MODBUS转EtherCAT构建高速工业以太网与传统串口设备连接桥梁

一、项目背景

在机器人制造行业，某工业机器人制造企业正在建设一条高度自动化的工业机器人装配生产线。该生产线上广泛应用了各种先进的自动化工设备，如高精度的工业相机、智能传感器以及工业机器人本体等，这些设备大多采用EtherCAT协议，以便实现高速、高精度的控制和数据传输。然而，生产线上还存在一些传统的生产设备和监控系统，它们基于MODBUSRTU协议进行通信，如用于电机调速的变频器以及生产数据采集系统等。由于协议之间的不兼容，导致新的EtherCAT设备无法与现有的MODBUS设备进行有效的通信和数据交互，生产过程的自动化程度和生产效率受到了限制。

二、解决方案

经过详细的调研和评估，该企业决定采用远创智控的MODBUS转EtherCAT协议转换网关来解决这一问题。YC-ECT-RTU网关能够作为EtherCAT总线中的从站设备，同时作为MODBUSRTU总线中的主站或从站设备，实现两种协议之间的无缝转换和数据交互，从而将现有的MODBUS设备集成到EtherCAT控制系统中，提高整个生产系统的自动化水平和生产效率。

三、设备选型

·PLC主站：选用倍福的CX5140控制器作为EtherCAT协议主站，其具备强大的处理能力和丰富的EtherCAT通信功能，可稳定地与各个从站设备进行通信。

·变频器：采用汇川的MD300系列变频器，支持MODBUSRTU协议，在工业现场应用广泛，性能稳定可靠，能够满足生产线上对电机调速等控制需求。

·协议转换网关：远创智控的YC-ECT-RTU作为，EtherCAT从站，可连接到EtherCAT总线；同时作为MODBUS主站或从站，连接到MODBUSRTU网络，实现两种协议的无缝对接。

四、系统架构

倍福CX5140控制器通过EtherCAT网络与远创智控YC-ECT-RTU网关相连，网关再与汇川MD300系列变频器的MODBUSRTU接口相连接。同时，配置上位机监控系统，通过EtherCAT网络与PLC主站相连，实现对整个生产过程的集中监控和管理。

五、配置与调试

1.网关配置

·拨码设置：将MODBUS转EtherCAT协议转换网关的拨码设置为MODBUS主站模式，并选择RS485接口。

·连接设备：正确连接网关的电源，通过配置口将其与电脑相连，给网关上电。

·配置软件：打开远创智控提供的配置软件GWModbusBuilder，设置软件使用的IP地址，点击菜单栏“设置——通讯设置——以太网设置”，将电脑的IP地址与网关的IP地址设置为同一网段。

·读取配置：点击菜单栏“工具——在线”，在弹出的窗口中选择“MODBUS配置”，点击“读取配置”按钮，显示网关目前的实际配置。

·参数设置：根据现场设备的通信要求，填写需要设置的波特率、MODBUS报文等参数，如波特率设置为9600，数据位8位，无校验，1位停止位等。

·写入配置：点击“写入配置”按钮，完成网关的配置。设置完毕后，将网关拨码的第8位拨到OFF，然后重新给网关供电，使配置生效。

2.PLC程序编写在倍福CX5140控制器中，使用TwinCAT软件进行编程。根据MODBUS转EtherCAT协议转换网关的ESI文件，将其添加到TwinCAT的设备管理器中，配置EtherCAT主站与网关从站之间的通信参数，确保数据能够正确地在PLC和网关之间传输。同时，编写PLC程序，实现对变频器的启动、停止、速度调节等功能的控制逻辑，以及对变频器反馈的数据如运行状态、故障信息等的处理和上传。

3.变频器参数设置对汇川MD300系列变频器进行参数设置，将其MODBUSRTU通信参数与MODBUS转EtherCAT协议转换网关的MODBUS参数相匹配，包括波特率、节点地址等，确保变频器能够正常地与网关进行通信。同时，配置变频器的控制模式和电机参数，使其能够根据PLC的指令稳定地运行。

4.系统调试完成上述配置后，开始进行系统调试。首先，检查各个设备的电源和通信连接正常是否，通过网关的指示灯状态初步判断设备的上电和通信情况。然后，在PLC中运行程序，观察变频器是否能够按照预期进行动作，如电机的启动、停止和速度变化是否正常，同时检查上位机监控系统是否能够实时地显示变频器的运行数据和状态信息。若发现存在问题，如数据传输错误、设备不响应等，通过使用调试工具如MODBUS轮询工具等对通信数据进行抓包分析，排查故障原因，如参数设置错误、接线问题等，并及时进行调整和修复。

六、应用效果

1.实现数据交互：通过MODBUS转EtherCAT协议转换网关，成功实现了EtherCAT协议主站的倍福PLC与MODBUS协议的汇变川频器之间的实时数据交互，解决了协议不兼容的问题，使生产数据能够及时准确地在不同设备之间传递。

2.提高生产效率：生产数据采集系统能够实时监测工业相机、智能传感器、变频器等设备的运行状态和生产数据，为生产过程的优化提供了有力的数据支持。同时，PLC对变频器的精确控制，确保了生产设备的高效运行，生产效率提高了约15%。

3.提升产品质量：对变频器的精确控制使得电机的运行更加平稳，生产工艺的稳定性得到增强，产品质量一致性显著提高，产品次品率降低了约10%。

4.便于维护管理：上位机监控系统能够实时监测生产线上各个设备的运行状态和参数，当设备出现故障时，能够快速定位故障点，为维护人员提供准确的信息，缩短了维修时间，提高了设备的可利用率。同时，通过对历史数据的分析，还可提前预测设备的潜在故障，进行预防性维护，进一步降低了设备的维修成本和停机时间。

七、总结与展望

远创智控MODBUS转EtherCAT协议转换网关在工业机器人制造企业装配生产线的成功应用，有效地解决了EtherCAT协议与MODBUS协议之间的通信难题，为企业带来了显著的经济效益和生产效益。未来，随着工业自动化技术的不断发展和工业物联网的深入推进，协议转换网关等设备将在更多的工业领域发挥重要作用，促进不同设备之间的互联互通和协同工作，推动制造业向智能化、数字化方向转型升级。该企业在此次成功应用的基础上，将继续探索和拓展协议转换网关在其他生产环节和设备中的应用，进一步提升企业的生产自动化水平和核心竞争力。

（具体内容配置过程及其他相关咨询可联系付工。）

审核编辑 黄宇