一、行業(yè)背景

新能源汽車行業(yè)近年來呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，作為核心部件的動力電池制造對生產(chǎn)效率和工藝精度提出了極高要求。電池生產(chǎn)線涉及電芯分選、模組裝配、焊接、測試等環(huán)節(jié)，需實現(xiàn)高速、高精度的電機(jī)控制與實時數(shù)據(jù)交互。傳統(tǒng)CAN總線設(shè)備（如變頻器、伺服驅(qū)動器）在實時性和擴(kuò)展性上存在瓶頸，而基于EtherCAT協(xié)議的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)憑借其高速率、低延遲、強(qiáng)同步性，成為智能制造升級的首選,在此背景下，某頭部動力電池制造商計劃對模組裝配線的電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，需將原有CAN總線設(shè)備無縫接入EtherCAT主控網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)全鏈路數(shù)據(jù)協(xié)同與工藝優(yōu)化。

二、項目需求

1.協(xié)議兼容性：需將支持CAN2.0B協(xié)議的匯川MD800系列變頻器（型號：MD800-022G-4）接入西門子S7-1500系列PLC（型號：6ES7515-2AM01-0AB0）構(gòu)建的EtherCAT主站網(wǎng)絡(luò)。

2.實時性要求：電機(jī)啟停指令傳輸延遲需小于1ms，轉(zhuǎn)速控制精度誤差≤0.1%。

3.數(shù)據(jù)規(guī)模：單條產(chǎn)線需同步控制32臺變頻器，每臺設(shè)備傳輸8字節(jié)控制指令及16字節(jié)狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)。

4.環(huán)境適應(yīng)性：產(chǎn)線環(huán)境溫度-20℃~60℃，網(wǎng)關(guān)需具備高抗干擾能力與寬溫工作特性。

三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用“EtherCAT主站—協(xié)議網(wǎng)關(guān)—CAN從站”三層架構(gòu)：

1.控制層：西門子S7-1500PLC作為EtherCAT主站，負(fù)責(zé)邏輯控制與數(shù)據(jù)處理，通過TIAPortal平臺實現(xiàn)全鏈路組態(tài)。

2.協(xié)議轉(zhuǎn)換層：遠(yuǎn)創(chuàng)智控CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)（型號：YC-ECT-CAN）作為EtherCAT從站與CAN主站，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)映射。

3.執(zhí)行層：匯川MD800變頻器通過CAN總線接收調(diào)速指令，并將電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、溫度等數(shù)據(jù)反饋至PLC。

數(shù)據(jù)流向：

·下行指令：PLC→EtherCAT網(wǎng)絡(luò)→CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)→CAN總線→變頻器

·上行反饋：變頻器→CAN總線→CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)→EtherCAT網(wǎng)絡(luò)→PLC

四、設(shè)備選型與技術(shù)參數(shù)

oCAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)

o協(xié)議支持：EtherCAT從站（符合IEC61158標(biāo)準(zhǔn)）+CAN2.0A/B主站

o數(shù)據(jù)容量：最大輸入/輸出各500字節(jié)，支持256條CAN報文并發(fā)處理

o通信性能：CAN波特率可配置（20kbit/s~1Mbit/s），支持生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式與數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級管理

o環(huán)境適應(yīng)性：工作溫度-40℃~85℃，防護(hù)等級IP20，DIN導(dǎo)軌安裝。

1.西門子S7-1500PLC

oEtherCAT主站性能：支持100Mbps帶寬，最小通信周期250μs，同步抖動<1μs。

o軟件平臺：TIAPortalV18支持ESI文件導(dǎo)入，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)即插即用。

2.匯川MD800變頻器

oCAN接口：內(nèi)置CANopen協(xié)議棧，支持PDO（過程數(shù)據(jù)對象）與SDO（服務(wù)數(shù)據(jù)對象）映射。

o控制精度：速度控制分辨率0.01Hz，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間<5ms。

五、系統(tǒng)實施過程

1.硬件部署

·PLC與網(wǎng)關(guān)連接：通過RJ45網(wǎng)線將S7-1500的X1接口與CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的P1口連接，形成EtherCAT鏈?zhǔn)酵負(fù)洹?/p>

·網(wǎng)關(guān)與變頻器組網(wǎng)：采用屏蔽雙絞線連接網(wǎng)關(guān)CAN接口（L/H端子）與變頻器CAN端口，終端電阻通過RL/RH短接啟用。

2.軟件配置

·PLC組態(tài)：

1.在TIAPortal中導(dǎo)入CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的ESI文件，添加EtherCAT從站設(shè)備。

2.分配輸入/輸出地址區(qū)間（如IB1000~IB1499為CAN數(shù)據(jù)輸入，QB1500~QB1999為控制指令輸出）。

·網(wǎng)關(guān)參數(shù)設(shè)置：

1.使用YCCONFIG軟件配置CAN波特率（500kbit/s）、數(shù)據(jù)幀格式（標(biāo)準(zhǔn)幀）、報文ID過濾規(guī)則。

2.定義數(shù)據(jù)映射表：將PLC輸出的8字節(jié)控制指令（目標(biāo)轉(zhuǎn)速、啟停命令）映射至CAN報文ID0x201，變頻器反饋的16字節(jié)數(shù)據(jù)映射至ID0x202。

·變頻器參數(shù)匹配：

1.設(shè)置MD800的CAN節(jié)點地址為1~32，與網(wǎng)關(guān)配置的報文ID一一對應(yīng)。

2.啟用PDO自動映射功能，確保數(shù)據(jù)實時更新。

3.調(diào)試與優(yōu)化

·通信驗證：通過Wireshark抓包工具監(jiān)測EtherCAT幀，確認(rèn)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)周期為1ms，CAN總線負(fù)載率<30%。

·抗干擾措施：在CAN線路中增加磁環(huán)，網(wǎng)關(guān)PE端子接大地，降低電磁干擾導(dǎo)致的誤碼率。

六、應(yīng)用效果與收益

1.效率提升：EtherCAT-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換延遲穩(wěn)定在0.8ms以內(nèi)，產(chǎn)線節(jié)拍從120PPM提升至150PPM，效率提升25%。

2.控制精度優(yōu)化：電機(jī)轉(zhuǎn)速波動由±2%降至±0.5%，模組裝配對齊精度達(dá)±0.1mm。

3.系統(tǒng)可靠性：網(wǎng)關(guān)連續(xù)運(yùn)行6個月無故障，CAN總線誤碼率<10^-9，產(chǎn)線停機(jī)時間減少60%

4.擴(kuò)展靈活性：通過增減CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)數(shù)量，可快速適配產(chǎn)線擴(kuò)容需求，單網(wǎng)關(guān)支持32節(jié)點擴(kuò)展

七、總結(jié)與展望

CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)在新能源汽車電池制造中的成功應(yīng)用，印證了其在跨協(xié)議通信領(lǐng)域的核心技術(shù)優(yōu)勢：

·高實時性：通過硬件級協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)預(yù)封裝，滿足微秒級同步需求

·強(qiáng)兼容性：支持主流CAN設(shè)備無縫接入，降低企業(yè)升級成本

·易用性：基于ESI文件的自動組態(tài)功能，縮短50%部署周期

未來，隨著工業(yè)智能化向邊緣計算與AI協(xié)同方向演進(jìn)，CAN轉(zhuǎn)EtherCAT協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)可進(jìn)一步集成數(shù)據(jù)緩存、邊緣分析功能，為預(yù)測性維護(hù)與能效優(yōu)化提供底層支撐，持續(xù)賦能鋰電、半導(dǎo)體、光伏等高成長性行業(yè)。

（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