工业智能网关集成方案：实现兄弟CNC与三菱PLC的数据互通

一、项目背景

苏州工业园区某液压阀体厂，2024年新增12台「兄弟Brother S700X1」高速钻攻中心，机床自带OPCUA服务器（版本1.04，端口4840）。原有产线主控为2018年投运的「三菱系列FX5U-64MT/ES」PLC，通过CC-LinkIEFB（下文简称CCLKIE）总线驱动28台远程I/O模块和变频器。
管理层希望把CNC的实时产量、主轴负载、报警代码送到PLC，由PLC完成“加工完成-托盘切换-启停水泵”等逻辑，同时把关键数据通过MQTT推给云端MES。
难点：FX5U只做CCLKIE主站，不具备OPCUAClient；而BrotherCNC只开放OPCUA。协议封闭、时钟域不同，二者无法直接对话。
最终选用捷米特JM-OPCUA-TCP工业智能网关，一端做OPCUAClient采集CNC，一端做CCLKIE从站接入FX5U，实现毫秒级数据映射。

二、网络拓扑与设备清单

1.控制层

·三菱FX5U-64MT/ES（固件1.220）×1

·三菱CCLKIE远程I/O模块NZ2GF2B1-16D/16T共28台

2.执行层

·BrotherSpeedioS700X1数控钻攻中心×12（NC版本B00-05，OPCUA启用）

3.转换层

·捷米特JM-OPCUA-TCP物联网智能网关（下文简称“网关”）

4.监控层

·上位机Windows11+GXWorks3（PLC编程）

·兄弟CNC远程桌面软件BrotherLink2.4（用于OPCUA节点浏览）

三、硬件接线

·CNC→网关：S700X1标配千兆网口，12台通过TP-LINKTL-SG1016DT千兆交换机级联，划分VLAN10，仅开放4840端口。

·网关→PLC：网关第二网口直连FX5U内置以太网口（支持CCLKIE协议，100M全双工）。

·电源：网关24VDC/3W取自同一条DIN导轨开关电源，与PLC共地，避免浮地干扰。

四、CNC侧OPCUA服务器配置

1.在BrotherLink软件“网络”页签勾选“启用OPCUAServer”，匿名登录设为“开启”，安全策略保留“None”方便调试（后期可改为Basic256Sha256）。

2.浏览节点，确认关键变量：

·ns=2;s=Channel1.MachineStatus（运行状态0/1）

·ns=2;s=Channel1.SpindleLoad（主轴负载%，Real32）

·ns=2;s=Channel1.PartCount（工件计数UInt32）

·ns=2;s=Channel1.AlarmNumber（报警号UInt16）

3.把12台CNC的“设备名称”依次设为CNC01~CNC12，方便网关批量导入。

五、捷米特JM-OPCUA-TCP边缘计算网关参数设定

1.通过USB-C口接入PC，打开捷米特专用配置软件GatewayConfigV3.7。

2.“协议1”选择OPCUAClient：

·扫描网段192.168.10.10~22，扫描到12台CNC；

·批量添加节点，设置采样间隔200ms，订阅发布间隔200ms；

·数据缓存区长度1440字节（每台120字节×12）。

3.“协议2”选择CCLKIESlave：

·站号1，占用4逻辑站（128字节输入/128字节输出，刚好覆盖1440字节）；

·波特率1Gbps；

·输入输出映射表自动生成：

o输入区（PLC→网关）地址W0~W127，用于写命令，如“请求复位计数”。

o输出区（网关→PLC）地址W1000~W1127，存放12台CNC实时数据。

4.点击“下载”，网关自动重启，整体配置耗时<5min。

六、PLC侧GXWorks3编程

1.在“以太网配置”里把网关当作CCLKIE从站添加，站号1，占用4站。

2.软元件分配：

·输出刷新到D1000~D1127（对应网关输入W0~W127）

·输入刷新到D2000~D2127（对应网关输出W1000~W1127）

3.梯形图示例（节选）：

·LDD2000（CNC01运行状态）
ANDD2002（主轴负载>85%）
OUTM0（置位“高负载”报警）

·当D2004变化沿触发INCD3000（产量计数）

4.开启“简单CPU间通信”功能块，将D3000每30s通过MQTT发布到阿里云。

七、调试过程与关键点

·时间同步：12台CNC与网关均关闭SNTP，统一以PLC为基准，避免OPCUA时间戳差异导致误判。

·数据完整性：先单台CNC调试，确认PartCount变化一次，PLC侧D2004立即+1，误差0。

·网络隔离：OPCUAVLAN与办公网物理隔离，防止广播风暴影响CCLKIE实时帧。

·冗余机制：网关掉线后PLC检测不到刷新，超过2s自动停机并亮黄灯，保证安全。

八、运行效果

1.节拍提升：原来人工抄录产量→MES需5min/次，现在200ms自动刷新，整体稼动率统计滞后由15min缩短至1s。

2.质量追溯：主轴负载突升>100%时，PLC立即暂停下料，半年内铝件报废率从1.8%降至0.9%。

3.运维成本：网关IP20金属外壳，-25~55℃稳定运行，已7×24h连续工作6个月无重启。

4.扩展便利：第13台CNC到位时，仅需要在网关配置软件里勾选新增节点，PLC侧无需更改硬件，真正实现“即插即生产”。

九、结论

通过捷米特JM-OPCUA-TCP工业智能网关，现场在“零停机、零外挂PC”的前提下，把OPCUA数控世界与CCLKIE控制世界无缝缝合。三菱FX5U继续发挥高速逻辑特长，兄弟S700X1也保持原生数控精度；捷米特网关以200ms周期稳定摆渡1440字节数据，让CNC车间真正迈入“设备会说话、数据能流动”的智造新阶段。

·（具体内容配置过程及其他相关咨询可联系杨工。）

审核编辑 黄宇