一、項(xiàng)目背景

新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，作為其核心部件的新能源電池，其生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化水平直接影響著電池的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。在某新能源電池生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線上，PLC控制系統(tǒng)基于西門子ProfiNet協(xié)議搭建，而部分變頻器設(shè)備采用CAN協(xié)議進(jìn)行通信，這使得設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互存在障礙，影響了生產(chǎn)線的整體協(xié)同運(yùn)作與生產(chǎn)效率，亟需一種可靠的協(xié)議轉(zhuǎn)換解決方案來實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議設(shè)備之間的無縫通信與協(xié)同工作。

二、企業(yè)需求痛點(diǎn)

·設(shè)備通信不兼容：西門子S7-1500PLC支持ProfiNet協(xié)議，而生產(chǎn)線上的匯川MD300系列變頻器采用CAN協(xié)議，兩者無法直接通信，導(dǎo)致變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)上傳至PLC控制系統(tǒng)，PLC也無法對(duì)變頻器進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)控制。

·生產(chǎn)效率受限：由于通信不暢，無法及時(shí)調(diào)整變頻器的運(yùn)行狀態(tài)以適配生產(chǎn)需求，影響了生產(chǎn)線的運(yùn)行效率與產(chǎn)能，尤其是在生產(chǎn)過程中變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理，導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間增加。

·數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控困難：無法全面、實(shí)時(shí)地采集變頻器的數(shù)據(jù)，使得生產(chǎn)管理人員難以對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控與分析，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的潛在問題并進(jìn)行優(yōu)化。

三、解決方案

選用遠(yuǎn)創(chuàng)智控ProfiNet轉(zhuǎn)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)來解決上述問題。

·網(wǎng)關(guān)設(shè)備部署：將ProfiNet轉(zhuǎn)CAN網(wǎng)關(guān)安裝在生產(chǎn)線的控制柜中，通過網(wǎng)線將其與西門子S7-1500PLC的ProfiNet接口相連，同時(shí)使用CAN總線電纜將網(wǎng)關(guān)與匯川MD300系列變頻器的CAN接口連接，確保連接牢固可靠，為設(shè)備間的通信建立物理連接。

·系統(tǒng)集成與配置：在西門子博途軟件中，安裝ProfiNet轉(zhuǎn)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的GSD文件，使其成為PLC認(rèn)可的從站設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際接線情況，在博途軟件中進(jìn)行硬件配置和參數(shù)設(shè)置，包括定義CAN總線的波特率、報(bào)文格式以及數(shù)據(jù)映射關(guān)系等，建立PLC與網(wǎng)關(guān)之間、網(wǎng)關(guān)與變頻器之間的通信鏈路。

·PLC程序編寫：編寫PLC控制程序，用于讀取ProfiNet轉(zhuǎn)CAN模塊轉(zhuǎn)換后的變頻器數(shù)據(jù)，如運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、故障信息等，并根據(jù)生產(chǎn)需求和工藝邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的啟停控制、速度調(diào)節(jié)等功能，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，以便生產(chǎn)管理人員進(jìn)行監(jiān)控與分析。

四、設(shè)備技術(shù)參數(shù)

·ProfiNet轉(zhuǎn)CAN網(wǎng)關(guān)：支持標(biāo)準(zhǔn)的ProfiNetIO協(xié)議，ProfiNet支持最多16個(gè)槽位，最大輸入字節(jié)數(shù)為1440字節(jié)，最大輸出字節(jié)為1440字節(jié)，輸入輸出字節(jié)的長(zhǎng)度由TIAPortal設(shè)定；支持通訊模式包括生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式、查詢/應(yīng)答模式；工作溫度為-25℃至70℃；儲(chǔ)存溫度為-40℃至85℃；相對(duì)濕度為5%至95%無冷凝。

·西門子S7-1500PLC：具有高性能的處理能力，支持多種通信協(xié)議，其中ProfiNet接口用于與CAN轉(zhuǎn)ProfiNet協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信；具備豐富的指令集和強(qiáng)大的控制功能，能夠滿足復(fù)雜的自動(dòng)化控制需求。

