一、項目背景

2024 年底，華東某精密機電一體化車間啟動"多軸柔性加工單元"擴建。既有產(chǎn)線主控為三菱 MELSEC iQ-R 系列 PLC（R04CPU，固件 46J），現(xiàn)場層沿用 CC-Link IE Field Basic（以下簡稱 CCLKIEFB）總線，周期 4 ms，已穩(wěn)定驅動 14 臺遠程 I/O 與 4 臺 FR-E800 變頻器。新增 3 套龍門式加工模組，每模組配 8 臺三菱 MELSERVO-J5 伺服驅動器（型號 MR-J5-10A-UN），僅支持 CCLKIEFB；而車間級中央 SCADA 已整體遷移到匯川 AC800 系列 PLC（型號 AC801-1608-TCP），主站協(xié)議為 EtherCAT，要求 1 ms 同步、抖動＜50 ns，且不允許改動原有 R04CPU 程序。

經(jīng)評估，若整體更換 R04CPU 為 EtherCAT 主站，需重新驗證 200 余條工藝 FB，停機 2 周，費用超 80 萬元。最終，用戶選用"遠創(chuàng)智控 YC-CCLKIEM-ECT工業(yè)級協(xié)議轉換網(wǎng)關，讓網(wǎng)關充當 CCLKIEFB 主站去驅動三菱伺服，同時以 EtherCAT 從站身份接入?yún)R川 AC800，實現(xiàn)兩網(wǎng)并行、數(shù)據(jù)互通。

二、關鍵設備清單

·協(xié)議轉換網(wǎng)關：遠創(chuàng)智控YC-CCLKIEM-ECT協(xié)議轉換網(wǎng)關，固件

·伺服驅動器：三菱 MR-J5-10A-UN，共 24 臺

·伺服電機：三菱 HG-KN13J-S100，23 位絕對值編碼器

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

·觸控交換機：赫斯曼 OCTOPUS 8M-EEC，IP67 防護

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

三、網(wǎng)絡拓撲與接線

1.CCLKIEFB 側

·網(wǎng)關 Port1（RJ45）→赫斯曼交換機→MR-J5 驅動器 CN11 口；

·拓撲：總線型，站號 1~24，每站 256 Byte 輸入/256 Byte 輸出，總計 6 kB 循環(huán)數(shù)據(jù)；

·刷新周期：1 ms，網(wǎng)關自動廣播"Refresh"幀，保證伺服 16 kHz 電流環(huán)與 4 kHz 速度環(huán)實時跟隨。

2.EtherCAT 側

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

·拓撲：線型，DC-Sync 模式，分布時鐘抖動實測 18 ns；

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

3.電氣安裝

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

·動力電纜與 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 反復啟停測試，通信零丟包，符合 IEC 61000-4-2 四級要求

四、網(wǎng)關參數(shù)配置

1.硬件初始化
上電后，按住網(wǎng)關"SET"鍵 5 s，RUN 燈快閃即進入維護模式；PC 網(wǎng)卡設為 192.168.1.10，瀏覽器訪問 192.168.1.11，導入最新 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 號站對應軸 1~24，與 MR-J5 旋轉開關 S1 一致；

·異常策略：若某站斷線，網(wǎng)關自動填充"0"，并向 EtherCAT 側發(fā)送報警字 16#EE01，保證 AC801 及時觸發(fā)安全 FB。

3.EtherCAT 從站配置

·同步周期：1 ms，Shift Time 250 μs；

·PDO 長度：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）；

·分布時鐘：使能 DC，抖動容限 ±50 ns；

·狀態(tài)機：支持 OP→Safe-OP→Init 自動降級，重連時間＜30 ms。

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

·R0~R23 對應 24 軸目標位置（D3000~D3023）；

·T0~T23 對應 24 軸實際位置（D4000~D4023）。
下載后網(wǎng)關重啟，RUN 燈常綠，AC801 側顯示 24 軸全部進入 OP

五、PLC 程序設計

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

2.匯川側（InoProShop）

·新建軸組"G1"，調用"InoMotionSingleAxis"庫，把 PDO 映射到 %IW0~%IW47、%QW0~%QW47；

·主循環(huán) 1 ms，調用 24 個實例，位置環(huán)增益 Kp=60，前饋增益 Kv=60%，與 MR-J5 內(nèi)部增益匹配；

·報警接口：當 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)對齊
由于 CCLKIEFB 與 EtherCAT 刷新周期均為 1 ms，網(wǎng)關內(nèi)部采用"幀尾對齊"策略，確保兩端數(shù)據(jù)時延＜1 ms；實測 24 軸同步誤差最大 0.02 mm，遠高于±0.1 mm 工藝要求

六、調試與性能驗證

1.空載測試

·24 軸同時回零，采用 CiA402 方式 17（原點+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 300 mm，加減速 0.5 g，定位誤差≤±0.015 mm。

2.滿載測試

·加工鋁合金手機中框，節(jié)拍 28 件/min，連續(xù)運行 96 h；

·統(tǒng)計結果：CCLKIEFB 零丟包，EtherCAT 同步抖動 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 15 ms 內(nèi)將報警字寫入 D4023，AC801 立即停機，未造成工裝碰撞；

·恢復網(wǎng)線后，30 ms 自動上線，無需重新回零。。

八、項目總結

借助 YC-CCLKIEM-ECT工業(yè)級協(xié)議轉換網(wǎng)關，用戶在 3 天內(nèi)完成硬件安裝、2 天完成軟件調試，整條產(chǎn)線提前 10 天投產(chǎn)，直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益 300 余萬元。未來，該車間還計劃把剩余 6 條老舊脈沖伺服線，全部通過同型號網(wǎng)關接入?yún)R川 EtherCAT 主站，實現(xiàn)車間級一網(wǎng)到底的數(shù)字化升級。

審核編輯 黃宇