使用場景：倍福 PLC 與 Profinet 伺服從站通信

一、項(xiàng)目背景

在一個先進(jìn)的自動化制造工廠中，生產(chǎn)線的運(yùn)動控制部分采用了西門子伺服系統(tǒng)及其IO模塊，其通信協(xié)議為Profinet。而整個生產(chǎn)線的核心控制單元是倍福 PLC，采用EtherCAT協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)線的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，需要將這兩個不同協(xié)議的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行無縫連接，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和實(shí)時交互。那么使兩邊設(shè)備通訊需要中間用到一個協(xié)議網(wǎng)關(guān)，推薦捷米特JM-PNM-ECT.

設(shè)備簡介

捷米特JM-PNM-ECT主要實(shí)現(xiàn)了Profinet主站(簡稱PNM)和EtherCAT從站(簡稱ECT)。模塊作為ECT從站接入到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中。比如連接到倍福PLC，模塊作為PN主站，其可連接標(biāo)準(zhǔn)的PN從站設(shè)備。

Profinet支持最大的輸出字節(jié)數(shù)為1440字節(jié)，最大的輸入字節(jié)為1440字節(jié)，輸入輸出字節(jié)的長度由TIA Portal設(shè)定，支持的最多16個槽位;

支持標(biāo)準(zhǔn)的Profinet IO協(xié)議;

二、挑戰(zhàn)分析

1.協(xié)議差異問題

Profinet和EtherCAT 是兩種不同架構(gòu)和規(guī)則的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。它們在數(shù)據(jù)幀格式、通信機(jī)制、數(shù)據(jù)處理方式等方面存在顯著差異。這使得西門子伺服 IO 模塊與倍福 PLC 無法直接通信，需要一個可靠的協(xié)議轉(zhuǎn)換解決方案。

2.數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時性要求

在自動化制造過程中，伺服系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)，如位置指令、速度設(shè)定、轉(zhuǎn)矩限制等，以線停機(jī)。

3.系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性

隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，可能會增加新的西門子伺服設(shè)備或?qū)Ρ陡LC的功能進(jìn)行擴(kuò)展。因此，所采用的協(xié)議轉(zhuǎn)換方案需要與現(xiàn)有系統(tǒng)良好兼容，并具備可擴(kuò)展性，以適應(yīng)未來的變化。

三、捷米特JM-PNM-ECT解決方案

1. 高效的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能

捷米特JM-PNM-ECT網(wǎng)關(guān)專門針對Profinet和EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)。它能夠準(zhǔn)確地將西門子伺服IO模塊通過Profinet發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合EtherCAT格式的數(shù)據(jù)，供倍福PLC識別和處理，反之亦然。例如，伺服的位置設(shè)定值可以精確地從 Profinet側(cè)轉(zhuǎn)換到EtherCAT側(cè)，使PLC對伺服的位置控制更加精準(zhǔn)。

2. 數(shù)據(jù)質(zhì)量保障

該網(wǎng)關(guān)采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行嚴(yán)格的校驗(yàn)和糾錯。同時，通過優(yōu)化的緩存和傳輸機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時性。在實(shí)際測試中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率高達(dá)99.8%以上，從伺服IO模塊采集數(shù)據(jù)到PLC處理的延遲時間控制在30ms以內(nèi)，滿足了生產(chǎn)線上對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時性的嚴(yán)格要求。

3. 出色的兼容性和可擴(kuò)展性

YC-PNM-ECT 網(wǎng)關(guān)與西門子伺服IO 模塊和倍福PLC的兼容性良好。在安裝和配置過程中，無需對原有設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜的修改。而且，當(dāng)需要增加新的伺服設(shè)備或擴(kuò)展PLC的功能時，只需簡單地在網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行配置調(diào)整，即可輕松實(shí)現(xiàn)新設(shè)備的接入和通信，大大降低了系統(tǒng)升級的難度和成本。

四、實(shí)施效果

1. 生產(chǎn)效率提升

通過使用捷米特JM-PNM-ECT網(wǎng)關(guān)，西門子伺服和倍福PLC 之間實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的通信。生產(chǎn)線的運(yùn)行更加流暢，設(shè)備的停機(jī)時間大幅減少。生產(chǎn)效率相比之前提高了約30%，有效提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2. 產(chǎn)品質(zhì)量提高

由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時性得到保障，伺服系統(tǒng)對PLC指令的響應(yīng)更加精確。這使得產(chǎn)品的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性得到顯著提高，產(chǎn)品合格率提升了約20%，減少了因質(zhì)量問題導(dǎo)致的廢品和返工。