·匯川MD300系列變頻器：采用CAN協(xié)議進(jìn)行通信，具有良好的控制性能和調(diào)速精度，能夠滿足新能源電池生產(chǎn)線上的各種傳動(dòng)控制需求；具備完善的保護(hù)功能，確保設(shè)備在惡劣工況下的可靠運(yùn)行。

五、實(shí)施過程

·安裝與接線：按照電氣安裝規(guī)范，在控制柜內(nèi)為CAN轉(zhuǎn)ProfiNet網(wǎng)關(guān)預(yù)留合適位置并固定在導(dǎo)軌上，連接好電源線、ProfiNet網(wǎng)絡(luò)線纜以及與變頻器相連的CAN總線電纜，確保所有連接牢固可靠，防止因接觸不良導(dǎo)致通信中斷。

·參數(shù)配置與調(diào)試：在博途軟件中導(dǎo)入CAN轉(zhuǎn)ProfiNet網(wǎng)關(guān)的GSD文件后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行硬件配置和參數(shù)設(shè)置，如設(shè)置網(wǎng)關(guān)的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以及CAN總線的波特率、報(bào)文ID等通信參數(shù)。完成配置后，進(jìn)行通信測(cè)試，檢查PLC與網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)與變頻器之間的通信是否正常，若出現(xiàn)通信異常，及時(shí)排查問題并調(diào)整配置參數(shù)。

·PLC程序調(diào)試與優(yōu)化：編寫好PLC程序后，將其下載至西門子S7-1500PLC中，進(jìn)行功能調(diào)試。通過模擬不同的生產(chǎn)工況，觀察變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與PLC的控制邏輯是否一致，對(duì)出現(xiàn)的控制偏差、數(shù)據(jù)更新延遲等問題進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。

六、應(yīng)用效果

·實(shí)現(xiàn)設(shè)備間無縫通信：CAN轉(zhuǎn)ProfiNet模塊成功地將西門子S7-1500PLC與匯川MD300系列變頻器連接起來，實(shí)現(xiàn)了ProfiNet協(xié)議與CAN協(xié)議之間的高效轉(zhuǎn)換，使得變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地上傳至PLC控制系統(tǒng)，同時(shí)PLC也能及時(shí)、可靠地對(duì)變頻器進(jìn)行控制，解決了設(shè)備通信不兼容的問題。

·提高生產(chǎn)效率：通過PLC對(duì)變頻器的實(shí)時(shí)監(jiān)控與精確控制，能夠根據(jù)生產(chǎn)需求及時(shí)調(diào)整變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，減少了設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)線的運(yùn)行效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)線的停機(jī)時(shí)間減少了約20%，產(chǎn)能得到了有效提升。

·提升產(chǎn)品質(zhì)量：對(duì)變頻器的實(shí)時(shí)精確控制，確保了電池生產(chǎn)過程中相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和一致性，使得生產(chǎn)工藝參數(shù)能夠嚴(yán)格控制在要求范圍內(nèi)，提高了電池的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低了產(chǎn)品的次品率，經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品次品率降低了約15%。

·增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性：CAN轉(zhuǎn)ProfiNet協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的使用，為后續(xù)增加新的CAN總線設(shè)備或?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展提供了便利。當(dāng)需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)改造時(shí)，只需在網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行相應(yīng)的配置和設(shè)置，無需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信架構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本和升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

七、總結(jié)與展望

在新能源電池生產(chǎn)線中，ProfiNet轉(zhuǎn)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用，有效地解決了西門子PLC與CAN總線設(shè)備之間的通信兼容性問題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的無縫通信與協(xié)同工作，提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)提供了有力支持。隨著工業(yè)4.0和智能制造的不斷推進(jìn)，該協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)將在更多行業(yè)和應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用，促進(jìn)不同協(xié)議設(shè)備之間的互聯(lián)互通，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

（具體內(nèi)容配置過程及其他相關(guān)咨詢可聯(lián)系付工。）

審核編輯 黃宇