一、項目背景

在新能源汽車產業爆發式增長的背景下，鋰電池作為核心部件的生產工藝面臨嚴苛挑戰。某新能源汽車電池制造企業的模組裝配生產線中，前端涂布機采用EtherCAT協議的倍福PLC進行高速同步控制，而后端電芯分選環節的電機驅動系統仍依賴CAN協議的匯川變頻器。兩種協議的兼容性問題導致設備間數據交互延遲高達500微秒，生產節拍無法統一，良品率波動超過8%，亟需通過協議轉換技術實現全流程數字化協同。

二、系統需求分析

1.通信實時性：涂布機與分選機的同步控制需達到1ms級響應，確保極片涂布厚度誤差小于±2μm；

2.設備兼容性：保留現有匯川MD300變頻器投資，同時接入倍福CX5140PLC的EtherCAT網絡；

3.數據完整性：實現電機轉速、扭矩、溫度等32個參數的雙向透明傳輸，支持生產者/消費者通信模式；

4.可維護性：通過網關配置工具實現參數在線調整，故障診斷時間縮短至10分鐘內。

三、解決方案設計

采用遠創智控EtherCAT轉CAN協議轉換網關構建異構網絡橋梁，形成"倍福PLC（EtherCAT主站）→EtherCAT轉CAN協議轉換網關→匯川變頻器（CAN從站）"的三級架構。網關在EtherCAT側作為從站，支持最大500字節/周期的數據吞吐；在CAN側作為主站，兼容CAN2.0B協議，波特率動態配置為500kbit/s。系統拓撲圖中，網關通過RJ45接口與PLC的EtherCAT端口直連，CAN總線采用雙絞屏蔽線連接變頻器，終端電阻配置為120Ω。

四、核心設備選型

1.EtherCAT主站PLC：倍福CX5140嵌入式控制器，搭載IntelAtomE3845四核處理器，內置雙EtherCAT主站接口，支持TwinCAT3實時操作系統。其多任務處理能力可同時運行運動控制、邏輯控制和數據采集任務，滿足涂布機1ms控制周期需求。

2.CAN協議變頻器：匯川MD300系列矢量變頻器，支持CANopenDS403驅動配置文件，內置PID控制器和制動單元。通過設置P0.02參數為12（CANopen模式），實現與網關的即插即用連接。

3.協議轉換網關：EtherCAT轉CAN協議轉換網關，支持ESI文件自動生成，提供500字節輸入/輸出緩沖區，支持256條CAN報文。其LED狀態指示燈可實時顯示EtherCAT鏈路（ECT燈）和CAN通信（RUN燈）狀態。

五、系統配置與調試

1.硬件連接：

o將EtherCAT轉CAN協議轉換網關的EtherCAT接口與CX5140的X1端口連接，CAN_H/CAN_L分別接入MD300的CAN+和CAN-端子；

o使用24V直流電源為網關供電，確保電壓波動在±5%范圍內。

2.軟件配置：

o在TwinCAT3中導入網關ESI文件，自動生成EtherCAT從站設備描述。配置從站地址為0x02，映射PDO輸入輸出緩沖區至PLC變量；

o通過匯川INOVANCEWorkBench軟件設置變頻器節點ID為3，波特率500kbit/s，映射控制字（COBID0x604）和狀態字（COBID0x584）至網關的CAN通信緩沖區。

3.功能調試：

o編寫PLC程序實現三段式速度控制：涂布階段50Hz恒速運行，換卷時以S曲線降速至5Hz，故障時觸發急停；

o通過網關配置工具監測CAN總線負載率，優化報文發送周期至2ms，確保數據傳輸延遲小于100微秒。

六、實施效果驗證

1.性能指標：

o通信延遲從改造前的500微秒降至85微秒，滿足涂布機同步控制要求；

o系統負載率穩定在18%以下，CAN總線誤碼率低于0.0001%。

2.生產效益：

o良品率從91.2%提升至96.7%，年減少次品損失約1200萬元；

o設備綜合效率（OEE）從72%提高至89%，單條產線日產能增加15%。

3.維護優化：

o通過網關診斷工具可實時監控變頻器溫度、電流等參數，預測性維護使停機時間減少40%；

o支持遠程固件升級，網關軟件更新時間從4小時縮短至15分鐘。

七、行業應用價值

本案例為新能源汽車電池生產提供了協議融合的典型范式。CAN轉EtherCAT協議轉換網關網關通過精準的協議轉換技術，在保留現有設備投資的前提下，實現了EtherCAT高速實時性與CAN設備低成本優勢的完美結合。據行業分析機構預測，到2027年全球新能源汽車電池產線的協議轉換市場規模將突破15億美元，類似解決方案在電芯卷繞、模組焊接等環節的推廣，將加速智能制造在新能源領域的落地進程。未來，隨著網關對TSN（時間敏感網絡）的支持，可進一步實現跨車間級的設備協同，推動電池生產向工業4.0邁進。

（具體內容配置過程及其他相關咨詢可聯系付工。）

審核編輯 黃宇