EtherCAT转CAN协议转换网关实现汇川PLC与电机通讯在风力发电的变桨距电机控制的应用案例

一、项目背景

“海安 2 MW直驱型”海上风电机组，叶片长度 55 m，额定风速 12 m/s。为提升低风速段发电量，业主决定将固定桨角升级为“独立变桨距”结构：三只叶片各由一台 7.5 kW伺服电机单独驱动，桨距角动态范围 0–90°，调节精度 ±0.1°，刷新周期 ≤ 2 ms。
机舱主控已采用汇川 H5U-1614MT PLC，内置 EtherCAT主站；而变桨电机为步科 FV-750-CAN伺服，仅支持 CAN2.0B协议。为打通 EtherCAT与 CAN的“语言”壁垒，选用捷米特 JM-ECT-CAN工业级协议转换网关：EtherCAT侧做从站，CAN侧做主站，实现“一网到底”的实时闭环。

二、系统拓扑

机舱主控层

汇川 H5U-1614MT（EtherCAT主站，周期 1 ms）

魏德米勒 VS-08交换机，双绞屏蔽电缆拖至轮毂

协议转换层

捷米特 JM-ECT-CAN协议转换网关，IP20，35 mm DIN导轨安装，24 VDC/3.5 W

网关 EtherCAT端口↔ H5U端口 1（线型拓扑）

网关 CAN端口↔滑环专用 CAN总线（三线制：CAN_H、CAN_L、Shield）

执行层（轮毂内）

三台步科 FV-750-CAN伺服，节点 ID依次为 0x11/0x12/0x13

配套 18-bit绝对值编码器，减速机 120:1，桨距角分辨率 0.008°

每轴限位开关 2只、紧急顺桨电池组 1套，均通过 CAN报文触发

三、关键设备清单

品牌	型号	数量	备注
汇川	H5U-1614MT	1	EtherCAT主站，1 ms周期
捷米特	JM-ECT-CAN	1	EtherCAT从站 + CAN主站，500 字节 I/O
步科	FV-750-CAN	3	7.5 kW伺服，CAN2.0B，支持位置/速度/转矩模式
和柔	H05RN-F 2×1.5 mm²	120 m	拖链专用动力电缆
莱尼	CAT5e STP	80 m	EtherCAT屏蔽双绞，拖链等级

四、通信映射设计

网关内置 512条 CAN报文缓冲区，采用“生产者—消费者”模式，把 EtherCAT侧的 12 个 TxPDO与 12个 RxPDO精准映射到 CAN标识符，详见下表：

EtherCAT PDO索引	方向	CAN标识符	数据长度	内容
0x1A00	Tx	0x211	8 B	1#轴实际位置、速度、电流
0x1A01	Tx	0x212	8 B	2#轴实际位置、速度、电流
0x1A02	Tx	0x213	8 B	3#轴实际位置、速度、电流
0x1600	Rx	0x111	8 B	1#轴目标位置、速度、控制字
0x1601	Rx	0x112	8 B	2#轴目标位置、速度、控制字
0x1602	Rx	0x113	8 B	3#轴目标位置、速度、控制字

网关自动在 1 ms内完成 EtherCAT帧↔ CAN报文的双向转换，实测抖动＜50 µs，完全满足风机 IEC61400-25对“高优先级闭环” 4 ms刷新要求。

五、参数配置步骤

硬件上电

JM-ECT-CAN的 EtherCAT绿色指示灯常亮，表示与 H5U建立主从关系；

CAN侧终端电阻 120 Ω已内置，无需外置。

软件组态（InoProShop V1.7）

导入网关 ESI文件“JM-ECT-CAN_V2.3.xml”，从站地址自动分配为 0x02；

在“过程数据”页签拖拽 6条 PDO（3 Tx + 3 Rx）至 1 ms任务；

设置 Watchdog 100 ms，掉线策略“输出清零”，保障顺桨安全。

CAN报文表下载

打开捷米特软件

波特率 500 kbps，帧格式扩展帧 29-bit，关闭 RTR；

一键下载后，RUN灯常亮，ERR灯熄灭。

伺服驱动器侧

步科 FV-750参数 P0-02=2（CAN主站模式），P0-03=0x11/0x12/0x13（节点 ID）；

位置模式，电子齿轮比 1:120，过载倍数 300 %，确保 90°顺桨＜6 s。

六、现场调试与优化

通信测试

使用 CANoe抓包，3轴 SYNC抖动 38 µs，无丢帧；

EtherCAT侧 Wireshark监测，1 ms周期稳定性 99.97 %。

性能调优

将网关“CAN重发次数”由 3次降至 1次，降低 30 %总线负载；

开启步科驱动器“前馈增益”，位置跟踪误差由 0.18°降至 0.06°。

安全验证

模拟 60 m/s阵风，PLC下发紧急顺桨 90°，网关 2 ms内完成帧转换，顺桨时间 5.4 s，满足 GL规范＜8 s要求；

断 CAN测试，驱动器 50 ms内自动切换电池顺桨，保障机组安全。

七、运行成效

发电量提升：低风速段（3–6 m/s）Cp平均提高 5.7 %，年等效满发小时数增加 120 h；

通信延迟：EtherCAT→CAN实测 85 µs，CAN→EtherCAT实测 92 µs，总闭环延迟＜2 ms；

可靠性：连续运行 6个月，MTBF＞ 3500 h，CAN总线误码率 0.0001 %；

经济性：相比更换 EtherCAT伺服，节省硬件成本 28万元，缩短技改周期 15天。

八、经验总结

捷米特 JM-ECT-CAN协议转换网关的 500字节大容量映射，可一次同步位置、速度、电流、温度等 32 个关键参数，为风机大数据诊断提供原生通道；

网关内置的“WindPower”行业模板，省去逐条报文的手动输入，现场配置时间由 2 h缩短至 15 min；

IP20的紧凑体积可直接嵌入轮毂控制箱，-45 ℃~+85 ℃工业级温度范围，适应海上高盐雾、高湿度环境；

通过 PLC远程升级网关固件，15 min完成，无需登高拆卸，大幅降低海上运维成本。

审核编辑 黄宇