一、項(xiàng)目背景

2024 年底，華東某精密機(jī)電一體化車間啟動(dòng)"多軸柔性加工單元"擴(kuò)建。既有產(chǎn)線主控為三菱 MELSEC iQ-R 系列 PLC（R04CPU，固件 46J），現(xiàn)場(chǎng)層沿用 CC-Link IE Field Basic（以下簡(jiǎn)稱 CCLKIEFB）總線，周期 4 ms，已穩(wěn)定驅(qū)動(dòng) 14 臺(tái)遠(yuǎn)程 I/O 與 4 臺(tái) FR-E800 變頻器。新增 3 套龍門式加工模組，每模組配 8 臺(tái)三菱 MELSERVO-J5 伺服驅(qū)動(dòng)器（型號(hào) MR-J5-10A-UN），僅支持 CCLKIEFB；而車間級(jí)中央 SCADA 已整體遷移到匯川 AC800 系列 PLC（型號(hào) AC801-1608-TCP），主站協(xié)議為 EtherCAT，要求 1 ms 同步、抖動(dòng)＜50 ns，且不允許改動(dòng)原有 R04CPU 程序。

經(jīng)評(píng)估，若整體更換 R04CPU 為 EtherCAT 主站，需重新驗(yàn)證 200 余條工藝 FB，停機(jī) 2 周，費(fèi)用超 80 萬元。最終，用戶選用"遠(yuǎn)創(chuàng)智控 YC-CCLKIEM-ECT工業(yè)級(jí)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，讓網(wǎng)關(guān)充當(dāng) CCLKIEFB 主站去驅(qū)動(dòng)三菱伺服，同時(shí)以 EtherCAT 從站身份接入?yún)R川 AC800，實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)并行、數(shù)據(jù)互通。

二、關(guān)鍵設(shè)備清單

·協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)：遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-CCLKIEM-ECT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，固件

·伺服驅(qū)動(dòng)器：三菱 MR-J5-10A-UN，共 24 臺(tái)

·伺服電機(jī)：三菱 HG-KN13J-S100，23 位絕對(duì)值編碼器

·新主控 PLC：匯川 AC801-1608-TCP，EtherCAT 主站

·觸控交換機(jī)：赫斯曼 OCTOPUS 8M-EEC，IP67 防護(hù)

·工程筆記本：安裝 YC-GateConfig V2.3.7、InoProShop V1.7.4、GX Works3 V1.065T

三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c接線

1.CCLKIEFB 側(cè)

·網(wǎng)關(guān) Port1（RJ45）→赫斯曼交換機(jī)→MR-J5 驅(qū)動(dòng)器 CN11 口；

·拓?fù)洌嚎偩€型，站號(hào) 1~24，每站 256 Byte 輸入/256 Byte 輸出，總計(jì) 6 kB 循環(huán)數(shù)據(jù)；

·刷新周期：1 ms，網(wǎng)關(guān)自動(dòng)廣播"Refresh"幀，保證伺服 16 kHz 電流環(huán)與 4 kHz 速度環(huán)實(shí)時(shí)跟隨。

2.EtherCAT 側(cè)

·網(wǎng)關(guān) Port2（EtherCAT IN）→AC801 Port0；

·拓?fù)洌壕€型，DC-Sync 模式，分布時(shí)鐘抖動(dòng)實(shí)測(cè) 18 ns；

·過程數(shù)據(jù)：RxPDO 6040h（控制字）、607Ah（目標(biāo)位置）、60FFh（目標(biāo)速度）；TxPDO 6041h（狀態(tài)字）、6064h（實(shí)際位置）、6077h（實(shí)際電流）。

3.電氣安裝

·網(wǎng)關(guān) DIN 導(dǎo)軌固定，24 VDC±5% 供電，最大功耗 3.5 W；

·動(dòng)力電纜與 EtherCAT 屏蔽雙絞線分槽布線，接地電阻＜1 Ω；

·在變頻器旁 0.5 m 處做 50 kW 反復(fù)啟停測(cè)試，通信零丟包，符合 IEC 61000-4-2 四級(jí)要求

四、網(wǎng)關(guān)參數(shù)配置

1.硬件初始化
上電后，按住網(wǎng)關(guān)"SET"鍵 5 s，RUN 燈快閃即進(jìn)入維護(hù)模式；PC 網(wǎng)卡設(shè)為 192.168.1.10，瀏覽器訪問 192.168.1.11，導(dǎo)入最新 ESI 文件"YC-CCLKIEM-ECT_V237.xml"。

