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)。為實現(xiàn)飲品灌裝、封蓋等工序的自動化精準控制，該產(chǎn)線引入匯川EtherCAT主站 PLC，搭配高性能灌裝機伺服驅(qū)動器、智能液位檢測模塊，構(gòu)建了覆蓋飲料瓶清洗、灌裝、封蓋全流程的自動化控制體系，可實現(xiàn)每分鐘 600瓶的高速生產(chǎn)。然而，產(chǎn)線中 18臺關(guān)鍵輔助檢測設(shè)備卻面臨 “數(shù)據(jù)孤島” 困境—用于監(jiān)測灌裝壓力的壓力傳感器、檢測瓶內(nèi)液位的液位檢測儀、監(jiān)控車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)議不兼容無法直接接入 EtherCAT主站系統(tǒng)，導致控制層與檢測層數(shù)據(jù)無法實時共享，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)只能通過人工查看現(xiàn)場儀表的方式監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)，工作人員需在產(chǎn)線巡檢過程中逐一核對檢測儀表讀數(shù)，再手動反饋至控制室。這種模式存在諸多弊端：一方面，響應滯后性強，當灌裝壓力超過 0.4MPa導致飲料瓶爆裂，或液位不足出現(xiàn) “半瓶” 產(chǎn)品時，無法及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整灌裝機參數(shù)，不僅造成大量原料浪費，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，無法形成完整的生產(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，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)與控制指令的實時聯(lián)動，企業(yè)經(jīng)過多輪產(chǎn)品測試與方案論證，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

硬件連接：結(jié)合食品車間潮濕、多粉塵的特殊環(huán)境，技術(shù)團隊制定了針對性的硬件部署方案：將網(wǎng)關(guān)作為 EtherCAT從站，通過標準 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，采用菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)，將灌裝壓力傳感器、液位檢測儀、潔凈度傳感器等18臺Modbus RTU設(shè)備串聯(lián)組網(wǎng)。為適配車間潮濕環(huán)境，所有串口接頭均選用防水型工業(yè)級接頭，通信線纜采用防腐蝕、耐磨損的屏蔽雙絞線，并通過橋架進行規(guī)整敷設(shè)，既避免了線纜受潮損壞，又降低了車間粉塵對通信的影響。

參數(shù)配置：通過網(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)的精準調(diào)試：首先將 Modbus RTU設(shè)備的核心寄存器地址進行逐一映射，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主站可識別的 PDO數(shù)據(jù)對象；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)的實時捕獲；同時配置網(wǎng)關(guān)波特率為 9600bps，并開啟奇偶校驗功能，有效提升了食品車間復雜環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力與可靠性，避免因環(huán)境因素導致的數(shù)據(jù)丟包或誤傳。

軟件聯(lián)動：在匯川 AutoShop軟件中導入網(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主站能夠自動識別網(wǎng)關(guān)并建立穩(wěn)定的通信連接。技術(shù)團隊基于產(chǎn)線工藝需求，編寫了定制化的控制邏輯程序：當系統(tǒng)檢測到灌裝壓力超過 0.4MPa的安全閾值時，EtherCAT主站立即自動降低灌裝機的灌裝速度，避免飲料瓶因壓力過高發(fā)生爆裂；當液位檢測顯示瓶內(nèi)液位低于 95%的標準值時，主站觸發(fā)封蓋工位暫停作業(yè)，同時啟動聲光報警裝置，提醒工作人員及時排查灌裝機噴嘴堵塞、液位控制模塊異常等問題；當車間潔凈度超標時，系統(tǒng)自動聯(lián)動通風凈化設(shè)備加大運行功率，保障生產(chǎn)環(huán)境達標。

項目實施效果

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

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

產(chǎn)品合格率躍升，品牌口碑強化：精準的實時監(jiān)控與聯(lián)動控制，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)量問題導致的客戶投訴與退貨情況，進一步鞏固了企業(yè)在食品飲料行業(yè)的品牌口碑。

環(huán)境適配性優(yōu)異，運行穩(wěn)定可靠： 網(wǎng)關(guān)具備 IP30防護等級和 - 40~85℃的寬溫適應特性，能夠從容應對食品車間潮濕、多粉塵、溫度波動的復雜環(huán)境。自部署以來，網(wǎng)關(guān)連續(xù)穩(wěn)定運行 6個月無故障，未出現(xiàn)任何通信中斷、數(shù)據(jù)丟失等問題，保障了產(chǎn)線 24小時連續(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)孤島問題，更推動產(chǎn)線從 “人工監(jiān)控” 向 “數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能管控” 轉(zhuǎn)型，為食品飲料行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備通信升級提供了可復制、可推廣的實踐方案。

審核編輯 黃宇