DeviceNet转ProfiNet协议转换网关实现西门子1500 PLC与液位传感器通讯在船舶压载舱的应用案例

项目背景
“华顺18”轮为2012年建造的3.8万吨级散货船，压载舱液位原采用ABB ACS400系列变频器+DeviceNet总线方式接入AB 1747-L551 PLC。2024年船级社换证检验时，船东决定把主控系统整体升级为西门子S7-1500系列，以满足后续加装压载水处理装置（BWMS）时的数据瓶颈。若全部更换液位传感器，需把6个双层底舱、2个边舱共48台IFM LMT1100点式液位计（DeviceNet从站）拆掉，重新铺设电缆并加长不锈钢保护管，。为节省工期与成本，设计院提出“保留DeviceNet传感器，新增协议转换网关”的思路，最终选用捷米特JM-PN-DNTM工业级协议转换网关，实现S7-1500 PLC（Prof iNet主站）与IFM LMT1100（DeviceNet从站）的透明通信。

三、网络拓扑设计

Prof iNet环网：1516-3 PN/DP → MAR 1040 → JM-PN-DNTM（2端口交换机，手拉手）

DeviceNet总线：JM-PN-DNTM协议转换网关 → T型头 → 8×LMT1100从站，干线<70 m，支线<6 m

接地：船体PE独立铜排，网关24 VDC负端与屏蔽层单点接地，防止海水腐蚀电位差

冗余：环网恢复时间<200 ms；网关双电源端子，支持热插拔，MTBF≥10万小时

四、参数规划

IP规划：
1516-3 PN/DP：192.168.1.100
JM-PN-DNTM：192.168.1.150，设备名“BallastGW1”

DeviceNet波特率：500 kbps（距离<70 m，余量充足）

从站地址：LMT1100依次设Node 10–17，输入8 Byte（液位+温度+状态），输出4 Byte（滤波、复位命令）

映射长度：网关共占用Prof iNet 144 Byte输入/64 Byte输出，后续可再扩展10台仪表

五、实施步骤
Step 1硬件安装

利用原AB分线盒，拆下1747-SDN模块，保留T型头与终端电阻121 Ω

35 mm DIN导轨固定JM-PN-DNTM工业智能网关，24 VDC取自卫通配电板，加2 A快熔保险

Prof iNet网线采用M12-D-coded预制跳线，防盐雾；DeviceNet沿用Mini-7/8”接头，无需重新压线

Step 2 TIA Portal组态

导入捷米特GSDML文件V2.43，拖曳“JM-PN-DNTM”到网络视图，设设备名与IP

在“设备概览”添加2个I槽：IN 144 Byte、OUT 64 Byte，更新周期4 ms

创建数据块DB501，数组结构：
DB501.Level[0..7]（REAL，液位值）
DB501.Temp[0..7]（REAL，温度值）
DB501.Status[0..7]（WORD，报警位）

Step 3网关侧配置

USB-Type-C连接网关，打开JetMatching V2.3，选择“PN-DNTM”模板

DeviceNet主站参数：500 kbps，扫描列表填入Node 10–17，加载IFM官方EDS文件

映射表：
Node 10输入0–7 → Prof iNet IN 0–7
Node 10输出0–3 → Prof iNet OUT 0–3
依次完成8台，共64 Byte输入/32 Byte输出

点击“下载”并重启，网关RUN灯绿色常亮，DeviceNet主站扫描显示8从站在线

Step 4传感器参数整定

用IFM LR Device软件通过DeviceNet临时适配器连接LMT1100，设置：
滤波时间=2 s，液位量程0–3 m，4 mA对应0 m，20 mA对应3 m
温度补偿开，报警模式“高高位=2.8 m，低位=0.2 m”

保存参数至EEPROM，断电再上电确认

Step 5联调与闭环测试

在集控室HMI（WinCC Unified）制作压载舱画面，趋势周期1 s

现场人工灌水：用卷尺测量实际水位，与PLC读数比对，误差<±5 mm

模拟海况摇摆台±15°，连续2 h记录，液位跳变<1 cm，通信无丢包

做断纤自愈测试：拔掉任一Prof iNet端口，MRP在152 ms内切换，液位趋势无断点

Step 6船级社验收

按LR《Test and Trials》第5.3.2条，进行45 min通信稳定性试验，8台传感器同时在线，周期抖动<1 ms

出具《Protocol Conversion Gateway Installation Record》，网关型号、序列号、节点地址与I/O映射表一并盖章，随船档案保存

六、经验总结

捷米特JM-PN-DNTM工业级协议转换网关“双从站”架构可在不改变原DeviceNet物理层的前提下完成协议桥接，特别适合船舶改造这类“工期=金钱”的场景

配置时遵循“同名同址”原则——DeviceNet节点号、Prof iNet设备名、IP末段一一对应，可显著降低映射错误概率

船用环境需关注盐雾与振动，网关IP20壳体须加装304不锈钢防溅罩，DIN导轨加防震垫圈

后续维护只需备份一份*.jet映射文件，10 min内可完成整机更换，实现“零编程”即插即换，大幅提升船舶运营效率

审核编辑 黄宇