某頭部動(dòng)力電池企業(yè)深耕新能源領(lǐng)域，專注于車用動(dòng)力電池模組及 PACK 的研發(fā)與規(guī)?；a(chǎn)，其核心 Pack 組裝線是保障動(dòng)力電池安全性、一致性與使用壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)電芯堆疊、模組焊接、PACK 封裝等工序的自動(dòng)化精準(zhǔn)管控，該產(chǎn)線引入倍福 EtherCAT 主站 PLC，搭配高精度伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與視覺定位模塊，構(gòu)建了全流程自動(dòng)化生產(chǎn)體系，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá) 500 模組 / 天。然而，產(chǎn)線中 20 臺(tái)電芯電壓傳感器、12 臺(tái)模組溫度檢測(cè)儀、8 臺(tái)螺栓扭矩扳手等關(guān)鍵檢測(cè)設(shè)備，均為采用Modbus RTU 協(xié)議的串口設(shè)備，因與 EtherCAT 主站協(xié)議不兼容，形成了嚴(yán)重的 “數(shù)據(jù)孤島” 問題。

在引入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)前，檢測(cè)設(shè)備與PLC主站無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中存在諸多管控盲區(qū)：當(dāng)電芯電壓低于 3.2V 的合格閾值、模組溫度超過 45℃的安全區(qū)間時(shí)，PLC 無法及時(shí)獲取異常信號(hào)并調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，只能依賴人工巡檢發(fā)現(xiàn)問題，不僅響應(yīng)滯后（平均處理延遲超 5 分鐘），還導(dǎo)致模組電芯電壓一致性偏差超 ±0.1V、溫度分布不均，最終產(chǎn)品不良率高達(dá) 2.3%；同時(shí)，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)需人工逐一對(duì)齊產(chǎn)品編號(hào)后錄入 MES 系統(tǒng)，不僅日均耗費(fèi) 3 名員工 4 小時(shí)工作量，還存在數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤、遺漏等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)追溯的準(zhǔn)確性與工藝優(yōu)化的時(shí)效性。為徹底打破協(xié)議壁壘，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)過多輪技術(shù)驗(yàn)證與方案對(duì)比，最終引入EtherCAT 轉(zhuǎn) Modbus RTU 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，搭建起產(chǎn)線設(shè)備的統(tǒng)一通信平臺(tái)。

網(wǎng)關(guān)部署與方案設(shè)計(jì)

硬件連接：結(jié)合動(dòng)力電池車間防火防爆、高潔凈度的特殊要求，技術(shù)團(tuán)隊(duì)制定了安全可靠的硬件部署方案：將網(wǎng)關(guān)作為 EtherCAT 從站，通過標(biāo)準(zhǔn) EtherCAT 總線接口直接接入倍福 PLC 主站，網(wǎng)關(guān)安裝在防爆型控制柜內(nèi)，確保符合車間安全規(guī)范；利用網(wǎng)關(guān)的 RS485 串口接口，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接所有 Modbus RTU 協(xié)議設(shè)備，其中 20 臺(tái)電芯電壓傳感器分別部署于堆疊工位的各電芯定位托盤，12 臺(tái)模組溫度檢測(cè)儀均勻分布在焊接工位的加熱區(qū)域，8 臺(tái)螺栓扭矩扳手集成于封裝工位的擰緊機(jī)構(gòu)，所有通信線纜均選用阻燃耐溫（-40~85℃）的雙絞屏蔽線，有效抵御車間電磁干擾；同時(shí)在 RS485 總線兩端加裝 120Ω 終端電阻，減少信號(hào)反射，保障長距離傳輸（最遠(yuǎn)傳輸距離達(dá) 100 米）的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

參數(shù)配置：通過遠(yuǎn)創(chuàng)智控專屬網(wǎng)關(guān)配置軟件，完成協(xié)議映射與通信參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)試，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性：首先將 Modbus RTU 設(shè)備的核心寄存器地址與 EtherCAT 主站的 PDO 數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行一一映射，其中電芯電壓傳感器的電壓采集寄存器（0300H）、模組溫度檢測(cè)儀的溫度數(shù)據(jù)寄存器（0400H）、螺栓扭矩扳手的扭矩值寄存器（0500H），均映射為 PLC 可直接讀取的過程數(shù)據(jù)；根據(jù) Pack 組裝線的生產(chǎn)節(jié)奏，設(shè)置 10ms 的數(shù)據(jù)采集周期，確保關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)捕獲，匹配電芯堆疊、焊接等工序的高速生產(chǎn)需求；配置網(wǎng)關(guān)波特率為 9600bps，同時(shí)開啟奇偶校驗(yàn)功能與數(shù)據(jù)重傳機(jī)制，有效降低電磁干擾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包或誤傳風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)傳輸成功率提升至 99.99%。

