一、 项目背景
华东某头部光伏组件企业 2025 年新建 3.2 GW 全兼容接线盒组装线，节拍目标 ≤ 18 s/块。主线控制沿用成熟方案：欧姆龙机器自动化控制器 NJ501-1340（EtherCAT 主站，内置 64 轴同步功能），但叠焊、修边、引出线定位 3 个工位必须采用雷赛 CL3-EC 系列步进驱动器（仅支持 ProfiNet）。协议壁垒导致 PLC 无法直接下发脉冲、读取报警，若新增 EtherCAT 步进则面临 6 周货期与 30% 成本溢价。最终，项目团队引入“远创智控”YC-PNM-ECT工业级协议转换网关，让 ProfiNet 步进像“原生 EtherCAT 从站”一样被 NJ501 统一管理，实现毫秒级同步、零停机改造。

二、设备清单

1. 主站 PLC：欧姆龙 NJ501-1340，Sysmac Studio V1.52，EtherCAT 周期 1 ms

2. 步进驱动器：雷赛 CL3-EC573S-PN，ProfiNet IRT，支持 64 细分，共 18 轴

3. 协议网关：远创智控 YC-PNM-ECT协议转换网关，双以太网口，24 VDC/200 mA，IP20，导轨安装

4. 交换机：赫斯曼 OCTOPUS 8M-EEC，千兆环网冗余，M12-D 编码

5. 电源：菲尼克斯 QUINT-PS/1AC/24DC/20A，冗余并联，与 PLC 共地

6. 线缆：超五类屏蔽双绞线，EtherCAT 段≤30 m，ProfiNet 段≤50 m

三、网络拓扑
NJ501-1340（EtherCAT 主站）←→ YC-PNM-ECT（EtherCAT 从站 + ProfiNet 主站）←→ 18×CL3-EC573S-PN（ProfiNet 从站）
拓扑要点：

1. EtherCAT 采用线型拓扑，网关末端启用 120 Ω 终端电阻；

2. ProfiNet 侧星型连接，每 4 台驱动器为一组，经交换机级联，保证 IRT 时钟域一致；

3. 网关不占用 PLC 轴授权，仅作为“虚拟 18 轴 EtherCAT 从站”映射数据。

四、硬件安装
第 1 步：35 mm DIN 导轨锁紧网关，左侧留 30 mm 散热空间，右侧布置 24 V 电源，PE 端子单独接地，实测接地电阻 0.3 Ω。
第 2 步：EtherCAT IN/OUT 采用 M12-D 编码接头，屏蔽层 360°压接；ProfiNet 口 RJ45 金属壳跳线，长度 22 m，弯曲半径≥ 8 倍线径。
第 3 步：上电自检——网关 PWR 灯常亮，ECT 灯由红→绿闪烁，表示 EtherCAT 进入 PRE-OP；PN 灯红→绿常亮，表示 ProfiNet 设备名称已分配，可进入数据交换。
第 4 步：驱动器侧设置——通过雷赛 ProTuner 软件批量分配站号 1~18，IRT 周期 2 ms，输入 20 Byte（状态字+实际位置+报警码），输出 20 Byte（控制字+目标位置+加速度)。

五、软件配置
A. EtherCAT 侧（Sysmac Studio）

1. 导入网关 ESI 文件“YC-PNM-ECT_V2.3.xml”，拖入 EtherCAT 网络，自动分配站地址 1001；

2. 建立 2 个 PDO 映射：
– TxPDO 360 Byte（PLC→网关，含 18 轴控制字、目标位置、加速度、减速度）
– RxPDO 360 Byte（网关→PLC，含 18 轴状态字、实际位置、报警码、扭矩百分比）

3. 设置 DC 模式，同步窗口 125 μs，让 EtherCAT 与 ProfiNet 时钟误差<±50 μs；

4. 在“轴设置”中将 18 个虚拟轴关联到对应 PDO 偏移，保持与雷赛驱动器 1:1 映射。

B. ProfiNet 侧（YC-PNM-ECT ConfigTool V1.6）

1. 扫描网络，自动识别 18 台 CL3-EC573S-PN，分配设备名称“STEP_01”~“STEP_18”；

2. 配置 IRT 域，通信周期 2 ms，输入/输出各 20 Byte，与驱动器实际长度一致；

3. 建立数据映射表：
– 网关→驱动器：控制字（UINT16）、目标位置（INT32）、加速度（UINT16）
– 驱动器→网关：状态字（UINT16）、实际位置（INT32）、报警码（UINT16）

4. 启用“分布式时钟输出补偿”，让步进插补脉冲与 EtherCAT 主站时钟同步，减少 0.05 mm 级定位超调；

5. 一键下载配置至网关并保存为 .xml，重启后进入 OP 状态，PN 灯绿色常亮。

六、调试与优化

1. 空载测试：NJ501 以 500 mm/s 速度往复运动 200 mm，示波器实测整定时间 42 ms，无过冲；

2. 负载测试：叠焊工位加装 1.2 kg 焊头，重复定位精度±0.02 mm，满足光伏板±0.1 mm 工艺要求；

3. 节拍验证：单块组件 18 s 节拍内，18 轴同步完成 6 次定位，网关 CPU 占用率 38%，余量充足；

4. 冗余测试：拔掉任意一台驱动器网线，网关 3 ms 内上报“从站丢失”，PLC 立即触发“降速运行”模式，避免整线停机；

5. 温度漂移：连续运行 24 h，环境温度 28~35 ℃，网关外壳温升 11 ℃，时钟抖动<±0.5 μs，定位精度无变化。

七、经验总结
光伏板组装线对节拍、精度、可靠性要求极高，YC-PNM-ECT工业级协议转换网关以“毫秒级同步、零停机改造”成功打通 EtherCAT 与 ProfiNet 协议壁垒，让欧姆龙 PLC 像控制本地轴一样驾驭雷赛步进。该模式已复制到企业另两条串焊线，并计划推广至接线盒激光焊、排版机器人等更多混合协议场景，为光伏行业柔性制造与后续数字孪生升级奠定了坚实基础。