鍵輔助檢測(cè)設(shè)備卻面臨 “數(shù)據(jù)孤島” 困境—用于監(jiān)測(cè)灌裝壓力的壓力傳感器、檢測(cè)瓶?jī)?nèi)液位的液位檢測(cè)儀、監(jiān)控車(chē)間潔凈度的粉塵傳感器等設(shè)備，均為采用 Modbus RTU 協(xié)議的串口設(shè)備，因協(xié)議不兼容無(wú)法直接接入EtherCAT 主站系統(tǒng)，導(dǎo)致控制層與檢測(cè)層數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)共享，制約了產(chǎn)線的智能化管控水平。

在引入智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)前，企業(yè)只能通過(guò)人工查看現(xiàn)場(chǎng)儀表的方式監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)，工作人員需在產(chǎn)線巡檢過(guò)程中逐一核對(duì)檢測(cè)儀表讀數(shù)，再手動(dòng)反饋至控制室。這種模式存在諸多弊端：一方面，響應(yīng)滯后性強(qiáng)，當(dāng)灌裝壓力超過(guò) 0.4MPa 導(dǎo)致飲料瓶爆裂，或液位不足出現(xiàn) “半瓶” 產(chǎn)品時(shí)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整灌裝機(jī)參數(shù)，不僅造成大量原料浪費(fèi)，還影響產(chǎn)品出廠合格率；另一方面，人工記錄的數(shù)據(jù)零散且易出錯(cuò)，無(wú)法形成完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)檔案，難以支撐產(chǎn)線工藝的優(yōu)化迭代。為徹底打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與控制指令的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，企業(yè)經(jīng)過(guò)多輪產(chǎn)品測(cè)試與方案論證，最終引入 EtherCAT轉(zhuǎn)Modbus RTU網(wǎng)關(guān)，搭建起EtherCAT與Modbus RTU設(shè)備之間的雙向通信橋梁。

網(wǎng)關(guān)部署與方案設(shè)計(jì)

硬件連接：結(jié)合食品車(chē)間潮濕、多粉塵的特殊環(huán)境，技術(shù)團(tuán)隊(duì)制定了針對(duì)性的硬件部署方案：將網(wǎng)關(guān)作為 EtherCAT 從站，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) EtherCAT總線接口直接接入?yún)R川 EtherCAT 主站 PLC；利用網(wǎng)關(guān)的 RS485 串口接口，采用菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將灌裝壓力傳感器、液位檢測(cè)儀、潔凈度傳感器等18臺(tái)Modbus RTU 設(shè)備串聯(lián)組網(wǎng)。為適配車(chē)間潮濕環(huán)境，所有串口接頭均選用防水型工業(yè)級(jí)接頭，通信線纜采用防腐蝕、耐磨損的屏蔽雙絞線，并通過(guò)橋架進(jìn)行規(guī)整敷設(shè)，既避免了線纜受潮損壞，又降低了車(chē)間粉塵對(duì)通信的影響。

參數(shù)配置：通過(guò)網(wǎng)關(guān)配套的可視化配置軟件，完成協(xié)議映射與通信參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)試：首先將 Modbus RTU 設(shè)備的核心寄存器地址進(jìn)行逐一映射，例如將灌裝壓力傳感器的壓力采集寄存器 0300H、液位檢測(cè)儀的液位寄存器 0400H、潔凈度傳感器的粉塵濃度寄存器 0500H，分別映射為 EtherCAT主站可識(shí)別的 PDO 數(shù)據(jù)對(duì)象；其次，根據(jù)灌裝產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏，設(shè)置 15ms 的數(shù)據(jù)采集周期，確保關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)捕獲；同時(shí)配置網(wǎng)關(guān)波特率為 9600bps，并開(kāi)啟奇偶校驗(yàn)功能，有效提升了食品車(chē)間復(fù)雜環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力與可靠性，避免因環(huán)境因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包或誤傳。

軟件聯(lián)動(dòng)：在匯川 AutoShop 軟件中導(dǎo)入網(wǎng)關(guān)的設(shè)備描述文件，快速完成網(wǎng)關(guān)的組態(tài)配置，使 EtherCAT 主站能夠自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)關(guān)并建立穩(wěn)定的通信連接。技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于產(chǎn)線工藝需求，編寫(xiě)了定制化的控制邏輯程序：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到灌裝壓力超過(guò) 0.4MPa 的安全閾值時(shí)，EtherCAT 主站立即自動(dòng)降低灌裝機(jī)的灌裝速度，避免飲料瓶因壓力過(guò)高發(fā)生爆裂；當(dāng)液位檢測(cè)顯示瓶?jī)?nèi)液位低于 95% 的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，主站觸發(fā)封蓋工位暫停作業(yè)，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，提醒工作人員及時(shí)排查灌裝機(jī)噴嘴堵塞、液位控制模塊異常等問(wèn)題；當(dāng)車(chē)間潔凈度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)通風(fēng)凈化設(shè)備加大運(yùn)行功率，保障生產(chǎn)環(huán)境達(dá)標(biāo)。

項(xiàng)目實(shí)施效果

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化，管理效率提升：網(wǎng)關(guān)成功實(shí)現(xiàn)了EtherCAT主站與Modbus RTU設(shè)備的雙向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集延遲穩(wěn)定在 45ms以內(nèi)，產(chǎn)線控制中心通過(guò)監(jiān)控大屏可實(shí)時(shí)查看灌裝壓力、瓶?jī)?nèi)液位、車(chē)間潔凈度等所有關(guān)鍵參數(shù)，數(shù)據(jù)可視化率達(dá)到 100%，徹底取代了人工查看儀表、手動(dòng)記錄的模式，不僅減少了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，還消除了人為記錄錯(cuò)誤的隱患，為生產(chǎn)管理提供了精準(zhǔn)、可靠的數(shù)據(jù)支撐。

原料損耗大幅降低，成本控制優(yōu)化：通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)與灌裝機(jī)控制指令的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，飲料瓶爆裂、“半瓶” 產(chǎn)品等問(wèn)題得到有效遏制，原料損耗率從 3% 降至 0.8%，顯著減少了飲品原料的浪費(fèi)，提升了生產(chǎn)資源的利用效率。

產(chǎn)品合格率躍升，品牌口碑強(qiáng)化：精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與聯(lián)動(dòng)控制，確保了每一瓶產(chǎn)品的灌裝質(zhì)量，產(chǎn)品出廠合格率提升至 99.9%，大幅減少了因產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的客戶投訴與退貨情況，進(jìn)一步鞏固了企業(yè)在食品飲料行業(yè)的品牌口碑。

環(huán)境適配性優(yōu)異，運(yùn)行穩(wěn)定可靠：網(wǎng)關(guān)具備IP30防護(hù)等級(jí)和-40~85℃的寬溫適應(yīng)特性，能夠從容應(yīng)對(duì)食品車(chē)間潮濕、多粉塵、溫度波動(dòng)的復(fù)雜環(huán)境。自部署以來(lái)，網(wǎng)關(guān)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月無(wú)故障，未出現(xiàn)任何通信中斷、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，保障了產(chǎn)線24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)改造不僅徹底解決了食品飲料灌裝產(chǎn)線的協(xié)議兼容與數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題，更推動(dòng)產(chǎn)線從 “人工監(jiān)控” 向 “數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能管控” 轉(zhuǎn)型，為食品飲料行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備通信升級(jí)提供了可復(fù)制、可推廣的實(shí)踐方案。

審核編輯 黃宇