一、項目背景

華東某上市化工集團在2024年啟動“年產12萬噸特種樹脂”產線擴建，主控系統沿用成熟的三菱MELSEC iQ-R系列PLC（R04CPU，固件版本46J），現場層采用CC-Link IE Field Basic總線，周期4 ms，主站位于中央控制室，通過光纖環網連接14臺遠程IO子站和4臺變頻器。

2025年初，工藝包升級，新增3套24軸的伺服碼垛機組（沈陽新松SBRB-2400-C）和2套8軸的薄膜牽引機組（無錫靈德LD-FA-800），所有伺服驅動均只支持EtherCAT協議，且要求同步周期≤1 ms、同步抖動<50ns。若整體更換PLC主站，不僅造價高達百萬元，還需重新驗證所有工藝模塊，風險巨大。

經多輪技術論證，集團采納“協議轉換網關”方案，選定遠創智控YC-CCLKIE-ECTM工業級協議轉換網關作為EtherCAT主站，與原有R04CPU保持CCLKIE通信，實現異構網絡無縫銜接。

二、關鍵設備清單

三、網絡拓撲與連接方式

1. CC-Link IE Field Basic側

·R04CPU本體以太網口（RJ45）→赫斯曼交換機→YC-CCLKIE-ECTM協議轉換網關的“CCLKIE”端口；

·網關作為CCLKIE從站，站號分別設為“11”與“12”，占用各512字節輸入/512字節輸出，映射到R04CPU的軟元件D3000-D3511（輸入）與D4000-D4511（輸出）。

2. EtherCAT側

·網關的“EtherCAT OUT1”→SBRB-2400-C機組1（24軸）→環回“IN1”形成線型拓撲；

·“EtherCAT OUT2”→LD-FA-800機組2（8軸）→環回“IN2”；

·全部伺服站號自動掃描分配，主站周期1 ms，采用DC-Synchronous模式，分布式時鐘抖動實測18 ns。

四、網關參數配置步驟

1. 硬件安裝

·DIN 35 mm導軌固定，24 VDC±5%供電，最大功耗3.5 W；

·環境溫度-25~+55 ℃，濕度≤95%，符合化工車間三防噴涂要求。

2. 軟件配置（YC-GateConfig V2.3.7）

a) CCLKIE從站設置

·IP：192.168.1.11/24；

·輸入/輸出長度：512字節；

·協議版本：CC-Link IE FB Basic V1.10。

b) EtherCAT主站設置

·同步周期：1 ms；

·同步抖動容限：±50 ns；

·PDO映射：
– RxPDO：6040h（控制字）、607Ah（目標位置）、60FFh（目標速度）；
– TxPDO：6041h（狀態字）、6064h（實際位置）、6077h（實際電流）。

c) 數據映射表（以第一軸為例）

配置完成后點擊“Download”，網關重啟，RUN燈常綠，EtherCAT側64軸全部進入OP狀態。

五、PLC程序設計（GX Works3）

1.在“以太網配置”里添加CC-Link IE FB從站，站號11~12，長度512字節；

2.創建FB塊“MC_Group_EC”，周期4 ms調用：

·將工藝算法生成的位置、速度、力矩寫入D3000~D3511；

·讀取D4000~D4511獲取實際位置及報警碼；

3.報警處理：若網關狀態字D4000.0 bit0=0，判定CCLKIE斷線；若bit1=0，判定EtherCAT斷線，立即觸發R04CPU的“EMSTOP”子程序，所有伺服進入Quick-Stop狀態，碼垛機高速軸30 ms內停止，避免桶裝樹脂跌落。

六、現場調試與性能驗證

1.空載測試

·64軸同時回零，采用CiA 402回零方式17（原點+Z脈沖），回零速度20mm/s，爬行2 mm/s，全部回零完成耗時4.7 s；

·單軸往復定位測試，行程1000mm，加減速0.5g，定位誤差≤±0.02mm，遠優于±0.1mm工藝要求。

2.滿載測試

·桶裝樹脂25 kg/件，碼垛節拍12件/min，連續運行72 h；

·PLC側抓包統計：CCLKIE網絡丟包率0%，EtherCAT同步抖動最大18 ns；

·與未改造前（臨時脈沖模塊控制）對比，平均節拍提升19.8%，合格率由96.4%提升到99.2%，每日減少廢品約120桶

3.抗干擾測試

·在距離網關1 m處啟動50 kW變頻器，重復加減速，EtherCAT零丟包；

·靜電放電±8 kV接觸、±15 kV空氣放電，通信未中斷，符合IEC 61000-4-2要求。

七、運維與診斷

·網關內置Web服務器，現場工程師用手機通過Wi-Fi登錄192.168.1.11，可實時查看64軸的PDO曲線、同步抖動、報警履歷；

·支持HTTP POST，每5 s將關鍵數據（節拍、電流、溫度）以JSON推送至集團MES（華為Atlas 500），整體延遲<200 ms；

·設備OEE數據自動入庫，故障定位時間由之前2 h縮短至15 min，大幅節省維護成本。

八、經驗總結

1.協議轉換網關是化工等傳統行業升級高速伺服的高效捷徑；

2.選型時必須確認網關的EtherCAT主站能力（軸數、周期、抖動）與伺服驅動兼容性，遠創智控YC-CCLKIE-ECTM協議轉換網關在64軸1 ms場景下表現穩定；

3.映射表與診斷字必須提前規劃，方便PLC直接復用現有工藝算法；

4.現場布線要遠離動力電纜，EtherCAT采用屏蔽雙絞線，接地電阻<1 Ω，可有效抑制變頻干擾；

審核編輯 黃宇