一、项目背景

某生物制药企业冻干机生产线，核心控制设备为三菱 FX5U PLC（CCLKIE 主站），需驱动 3 台松下 A6 EtherCAT 协议伺服电机（冻干仓门启闭电机、搁板升降电机、真空泵调速电机），实现冻干过程的精准控制 —— 仓门启闭定位误差≤0.5mm、搁板升降速度波动≤±0.1mm/s、真空泵转速控制精度 ±10rpm，且需满足 GMP 对数据追溯的要求。传统采用 “CCLKIE 转 RS485+RS485 转 EtherCAT” 级联方案，存在通讯延迟超 120ms、伺服同步误差超 4ms、数据丢包致追溯断层等问题，导致冻干周期延长 15%，不合格品率达 3.5%。最终选用远创智控 YC-ECTM-CCLKIE 协议网关（EtherCAT 主站 + CCLKIE 从站），构建合规且稳定的通讯链路。

二、项目痛点

1. 协议异构致控制精度不足：三菱 PLC 的 CCLKIE 协议与 EtherCAT 伺服不兼容，传统方案通讯成功率仅 88%，仓门启闭指令延迟超 120ms，定位误差达 1.2mm，搁板升降速度波动 ±0.3mm/s，影响冻干工艺稳定性。

2. 多轴同步偏差大：仓门启闭与真空泵启动需同步（仓门关闭到位后 1s 内启动真空泵），传统方案同步误差超 4ms，易出现真空泄漏，冻干药品受潮报废。

3. 抗扰与合规性差：车间洁净区高频灭菌设备产生电磁干扰，传统设备数据丢包率超 2.5%，日均通讯中断 1 次，恢复需 2 小时；无本地缓存，数据丢失致无法满足 GMP 追溯要求，面临合规风险。

4. 运维低效成本高：无远程诊断功能，故障需拆检冻干机外壳排查（洁净区拆检后需重新灭菌），处理时间超 4 小时，单次灭菌成本超 5000 元。

5. PLC 负载过高：PLC 需同时处理冻干逻辑控制与数据转发，CPU 负载≥75%，急停响应延迟≥25ms，增加设备碰撞损坏风险。

三、远创智控 YC-ECTM-CCLKIE 网关功能简介

网关深度整合工业网关、物联网网关、边缘计算网关、智能网关、数据采集器五大核心能力，适配医药行业需求：

1. 工业网关双协议转换：作为 EtherCAT 主站可管理 8 轴伺服，支持 100Mbps 以太网传输；作为 CCLKIE 从站无缝对接三菱 PLC，双向转换延迟≤25ms，保障工艺指令实时性，符合冻干过程精准控制要求。

2. 工业级稳定与合规：IP30 防护、-40~85℃宽温（适配冻干机房温湿度波动）、抗 15kV 静电，符合 EN 61000-6-4 电磁标准；支持 GMP 合规的数据加密传输，避免信息泄露。

3. 边缘计算网关优化：本地执行同步校准（仓门与真空泵同步误差≤1ms）、工艺参数滤波（搁板速度波动降至 ±0.1mm/s），减少无效数据传输，将 PLC CPU 负载降至≤35%。

4. 智能网关远程运维：支持以太网接入运维平台，实时监控伺服状态（转速、扭矩）、通讯参数（丢包率），远程修改配置（无需拆检冻干机），故障处理≤25 分钟，降低灭菌成本。

5. 数据采集器 + 物联网网关：64MB 本地缓存（断电保持 96 小时，满足 GMP 数据留存要求），通讯恢复自动补传；通过物联网网关将冻干工艺数据（温度、转速、时间）上传至云端 MES，实现全流程追溯。

四、系统结构拓扑图

五、解决方案

1. 协议衔接与合规：网关 CCLKIE 从站通过 GX Works3 组态，映射 32 字节输入（伺服状态、传感器数据）与输出（工艺指令）；EtherCAT 主站设 100Mbps 以太网，扫描 3 台伺服（ID1-3），启用分布式时钟同步，数据传输加密符合 GMP 要求，形成 “指令 - 执行 - 追溯” 闭环。

2. 同步与抗扰设计：边缘计算网关运行同步算法，控制仓门与真空泵误差≤1ms；EtherCAT 总线用双绞屏蔽线（阻抗 100Ω），远离灭菌设备≥1.8 米；双 24VDC 冗余供电，避免断电致数据丢失。

3. 运维与追溯优化：智能网关远程监控，减少洁净区拆检；数据采集器缓存保障数据完整，物联网网关上传 MES，满足 GMP 追溯要求，降低合规风险。

六、实施过程

1. 前期准备：确认伺服 EtherCAT 寄存器、PLC 映射表，安装 GX Works3 与 YC-Config 软件；制定洁净区布线方案（避免破坏无菌环境）。

2. 硬件部署：网关固定于冻干机旁独立控制柜（非洁净区），通过穿墙板连接 CCLKIE/EtherCAT 线缆，接冗余电源与报警器。

3. 参数配置：设网关 IP 、EtherCAT 同步周期 1ms；PLC 编写程序，关联 HMI 工艺参数显示控件。

4. 联调测试：验证指令延迟≤25ms、同步误差≤1ms、数据加密传输；连续 72 小时运行，丢包率 0%，数据完整度 100%。

七、应用效果与前后对比

八、前景行业推荐

1. 智能装备（医疗机器人）：手术机器人关节 EtherCAT 伺服与三菱 PLC 通讯，网关低延迟（≤25ms）满足手术精度，智能运维减少停机。

2. 半导体（芯片封装）：封装设备贴装伺服需微米级控制，网关同步误差≤1ms 适配要求，物联网网关传数据至云端做预测性维护。

3. 自动化（精密检测设备）：零部件尺寸检测设备的伺服定位，网关抗扰设计适配车间环境，数据采集器保障检测数据完整。

九、总结

本方案以远创智控YC-ECTM-CCLKIE智能网关解决医药冻干机生产线协议异构、同步精度、合规追溯等痛点，实现 PLC 与 EtherCAT 伺服的精准控制与 GMP 合规。方案不仅适配医药行业，更可复制至智能装备、半导体等前景领域，为工业设备互联提供 “精准 + 合规 + 高效” 的支撑，助力企业降本增效、推进数字化转型。

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