一、项目背景

华东某上市化工集团在2024年启动“年产12万吨特种树脂”产线扩建，主控系统沿用成熟的三菱MELSEC iQ-R系列PLC（R04CPU，固件版本46J），现场层采用CC-Link IE Field Basic总线，周期4 ms，主站位于中央控制室，通过光纤环网连接14台远程IO子站和4台变频器。

2025年初，工艺包升级，新增3套24轴的伺服码垛机组（沈阳新松SBRB-2400-C）和2套8轴的薄膜牵引机组（无锡灵德LD-FA-800），所有伺服驱动均只支持EtherCAT协议，且要求同步周期≤1 ms、同步抖动<50ns。若整体更换PLC主站，不仅造价高达百万元，还需重新验证所有工艺模块，风险巨大。

经多轮技术论证，集团采纳“协议转换网关”方案，选定远创智控YC-CCLKIE-ECTM工业级协议转换网关作为EtherCAT主站，与原有R04CPU保持CCLKIE通信，实现异构网络无缝衔接。

二、关键设备清单

三、网络拓扑与连接方式

1. CC-Link IE Field Basic侧

· R04CPU本体以太网口（RJ45）→赫斯曼交换机→YC-CCLKIE-ECTM协议转换网关的“CCLKIE”端口；

· 网关作为CCLKIE从站，站号分别设为“11”与“12”，占用各512字节输入/512字节输出，映射到R04CPU的软元件D3000-D3511（输入）与D4000-D4511（输出）。

2. EtherCAT侧

· 网关的“EtherCAT OUT1”→SBRB-2400-C机组1（24轴）→环回“IN1”形成线型拓扑；

· “EtherCAT OUT2”→LD-FA-800机组2（8轴）→环回“IN2”；

· 全部伺服站号自动扫描分配，主站周期1 ms，采用DC-Synchronous模式，分布式时钟抖动实测18 ns。

四、网关参数配置步骤

1. 硬件安装

· DIN 35 mm导轨固定，24 VDC±5%供电，最大功耗3.5 W；

· 环境温度-25~+55 ℃，湿度≤95%，符合化工车间三防喷涂要求。

2. 软件配置（YC-GateConfig V2.3.7）

a) CCLKIE从站设置

· IP：192.168.1.11/24；

· 输入/输出长度：512字节；

· 协议版本：CC-Link IE FB Basic V1.10。

b) EtherCAT主站设置

· 同步周期：1 ms；

· 同步抖动容限：±50 ns；

· PDO映射：
– RxPDO：6040h（控制字）、607Ah（目标位置）、60FFh（目标速度）；
– TxPDO：6041h（状态字）、6064h（实际位置）、6077h（实际电流）。

c) 数据映射表（以第一轴为例）

配置完成后点击“Download”，网关重启，RUN灯常绿，EtherCAT侧64轴全部进入OP状态。

五、PLC程序设计（GX Works3）

1. 在“以太网配置”里添加CC-Link IE FB从站，站号11~12，长度512字节；

2. 创建FB块“MC_Group_EC”，周期4 ms调用：

· 将工艺算法生成的位置、速度、力矩写入D3000~D3511；

· 读取D4000~D4511获取实际位置及报警码；

3. 报警处理：若网关状态字D4000.0 bit0=0，判定CCLKIE断线；若bit1=0，判定EtherCAT断线，立即触发R04CPU的“EMSTOP”子程序，所有伺服进入Quick-Stop状态，码垛机高速轴30 ms内停止，避免桶装树脂跌落。

六、现场调试与性能验证

1. 空载测试

· 64轴同时回零，采用CiA 402回零方式17（原点+Z脉冲），回零速度20mm/s，爬行2 mm/s，全部回零完成耗时4.7 s；

· 单轴往复定位测试，行程1000mm，加减速0.5g，定位误差≤±0.02mm，远优于±0.1mm工艺要求。

2. 满载测试

· 桶装树脂25 kg/件，码垛节拍12件/min，连续运行72 h；

· PLC侧抓包统计：CCLKIE网络丢包率0%，EtherCAT同步抖动最大18 ns；

· 与未改造前（临时脉冲模块控制）对比，平均节拍提升19.8%，合格率由96.4%提升到99.2%，每日减少废品约120桶

3. 抗干扰测试

· 在距离网关1 m处启动50 kW变频器，重复加减速，EtherCAT零丢包；

· 静电放电±8 kV接触、±15 kV空气放电，通信未中断，符合IEC 61000-4-2要求。

七、运维与诊断

· 网关内置Web服务器，现场工程师用手机通过Wi-Fi登录192.168.1.11，可实时查看64轴的PDO曲线、同步抖动、报警履历；

· 支持HTTP POST，每5 s将关键数据（节拍、电流、温度）以JSON推送至集团MES（华为Atlas 500），整体延迟<200 ms；

· 设备OEE数据自动入库，故障定位时间由之前2 h缩短至15 min，大幅节省维护成本。

八、经验总结

1. 协议转换网关是化工等传统行业升级高速伺服的高效捷径；

2. 选型时必须确认网关的EtherCAT主站能力（轴数、周期、抖动）与伺服驱动兼容性，远创智控YC-CCLKIE-ECTM协议转换网关在64轴1 ms场景下表现稳定；

3. 映射表与诊断字必须提前规划，方便PLC直接复用现有工艺算法；

4. 现场布线要远离动力电缆，EtherCAT采用屏蔽双绞线，接地电阻<1 Ω，可有效抑制变频干扰；