軟件聯(lián)動(dòng)：在倍福 TwinCAT 軟件中完成網(wǎng)關(guān)的設(shè)備組態(tài)與控制邏輯編寫，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)控制的深度聯(lián)動(dòng)：首先導(dǎo)入 YC-ECT-RTU網(wǎng)關(guān)的 EDS 文件，快速完成設(shè)備適配，使 PLC 主站能夠自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)關(guān)并建立穩(wěn)定通信連接；基于動(dòng)力電池生產(chǎn)工藝要求，編寫定制化協(xié)同控制邏輯：當(dāng) PLC 通過網(wǎng)關(guān)檢測(cè)到任意電芯電壓＜3.2V 或模組溫度＞45℃時(shí)，立即觸發(fā)堆疊工位暫停作業(yè)，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，提醒工作人員排查電芯質(zhì)量或設(shè)備散熱問題；當(dāng)螺栓扭矩值未達(dá)到 50N?m 的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，封裝工位聯(lián)鎖禁止啟動(dòng)，避免不合格產(chǎn)品流入下一道工序；此外，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)（含電芯電壓、模組溫度、扭矩值、檢測(cè)時(shí)間、設(shè)備編號(hào)等）通過 EtherCAT 主站實(shí)時(shí)上傳至產(chǎn)線 MES 系統(tǒng)，自動(dòng)與產(chǎn)品序列號(hào)綁定，形成完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)檔案。

項(xiàng)目實(shí)施效果

產(chǎn)品一致性與合格率顯著提升：工業(yè)網(wǎng)關(guān)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，設(shè)備協(xié)同響應(yīng)延遲＜40ms，當(dāng)電芯電壓、模組溫度出現(xiàn)異常時(shí)，PLC 可即時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，有效解決了模組一致性差的問題。改造后，模組電芯電壓一致性偏差縮小至 ±0.03V，溫度分布均勻性提升 40%，產(chǎn)品不良率從 2.3% 降至 0.4%，每月減少不良品損失約 80 萬元，完全滿足新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池高一致性的嚴(yán)苛要求。

數(shù)據(jù)追溯效率全面優(yōu)化：檢測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳至 MES 系統(tǒng)，徹底取代了人工錄入模式，不僅日均節(jié)省 3 名員工的工作量，還消除了人工記錄導(dǎo)致的錯(cuò)誤與遺漏，數(shù)據(jù)錄入效率提升 100%，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率達(dá) 100%。管理層可通過 MES 系統(tǒng)快速查詢?nèi)我猱a(chǎn)品的全流程檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問題的精準(zhǔn)追溯與快速定位，工藝優(yōu)化決策周期從原來的 7 天縮短至 1 天。

產(chǎn)線產(chǎn)能與運(yùn)維效率大幅提升：自動(dòng)化閉環(huán)控制減少了人工干預(yù)導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷時(shí)間，產(chǎn)線有效作業(yè)時(shí)間占比提升 22%，整體產(chǎn)能提升 18%，達(dá)到 590 模組 / 天，成功滿足下游車企的大批量訂單交付需求；同時(shí)，網(wǎng)關(guān)的穩(wěn)定運(yùn)行降低了設(shè)備通信故障率，產(chǎn)線運(yùn)維成本降低 30%，網(wǎng)關(guān)連續(xù)運(yùn)行 6 個(gè)月無故障，通信穩(wěn)定性達(dá) 99.98%，為產(chǎn)線 24 小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠保障。

此次網(wǎng)關(guān)模塊改造不僅徹底解決了動(dòng)力電池 Pack 組裝線的協(xié)議兼容難題，更推動(dòng)產(chǎn)線從 “人工監(jiān)控 + 事后追溯” 向 “實(shí)時(shí)管控 + 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)” 的智能化轉(zhuǎn)型，為新能源動(dòng)力電池行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備通信升級(jí)與數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制、可推廣的實(shí)踐方案。

審核編輯 黃宇