在锂电池极片轧制中的应用中西门子S7-1200通过Profinet转CCLK智能网关和伺服进行通讯解决案例

一、 项目背景与行业痛点

行业选择：新能源锂电池制造
我们选择新能源锂电池制造行业作为应用场景。该行业是当前发展最迅速、自动化需求最迫切的领域之一。在锂电池生产的前道工序中，极片的轧制是至关重要的环节，直接影响到电池的能量密度、一致性和安全性。该环节要求对多台伺服电机进行高精度的同步控制，以恒定的张力将极片（附着正负极材料的金属箔）压延至指定厚度。

项目痛点：

协议壁垒：现代自动化生产线的大脑——西门子S7-1200/1500系列PLC，普遍采用标准的Profinet工业以太网协议进行通信。然而，产线上许多高性价比、性能稳定的伺服驱动器（尤其是一些日系或国产品牌）仍采用传统的脉冲方向（Pulse/Dir）或专用的CCLK（时钟与方向）协议。这两种协议无法直接对话，形成了信息孤岛。

系统复杂度高：若强行集成，传统方案是使用PLC的高速脉冲输出模块，但这会大量占用PLC的CPU资源，编程复杂，且脉冲在长距离传输时易受干扰，导致控制精度下降。

数据采集困难：传统的脉冲控制方式无法实时、双向地传输伺服驱动器的内部数据（如实际扭矩、转速、报警代码等），不利于进行数据采集和状态监控，更无法满足工业4.0背景下对边缘计算和数据可视化的需求。

二、 解决方案核心：远创智控YC-PN-CCLK协议网关

为解决上述痛点，我们引入远创智控的YC-PN-CCLK协议网关。这款工业网关/智能网关是整个系统的“协议翻译官”。

功能简介：

协议转换：作为核心功能，它完美地将PLC侧的ProfinetIO设备协议，实时转换为伺服驱动器侧的CCLK脉冲序列输出。

即插即用：在PLC的TIA Portal硬件组态中，它被识别为一个标准的Profinet设备，支持GSDML文件导入，配置简单快捷。

高精度同步：网关内部集成了高性能的处理器，能确保脉冲输出的高频率和高稳定性，有效避免了传统脉冲方案的长距离干扰问题。

双向数据交互：它不仅向伺服发送脉冲指令，还能通过Profinet网络将伺服的状态信息（如使能状态、报警信号等）反馈给PLC，实现了初步的数据采集器功能。

边缘节点潜力：作为网络中的一个关键边缘计算网关节点，它为未来更高级的功能（如在网关内集成简单的运动曲线规划、数据缓存与预处理）预留了可能。

三、 系统拓扑结构与实施过程

系统结构拓扑图：

实施过程

硬件连接：

将西门子S7-1200 PLC的Profinet端口与YC-PN-CCLK网关的PN口通过网线连接。

使用屏蔽双绞线将网关的CCLK输出端口与各伺服驱动器的脉冲输入端口相连。

伺服驱动器按常规方式连接伺服电机和电源。

软件组态：

在TIA Portal项目中，安装YC-PN-CCLK网关的GSDML文件。

将网关设备拖拽到Profinet网络中，并为其分配唯一的设备名称和IP地址。

网关在硬件组态中通常被映射为一个具有特定输入/输出地址的模块。例如，输出字节用于控制脉冲频率和方向，输入字节用于读取伺服的就绪和报警状态。

PLC编程：

编程变得异常简单。工程师无需处理复杂的脉冲发生器指令，只需像控制一个普通变频器一样，向网关映射的输出地址写入目标速度值（对应于脉冲频率），即可控制伺服电机的转速。

通过读取网关映射的输入地址，实时获取伺服的运行状态，实现安全联锁和故障诊断。

伺服参数设置：在伺服驱动器侧，设置其控制模式为“位置（脉冲）模式”，并确保电子齿轮比等参数与系统机械结构相匹配。

四、 应用效果与实施前后对比

应用效果：
在锂电池极片轧制产线上，该方案成功实现了多台伺服电机的高精度、同步速度控制。极片轧制的厚度一致性得到显著提升，产品优率提高了约3%。同时，由于能够实时获取伺服状态，当出现异常扭矩波动时，系统能提前预警，避免了数十万元级别的断带和辊轴损坏风险。这个智能网关方案，将原本封闭的控制回路打开，为构建数字化车间提供了坚实的数据基础。

五、 总结与行业展望

远创智控YC-PN-CCLK这款边缘计算网关，以其精准的协议转换能力，成功地弥合了主流PLC网络与传统伺服驱动之间的技术鸿沟。它不仅是一个简单的数据采集器，更是一个赋能传统设备升级、推动生产线数字化进程的工业网关。

高端包装机械：要求多轴同步，快速换产。

半导体与电子制造：对定位精度和洁净环境下的可靠性要求极高。

智能物流分拣：高速、高并发的运动控制。

总结：
在工业互联网和智能制造的大背景下，打通底层设备数据链是第一步，也是最关键的一步。通过采用类似YC-PN-CCLK这样的物联网网关进行协议转换，企业能够以最小的改造成本，快速将现有成熟设备融入先进的工业网络架构中。这不仅解决了眼前的控制难题，更重要的是，它为后续实施大数据分析、数字孪生、预测性维护等高级边缘计算网关应用铺平了道路，是传统制造业迈向“中国智造”进程中一项极具价值的高性价比投资。

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审核编辑 黄宇