2.CCLKIEFB 主站配置

·協(xié)議版本：CCLKIEFB Basic V1.10；

·站信息：從站數(shù) 24，每站映射 256 Byte I/O，占用總線帶寬 48 kB/s；

·掃描列表：1~24 號(hào)站對(duì)應(yīng)軸 1~24，與 MR-J5 旋轉(zhuǎn)開關(guān) S1 一致；

·異常策略：若某站斷線，網(wǎng)關(guān)自動(dòng)填充"0"，并向 EtherCAT 側(cè)發(fā)送報(bào)警字 16#EE01，保證 AC801 及時(shí)觸發(fā)安全 FB。

3.EtherCAT 從站配置

·同步周期：1 ms，Shift Time 250 μs；

·PDO 長(zhǎng)度：輸入 48 Byte（24×2 Byte 狀態(tài)字+24×2 Byte 保留），輸出 48 Byte（24×2 Byte 控制字+24×2 Byte 保留）；

·分布時(shí)鐘：使能 DC，抖動(dòng)容限 ±50 ns；

·狀態(tài)機(jī)：支持 OP→Safe-OP→Init 自動(dòng)降級(jí)，重連時(shí)間＜30 ms。

4.數(shù)據(jù)映射
在 YC-GateConfig 的"Memory Map"窗口，將 CCLKIEFB 側(cè) D 區(qū)與 EtherCAT PDO 直接拖拽綁定：

·R0~R23 對(duì)應(yīng) 24 軸目標(biāo)位置（D3000~D3023）；

·T0~T23 對(duì)應(yīng) 24 軸實(shí)際位置（D4000~D4023）。
下載后網(wǎng)關(guān)重啟，RUN 燈常綠，AC801 側(cè)顯示 24 軸全部進(jìn)入 OP

五、PLC 程序設(shè)計(jì)

1.三菱側(cè)（GX Works3）
沿用既有定位 FB"MC_MoveAbsolute_J5"，僅把軸號(hào) 1~24 的"PositionCommand"與"D3000+軸號(hào)"綁定，無需修改任何邏輯。

2.匯川側(cè)（InoProShop）

·新建軸組"G1"，調(diào)用"InoMotionSingleAxis"庫(kù)，把 PDO 映射到 %IW0~%IW47、%QW0~%QW47；

·主循環(huán) 1 ms，調(diào)用 24 個(gè)實(shí)例，位置環(huán)增益 Kp=60，前饋增益 Kv=60%，與 MR-J5 內(nèi)部增益匹配；

·報(bào)警接口：當(dāng) EtherCAT 狀態(tài)字 bit3=1，立即觸發(fā)"GroupStop"，50 ms 內(nèi)所有軸減速至 0。

3.數(shù)據(jù)對(duì)齊
由于 CCLKIEFB 與 EtherCAT 刷新周期均為 1 ms，網(wǎng)關(guān)內(nèi)部采用"幀尾對(duì)齊"策略，確保兩端數(shù)據(jù)時(shí)延＜1 ms；實(shí)測(cè) 24 軸同步誤差最大 0.02 mm，遠(yuǎn)高于±0.1 mm 工藝要求

六、調(diào)試與性能驗(yàn)證

1.空載測(cè)試

·24 軸同時(shí)回零，采用 CiA402 方式 17（原點(diǎn)+Z 脈沖），回零速度 20 mm/s，爬行 2 mm/s，全部完成 3.8 s；

·單軸往復(fù) 300 mm，加減速 0.5 g，定位誤差≤±0.015 mm。

2.滿載測(cè)試

·加工鋁合金手機(jī)中框，節(jié)拍 28 件/min，連續(xù)運(yùn)行 96 h；

·統(tǒng)計(jì)結(jié)果：CCLKIEFB 零丟包，EtherCAT 同步抖動(dòng) 18 ns，產(chǎn)品良率由 96.7% 提升到 99.4%，日減產(chǎn)廢品 180 件。

3.故障模擬

·拔掉第 12 軸網(wǎng)線，網(wǎng)關(guān) 15 ms 內(nèi)將報(bào)警字寫入 D4023，AC801 立即停機(jī)，未造成工裝碰撞；

·恢復(fù)網(wǎng)線后，30 ms 自動(dòng)上線，無需重新回零。。

八、項(xiàng)目總結(jié)

借助 YC-CCLKIEM-ECT工業(yè)級(jí)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，用戶在 3 天內(nèi)完成硬件安裝、2 天完成軟件調(diào)試，整條產(chǎn)線提前 10 天投產(chǎn)，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益 300 余萬元。未來，該車間還計(jì)劃把剩余 6 條老舊脈沖伺服線，全部通過同型號(hào)網(wǎng)關(guān)接入?yún)R川 EtherCAT 主站，實(shí)現(xiàn)車間級(jí)一網(wǎng)到底的數(shù)字化升級(jí)。

審核編輯 黃宇