一、項目背景

隨著全球能源結構向清潔化轉型，儲能系統(tǒng)（ESS）作為新能源并網(wǎng)的核心基礎設施，正迎來爆發(fā)式增長。某新能源科技公司在其50MWh集裝箱式儲能項目中，面臨異構網(wǎng)絡融合難題：底層電池管理系統(tǒng)（BMS）采用EtherCAT協(xié)議（如華為FusionModule800），逆變器（如固德威SDTG3系列）支持ProfiNet協(xié)議，而上層監(jiān)控需通過西門子S7-1500PLC（ProfiNet主站）實現(xiàn)統(tǒng)一管理。在此背景下，遠創(chuàng)智控CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關成為解決多協(xié)議設備協(xié)同控制的關鍵技術工具。

二、系統(tǒng)需求

1.設備兼容性：需將三菱iQ-R系列PLC（CCLinkIE主站）與BeckhoffEL6022EtherCATIO模塊無縫連接，實現(xiàn)對BMS和逆變器的實時監(jiān)控。

2.實時性要求：電池簇電壓、溫度等參數(shù)需以μs級同步采集，逆變器功率指令響應時間需控制在1ms以內。

3.可靠性設計：支持雙網(wǎng)關冗余配置，確保系統(tǒng)在網(wǎng)絡故障時仍能穩(wěn)定運行。

4.數(shù)據(jù)整合：將EtherCAT設備的高精度數(shù)據(jù)與ProfiNet設備的狀態(tài)信息統(tǒng)一映射至PLC，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的全局優(yōu)化控

三、解決方案

核心設備選型：

CCLinkIE主站：三菱iQ-R系列R04ENCPU，支持CCLinkIEFieldBasic協(xié)議，提供1Gbps通信帶寬。

EtherCATIO模塊：BeckhoffEL6022EtherCAT耦合器，支持65,535個I/O點動態(tài)映射，兼容分布式時鐘同步。

協(xié)議轉換網(wǎng)關：CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關，實現(xiàn)CCLinkIE與EtherCAT的雙向數(shù)據(jù)轉換，支持500字節(jié)輸入/輸出數(shù)據(jù)帶寬，同步誤差<1μs。

網(wǎng)絡架構設計：

1.EtherCAT子網(wǎng)：BeckhoffEL6022通過光纖連接華為BMS，實現(xiàn)電池簇電壓、溫度的μs級同步采集。

2.CCLinkIE子網(wǎng)：三菱R04ENCPU通過千兆以太網(wǎng)連接CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關，作為CCLinkIE主站下發(fā)控制指令。

3.協(xié)議轉換層：CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關部署于兩個子網(wǎng)之間，通過硬件加速和協(xié)議棧優(yōu)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的無損轉換與同步機制融合。

四、系統(tǒng)架構

硬件拓撲：

·PLC層：三菱iQ-RR04ENCPU（CCLinkIE主站）通過網(wǎng)線連接CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關

·網(wǎng)關層：CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關作為CCLinkIE從站與EtherCAT主站，分別接入CCLinkIE網(wǎng)絡和EtherCAT網(wǎng)絡。

·設備層：BeckhoffEL6022通過EtherCAT總線連接華為BMS，采集電池簇數(shù)據(jù)；固德威逆變器通過ProfiNet連接至西門子PLC（圖略）。

數(shù)據(jù)流向：

1.上行數(shù)據(jù)：BMS通過EtherCAT將電壓、溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至EL6022，經EtherCAT轉CCLinkIE協(xié)議轉換網(wǎng)關轉換為CCLinkIE格式后上傳至三菱PLC。

2.下行指令：三菱PLC通過CCLinkIE下發(fā)功率調節(jié)指令至CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關，轉換為EtherCAT信號后控制BMS的充放電策略。

五、實施過程

1.硬件配置

·PLC與網(wǎng)關連接：使用CAT6A雙絞網(wǎng)線將三菱R04ENCPU的RJ45接口與EtherCAT轉CCLinkIE的CCLinkIE端口連接，確保通信速率達1Gbps。

·網(wǎng)關與EtherCAT設備連接：通過EtherCAT專用電纜將EtherCAT轉CCLinkIE的EtherCAT端口與BeckhoffEL6022耦合器連接，支持菊花鏈拓撲。

·電源與接地：為EtherCAT轉CCLinkIE提供24VDC電源（±5%容差），并通過DIN導軌接地，確保抗干擾能力。

3.軟件配置

三菱GXWorks3設置：

新建CCLinkIE網(wǎng)絡，配置網(wǎng)關為從站，輸入/輸出數(shù)據(jù)長度各設為500字節(jié)。

映射BMS數(shù)據(jù)至PLC的專用數(shù)據(jù)塊（如DB100），定義逆變器控制指令輸出區(qū)（如DB101）。

BeckhoffTwinCAT3設置：

o掃描EtherCAT網(wǎng)絡，自動識別EL6022模塊及華為BMS設備。

o配置分布式時鐘同步，確保EtherCAT設備與網(wǎng)關的時間誤差<1μs。

·CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關配置：

o使用遠創(chuàng)智控專用配置工具，設置CCLinkIE從站地址（如0x01）和EtherCAT主站參數(shù)（如同步模式為DC-Synchronous）。

o啟用數(shù)據(jù)幀映射表，將EtherCAT的PDO（過程數(shù)據(jù)對象）與CCLinkIE的循環(huán)數(shù)據(jù)塊一一對應。

3.系統(tǒng)聯(lián)調

·通信測試：通過Wireshark抓包分析，驗證CCLinkIE周期200μs、EtherCAT周期100μs，網(wǎng)關延遲<10μs。

·功能驗證：模擬電池過溫場景，測試PLC從接收到告警信號到觸發(fā)主動停機的時間（實測<80ms）。

·冗余測試：斷開主網(wǎng)關電源，驗證備網(wǎng)關在500ms內完成切換，數(shù)據(jù)傳輸無中斷。

六、應用效果

1.實時性提升：

o電池簇均流誤差從±5%降至±1.5%，系統(tǒng)可用容量提升8%。

oEtherCAT設備與CCLinkIE設備的同步精度達±500ns，滿足儲能系統(tǒng)μs級控制需求。

2.維護成本降低：

o設備故障定位時間從30分鐘縮短至5分鐘，年維護成本減少30%。

o無需替換原有CCLinkIE網(wǎng)絡，僅通過網(wǎng)關接入新EtherCAT設備，節(jié)省硬件投資約40%。

3.擴展性增強：

o支持后續(xù)接入更多EtherCAT設備（如振動監(jiān)測模塊），系統(tǒng)節(jié)點擴展至120個仍保持穩(wěn)定。

七、總結與展望

CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關在新能源儲能系統(tǒng)中的成功應用，驗證了其在多協(xié)議集成場景下的可靠性與高效性。通過無縫連接三菱PLC與BeckhoffIO模塊，該方案不僅解決了異構網(wǎng)絡的通信壁壘，更通過實時數(shù)據(jù)交互與同步機制，顯著提升了儲能系統(tǒng)的運行效率與安全性。未來，隨著時間敏感網(wǎng)絡（TSN）技術的普及，CCLinkIE轉EtherCAT協(xié)議轉換網(wǎng)關有望進一步與OPCUA等標準融合，為能源行業(yè)的智能化升級提供更靈活的解決方案。

（具體內容配置過程及其他相關咨詢可聯(lián)系付工。）

審核編輯 黃宇