3. 系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性增強(qiáng)

網(wǎng)關(guān)的可擴(kuò)展性使企業(yè)在面對生產(chǎn)工藝的變化和市場需求的調(diào)整時更加從容?？梢苑奖愕貙ιa(chǎn)線進(jìn)行升級和改造，為企業(yè)的長期發(fā)展提供了有力支持。

五、產(chǎn)品使用方法

1.配置模塊

1.正確連接電源，通過PN口將ECS-PNM與PC相連，給ECS-PNM上電;

2.打開PROFINET Manager，根據(jù)需求在配置軟件中進(jìn)行配置，包PN主站、從站屬性參數(shù)等;

3.在PROFINET Manager中配置相應(yīng)的組態(tài)，包括要配置的模塊，目標(biāo)設(shè)備的 IP地址及設(shè)備名稱;

4.點(diǎn)擊工具欄中的“生成程序”、“下載 程序”按鈕，將配置下載到ECS-PNM中

5.等待大約 10秒目標(biāo)設(shè)備會與 ECS-PNM之間建立連接，此時PN指示燈燈常亮。

2. 參數(shù)設(shè)置步驟

2.1 軟件安裝

1. 雙擊安裝包，提示使用PROFINET Manager安裝程序，點(diǎn)擊下一步;

2.彈出對話框如下圖所示，選擇安裝位置，點(diǎn)擊下一步;

3. 選擇是否創(chuàng)建桌面快捷方式，點(diǎn)擊安裝

4 . 安裝完畢

2.22網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

配置工程的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下 :

2.23GSDML文件導(dǎo)入

將PROFINET 從站GSDML文件復(fù)制至軟件安裝路徑下的GSDML文件夾中，例如：C:Program Files (x86)1PROFINET ManagerGSDML或者通過菜單欄“選項(xiàng)”中的“操作”選擇導(dǎo)入GSDML實(shí)現(xiàn)GSDML加載;點(diǎn)擊“導(dǎo)入GSDML”彈出“選擇導(dǎo)入的文件”對話框，查找GSDML的路徑文件打開即可;或者點(diǎn)擊

來進(jìn)行快捷添加GSDML文件導(dǎo)入完成之后可以選擇重啟軟件進(jìn)行更新GSDML目錄文件，也可以點(diǎn)擊快捷欄

來進(jìn)行更新GSDML目錄文件。

查看PROFINET 從站GSDML已添加至設(shè)備窗口“從屬設(shè)備”樹狀結(jié)構(gòu)下，如下圖所示 :

2.24 PROFINET配置

1. 新建工程

點(diǎn)擊文件--新建工程,模塊添加成功并生成PROFINET總線網(wǎng)絡(luò)，或者點(diǎn)擊狀態(tài)欄

第一個選項(xiàng)可快速生成工程，如下圖所示 :

2. 查看主站設(shè)備參數(shù)

PN IO主站參數(shù)里查看主站名稱IP地址設(shè)置主站的通訊周期,

PNIO I/O映射里面 查看模塊I/O的基本命令。

點(diǎn)擊模塊信息，可以查看模塊的基本信息。如下圖所示 :

3. 添加從站設(shè)備

點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)備列表，選擇你要添加的從站設(shè)備雙擊或者右鍵點(diǎn)擊添加到配置來添加設(shè)備，添加完成設(shè)備會在左側(cè)工程中顯示，如下圖所示 :

4. 搜索從站設(shè)備

(1) 鼠標(biāo)選中任意從站設(shè)備，單擊右鍵選擇分配設(shè)備名稱，進(jìn)入圖下所示界面 :

(2) 點(diǎn)擊更新列表，點(diǎn)擊分配設(shè)備名稱，寫入成功后從站設(shè)備名稱更新為 GXPI-DIO16-E-1

5. 查看從站設(shè)備參數(shù)

(1)在“從站列表”標(biāo)簽頁，配置從站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，點(diǎn)擊slot (0x0)可以查看包括IP地址子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址、IO的通訊周期和看門狗的通訊周期，配置完成點(diǎn)擊“確認(rèn)”，如下圖所示 :

(2)點(diǎn)擊slot(0x1)可以查看輸入輸出的命令，如下圖所示 :

