一、项目背景与需求

1. 网络化：MES 每 5 min 拉取一次“焊接电流、电压、送丝速度、气体流量、能耗”5 类实时数据；

2. 稳定性：7×24 h 连续生产，通信中断 ≤1 次/年；

3. 实时性：工艺参数下发延迟＜50 ms；

4. 兼容性：FX5U 不做硬件改动，继续沿用现有星-环混合拓扑；

5. 扩展性：后续可无缝接入 CANopen 除尘、激光跟踪等第三方设备。

二、关键设备清单

1. 管理 PLC：三菱电机 FX5U-80M，固件 1.32，CC-Link IE FB 主站；

2. 协议网关：远创智控 YC-CCLKIE-CAN工业级协议转换网关，24 VDC 2.5 W，导轨安装；

3. 焊机主控：OTC EXCEL ARC 500P，CANopen 从站，节点 2-28；

4. 交换机：赫斯曼 MACH1000 8GT，千兆环网，冗余＜20 ms；

5. 软件：GX Works3 V1.065T、YC-GateConfig V2.4.3、OTC ArcMonitor V5.2。

三、网络拓扑与接线

1. CC-Link IE FB 侧
FX5U 本体网口 → 交换机 → YC-CCLKIE-CAN协议转换网关的 “CCLKIE” 口；
网关作为从站，站号 5，占用 256 字节输入 / 256 字节输出，映射到 FX5U 软元件 D5000-D5255（输入）与 D6000-D6255（输出）。

2. CAN 侧
网关 “CAN1” → 屏蔽双绞线（120 Ω 终端，支线＜0.3 m）→ 27 台焊机；
网关做主站，发 NMT 心跳 100 ms， guarding time 300 ms，节点 2-28 采用 PDO1（Tx）+ PDO2（Rx）各 8 字节，总线负载 38 %。

四、YC-CCLKIE-CAN工业级协议转换网关配置

1. 硬件安装
DIN35 导轨，24 VDC±5 %，PWR 灯常绿；
CAN 口采用 5.08 mm 可插拔端子，双绞屏蔽层在网关侧单端接地。

2. 软件配置（YC-GateConfig V2.4.3）
① CC-Link IE FB 从站
– IP：192.168.1.5/24，站号 5，协议版本 V1.10；
– 输入 256 字节，输出 256 字节，RPI 4 ms；
② CANopen 主站
– 波特率 500 kbps，NMT 主站心跳 100 ms；
– PDO 映射：
RxPDO（下发）→ 8 字节，包含“焊接模式（1 B）、电流设定（2 B）、电压设定（2 B）、送丝速度（2 B）、预留（1 B）”；
TxPDO（上传）→ 8 字节，包含“实际电流（2 B）、实际电压（2 B）、送丝速度（2 B）、状态字（1 B）、能耗累加高 8 位（1 B）”；

③ 数据映射表
– 将 FX5U 侧 D6000 开始 27×8 B 写入 RxPDO，对应 27 台焊机；
– 将 27 台焊机 TxPDO 数据写入 D5000 开始 27×8 B，供 MES 读取；
– 校验方式：网关自动累加 CRC16，FX5U 侧用 SUM 校验，双重保险。

3. 下载并重启，网关 “RUN” 常绿， “CAN” 闪烁 1 Hz，表示 27 节点全部在线。

五、三菱侧 GX Works3 组态

1. 以太网配置 → CC-Link IEF Basic → 添加远程站，站号 5，占用 256 字；

2. 软元件分配：
远程输入（RX）D5000-D5255，远程输出（RY）D6000-D6255；

3. 无需编写 FROM/TO，FX5U 自动 4 ms 循环刷新；

4. 诊断：用 GX Works3 监视 D5000 首字节，bit0=1 表示焊机就绪，bit1=1 表示起弧成功，bit7=1 表示故障报警。

六、MES 对接与 Web 发布

1. 网关内置 HTTP Server，开放 RESTful API；

2. 数据字段：
{“node”:2, “current”:245, “voltage”:29.5, “wireSpeed”:8.2, “energy”:1.47 kWh}

3. 边缘计算：网关在本地缓存 24 h 数据，断网后自动补录，确保 MES 数据完整。

七、调试与测试

1. 27 台焊机并发起弧，持续 2 h，FX5U 在线监视 D5000 计数器无跳变，通信负载 42 %；

2. 在 50 kW 变频器旁 0.5 m 处重复启停，CAN 总线零丢包；

3. 静电放电 ±8 kV 接触、±15 kV 空气，通信未中断，符合 IEC-61000-4-2；

4. 断线模拟：拔掉任意一台焊机 CAN 支线，网关 200 ms 内报警，FX5U 立即置位 D6255 故障位，MES 弹窗，实现闭环安全。

八、运行效果

1. 工艺透明：电流、电压实时曲线在手机 APP 可见，质检员无需再进现场抄表；

2. 能耗下降：通过在线能耗对比，发现 3 号工位电流设定偏高 10 A，调参后单台焊机节电 0.8 kWh/h，全年节电 17 万 kWh；

3. 故障定位：过去焊机异常需 30 min 排查，现在通过网关诊断字 5 s 锁定节点，维护效率提升 80 %；

4. 扩展无忧：2025 年 10 月新增 5 台 CANopen 除尘站，仅修改映射表，PLC 程序零改动，即插即用。

九、经验总结

1. 协议转换网关是传统制造业“低成本、高可靠”升级的最佳捷径；

2. 选型时必须确认网关的 CAN 主站带载能力（≥32 节点）、PDO 周期（≤4 ms）及与 OTC 焊机兼容性，远创智控 YC-CCLKIE-CAN 在 27 节点 4 ms 场景下表现稳定；

3. 映射表与诊断字需提前规划，方便 PLC 直接复用原有报警算法；

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

5. 边缘计算与 RESTful API 为后续接入 5G、数字孪生奠定了数据基础。

通过远创智控YC-CCLKIE-CAN工业级协议转换网关，本项目在“零改动”前提下实现三菱 FX5U 与 OTC CANopen 焊机高速互联，为钢结构行业打造了一条可复制、可推广的“5G+工业互联网”示范产线，也成为江苏省 2025 年度智能焊接标杆案例。