EtherCAT转ProfiNet网关实现西门子1200PLC与汇川伺服连接的通讯案例

一、案例背景

在某食品包装生产线上，包装机械使用汇川伺服实现精确的物料输送和包装动作控制，西门子S7-1200系列PLC负责整个包装过程的逻辑控制和监控。由于汇川伺服和西门子PLC采用不同的通讯协议，需要通过远创智控YC-ECTM-PN网关实现通讯连接，以保证包装过程的稳定和高效。

二、硬件设备

1.西门子S7-1200 PLC ：支持标准的ProfiNet协议

2.汇川伺服：支持标准的EtherCAT协议

3.远创智控YC-ECTM-PN网关：实现ProfiNet网络与EtherCAT网络的互连互通。该网关可实现双向数据交换，实现EtherCAT设备和ProfiNet控制器的数据交互。

三、技术指标

Ø  YC-ECTM-PN在ProfiNet一侧为ProfiNet从站，在EtherCAT一侧为EtherCAT主站；

Ø  支持标准的ProfiNet I/O协议

Ø  ProfiNet支持的最多16个槽位;

Ø  支持最大的输入字节数为1440字节，最大的输出字节为1440字节，输入输出字节的长度由TIA Portal设定

Ø  支持拓扑查看器、诊断检测、自动扫描

Ø  供电：24VDC(±5％)，最大功率3.5W 

Ø  工作环境温度：-25～55℃，湿度≤95%

四、设备连接

1. 网关安装与连接：将 YC-ECTM-PN 协议转换网关安装在包装机械的电气控制柜内，确保安装位置便于布线和维护。使用 EtherCAT电缆连接网关的EtherCAT接口和汇川伺服驱动器的 EtherCAT端口，用ProfiNet网线连接网关的ProfiNet接口和西门子S7-1200 PLC的ProfiNet端口。为所有设备接通稳定的 24VDC电源。

2. 硬件连接检查：检查各设备之间的连接电缆是否牢固，无破损和短路情况。确认网关、汇川伺服和西门子PLC的硬件设备是否正常工作，查看设备的电源指示灯、通讯指示灯状态。

五、网关配置

1. 配置软件准备：获取远创智控适配该网关的配置软件，安装在配置电脑上。通过网线将配置电脑与网关连接，打开配置软件。

1. EtherCAT 侧配置：在配置软件的 EtherCAT 配置页面，设置网关的 EtherCAT 从站地址，按照包装机械的 EtherCAT 网络规划进行设置。

配置树窗口将当前项目配置显示为一个具有所有PDO条目的树。即整个EtherCAT网络设备，从站显示名称包括从站设备的Device Name以及EtherCAT Address；

新建一个项目工程，配置软件自动加载Master，EtherCAT网络分支通过图标展开和折叠，如图所示：

图1-4-28   网络分支展开\折叠

通过单击配置树中的每个从站项目，使其属性显示在配置窗口中，如图所示：

图1-4-29   从站配置信息显示

1. 配置 EtherCAT 通讯的波特率和数据更新周期，考虑到包装机械对实时性要求较高，波特率可设置为 100Mbps ，数据更新周期设置在 1ms - 5ms 之间。添加汇川伺服驱动器的设备描述文件，使网关能够正确解析汇川伺服的数据。
2. ProfiNet 侧配置：切换到 ProfiNet 配置界面，设置网关在 ProfiNet 网络中的 IP 地址、子网掩码和网关地址，确保与西门子 S7-1200 PLC 的 ProfiNet 网络参数一致。配置 ProfiNet 设备名称，方便在 PLC 中识别。选择合适的 ProfiNet 通讯模式，根据包装机械的实时性要求，可选择 RT 模式，并设置相应的参数。

六、西门子 PLC 配置

1. 硬件组态：打开西门子 TIA Portal 软件，创建新项目并添加 S7-1200 系列 PLC。在硬件组态中，配置 PLC 的 ProfiNet 接口，设置 IP 地址与网关 ProfiNet 侧配置的 IP 地址在同一网段。

在视图中，选择“设备和网络”并单击“添加新设备”（或者在项目视图中的项目名称下，双击“添加新设备”），如下图“添加新设备”对话框，添加支持PROFINET接口的控制器，例如6ES7 25-1BG40-0XB0。

GSD安装

在TIA Portal 菜单栏点击“选项”>“管理通用站描述文件”， 如图所示：

在弹出的对话框中，选择“已安装的GSD”选项卡，点击源路径选择按钮，弹出浏览文件夹对话框中找到选择 GSD文件“GSDML-V2.33 -YC-ECTM-PN-20210807”所在的文件夹路径并选中，点击确认即可。