(3)點(diǎn)擊主站，選擇PNIO I/O映射，可以在主站里查看每個從站的輸入輸出命令和I/O映射

3. EtherCAT側(cè)參數(shù)設(shè)置步驟

打開TwinCAT XAE Shell

，選擇文件，選擇新建，選擇項(xiàng)目后，點(diǎn)擊項(xiàng)目，如下圖所示:

在點(diǎn)擊項(xiàng)目完成后，會彈出對話框，點(diǎn)擊左側(cè)TwinCAT Projects，接著點(diǎn)擊TwinCAT XAE Project (XML format)，配置下方項(xiàng)目名稱、路徑等信息，點(diǎn)擊確定。如下圖所示 :

項(xiàng)目創(chuàng)建完成后，進(jìn)入如下圖所示界面 :

準(zhǔn)備相應(yīng) 的ESI文件，將ESI文件放入C盤TwinCAT目錄中，進(jìn)入C盤選擇TwinCAT→3.1→Config→I/O→EtherCAT將模塊的XML復(fù)制到EtherCAT的文件中，如下圖所示 :

雙擊左側(cè)菜單欄I/O，選擇Devices，右鍵，選擇添加新項(xiàng)，如下圖所示 :

點(diǎn)擊添加新項(xiàng)后，彈出對話框，點(diǎn)擊EtherCAT Master，右下角選擇PC only，選擇完成后，點(diǎn)擊OK如下圖所示 :

在添加完成主站后,會彈出選擇網(wǎng)卡對話框，選擇以太網(wǎng)卡，點(diǎn)擊OK，如下圖所示

右鍵雙擊Device1，選擇Scan，搜索所連接I/O設(shè)備，(需將PC網(wǎng)口跟模塊輸入網(wǎng)口連接)如下圖所示 :

Scan完成后，Device 1下面會自動出現(xiàn)所連接的模塊

此時，模塊側(cè)配置已經(jīng)完成，點(diǎn)擊Device 1 →On Line,可以看到此時模塊處于SAFE OP狀態(tài)，如下圖所示 :

4.結(jié)論

(一)通信問題的有效解決

遠(yuǎn)創(chuàng)智控 YC - PNM - ECT 成功地解決了 Profinet 和 EtherCAT 這兩種不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議之間的兼容性問題。它在西門子伺服 IO 模塊和倍福 PLC 之間搭建了穩(wěn)定的通信橋梁，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，使原本因協(xié)議差異無法直接通信的設(shè)備能夠協(xié)同工作。

(二)保障生產(chǎn)質(zhì)量和效率

數(shù)據(jù)質(zhì)量保障：在數(shù)據(jù)傳輸方面，通過高精度的轉(zhuǎn)換和校驗(yàn)機(jī)制，確保了從位置指令、速度設(shè)定到實(shí)際反饋數(shù)據(jù)等關(guān)鍵信息的準(zhǔn)確性，極大地減少了因數(shù)據(jù)錯誤導(dǎo)致的生產(chǎn)故障。同時，優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸路徑和算法保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時性，使伺服系統(tǒng)能及時響應(yīng) PLC 的控制指令，從而保障了產(chǎn)品加工的精度和一致性，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

生產(chǎn)效率提升：穩(wěn)定的通信環(huán)境減少了設(shè)備停機(jī)時間和調(diào)試時間。設(shè)備之間的高效協(xié)作使得整個生產(chǎn)流程更加順暢，生產(chǎn)效率得到了可觀的提升，為企業(yè)帶來了直接的經(jīng)濟(jì)效益。

(三)系統(tǒng)可擴(kuò)展性和兼容性優(yōu)勢

兼容性：該網(wǎng)關(guān)與西門子伺服 IO 模塊和倍福 PLC 的現(xiàn)有系統(tǒng)兼容性良好，在安裝和配置過程中無需對設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造或重新編程，降低了實(shí)施成本和技術(shù)難度。

可擴(kuò)展性：滿足了企業(yè)長期發(fā)展需求，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大或工藝改進(jìn)需要增加新的伺服設(shè)備或擴(kuò)展 PLC 功能時，YC - PNM - ECT 可以輕松應(yīng)對。只需簡單的配置調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)新設(shè)備的無縫接入，為企業(yè)生產(chǎn)線的升級和改造提供了有力支持，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。

總的來說，捷米特JM-PNM-ECT在西門子伺服 IO 模塊與倍福 PLC 的通信應(yīng)用中表現(xiàn)出色，是提高自動化生產(chǎn)系統(tǒng)性能、質(zhì)量和可擴(kuò)展性的理想選擇。

審核編輯 黃宇