选择导入的GSD文件，点击安装，直至安装完成。

软件会更新硬件目录。

1. 添加从站设备：在硬件组态界面中，通过 “添加新设备” 搜索并添加远创智控 YC-ECTM-PN 网关作为 ProfiNet 从站。安装网关的设备描述文件（GSDML 文件），确保 PLC 能够识别网关。

    设备组态

双击设备和网络，添加ECATM-PN设备模块，在硬件目录 > 其他现场设备> PROFINET IO > Gateway > SIEMENS AG  > YC-ECTM-PN，如下图所示：

添加设备模块后，如下图所示

使用设备配置的“网络视图”在项目中的各个设备之间创建网络连接。创建网络连接之后，使用巡视窗口的“属性”选项卡组态网络的参数。

选择“网络视图”以显示要连接的设备。选择YC-ECTM-PN的PROFINET端口，然后将连接拖到PLC_1模块的PROFINET端口处，释放鼠标按钮以创建网络连接。

PROFINET网络创建成功，如下图所示：

双击YC-ECTM-PN设备并组态子模块:

–   在硬件目录中，展开“模块”容器。

–   双击或拖动Input（YC-ECTM-PN to PLC） / Output（PLC to YC-ECTM-PN）下的模块类型。如下图所示：

组态ECAT-PN 的PROFINET接口，选择设备上的绿色 PROFINET框。巡视窗口中的“属性” 选项卡会显示 PROFINET 端口，在巡视窗口的“属性 > PROFINET接口”选择“以太网地址”，在IP协议中设置IP地址和PROFINET设备名称如下图；

在“设备视图”选择YC-ECTM-PN，右击鼠标选中“分配设备名称”；

弹出“分配PROFINET设备名称”对话框，在“网络中的可访问节点”下点击更新列表（YC-ECTM-PN设备正确连接在网络里）即可访问出PROFINET网络里的各个节点；选中更新列表的节点，点击“分配名称”将组态的PROFINET设备名称：pn2ecat写入网络节点中；写入成功后PROFINET设备名称更新为“pn2ecat”，状态为“正确”；关闭该对话框；重启网关后设备名称有效。

1. 数据映射：进入 “设备视图”，针对网关对应的      ProfiNet 从站设备进行数据映射。根据包装机械的控制逻辑，将汇川伺服的位置、速度等运行数据映射到 PLC 的输入数据区；把 PLC 对汇川伺服的控制指令（如启动、停止、速度调整等）映射到 PLC 的输出数据区。

ECATM-PN添加子模块输入输出各128 DWORD为例，TIA软件自动分配的I/Q地址起始为68，即输入I68.0和输出Q68.0起始，如下图所示：

组态ECSP-EtherCAT配置软件从站设备的RxPDO参数，PDO映射数据的位偏移量起始分别为0和168，如下图主站“Process Image”选项页红色方框内；

       TxPDO也按照同样的映射方式进行数据交换；

七、汇川伺服配置

1. 通讯参数设置：利用汇川伺服的调试软件连接到伺服驱动器。在通讯参数设置中，选择 EtherCAT 通讯模式，设置与网关 EtherCAT 侧相同的从站地址和通讯参数。

2. 功能配置：根据包装机械的运动需求，配置汇川伺服的运动参数，如物料输送的速度、包装动作的位置精度等。设置伺服的工作模式，如位置模式用于精确的包装定位，速度模式用于物料的快速输送。

八、系统调试与优化

1. 通讯测试：下载配置到 PLC、网关和汇川伺服。在 TIA Portal 软件中监控 PLC 与网关之间的 ProfiNet 通讯状态，查看网关与汇川伺服之间的 EtherCAT 通讯是否正常。

2. 功能测试：编写 PLC 控制程序，模拟包装过程的各种动作，向汇川伺服发送控制指令，观察伺服的运行情况。检查包装机械的物料输送和包装动作是否准确、稳定。

3. 优化调整：根据测试结果，调整通讯参数和运动参数。若通讯出现异常，优化网关和设备的通讯参数；若包装动作不精准，调整汇川伺服的运动参数，确保包装机械的高效运行。

九、总结

通过YC-ECTM-PN 协议转换网关，成功实现了西门子 1200 PLC 与汇川伺服通讯。在实际项目中，这种跨品牌设备的通讯方案能够有效整合不同品牌的优势设备，提高自动化生产系统的灵活性和功能性。在实施过程中，硬件连接的准确性和软件配置的合理性是确保通讯成功的关键，同时，调试与测试阶段的细致工作能够及时发现并解决潜在问题，保障系统的稳定运行。