一、项目背景

山东某大型化工集团 2024 年新建 40 kt/a 聚氨酯弹性体车间，共 6 条全自动配料-浇注-熟化生产线。每条线体由 1 台西门子 S7-1500 PLC 做集中控制，下挂 12 台 ABB IRB 4600-40/2.55 六轴搬运机器人（控制器为 IRC5 Compact）和 3 台 Allen-Bradley PowerFlex 755 变频计量泵。PLC 侧只有 PROFINET 接口，而 ABB 与 AB 设备均为 EtherNet/IP 从站，协议天然隔离。若全部更换主站板卡，硬件成本超 18 万元且工期不可接受。最终用户选用“捷米特 JM-EIPM-PN”协议转换网关，让 1 台网关同时扮演“PROFINET 从站 + EtherNet/IP 主站”，在 0 改动 PLC 程序的前提下完成 15 台 EtherNet/IP 设备无缝并入。项目 2024-10-15 上线，至今连续运行 7 200 h，通信零丢包，节拍提升 11.4 %，年增产值约 600 万元。

二、网络拓扑与设备清单

1. 主控制器：西门子 S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP（6ES7 516-3AN01-0AB0），固件 V2.9，TIA Portal V17

2. 机器人：ABB IRB 4600-40/2.55（3HAC033453-003）×12，IRC5 Compact 柜，DSQC1000 EtherNet/IP 适配器

3. 变频泵：Rockwell PowerFlex 755（20G11NC015JA0NNNNN）×3，内置 20-750-ENETR 双口 EtherNet/IP

4. 协议网关：捷米特 JM-EIPM-PN工业数据采集转换网关×1，24 VDC/200 mA，IP20，35 mm 导轨安装

5. 交换/布线：西门子 SCALANCE XC208 工业交换机，屏蔽 CAT5e 拖链网线，PROFINET 专用 M12 接头

6. 软件：

· TIA Portal V17（导入 GSDML 文件生成 256 字节 I/O）

· Studio 5000 V32（用于 EDS 文件导出，供网关扫描）

· 捷米特网关配置工具 JM_Console V3.4（免安装，Web 界面）

三、硬件连接步骤

1. 电源：网关 JM-EIPM-PN工业智能网关的 3-PIN 可插拔端子接 24 VDC，PE 独立接地＜1 Ω

2. PROFINET 侧：网关 P1、P2 口为内置交换机，任一口用 M12-D 编码线接入 SCALANCE XC208 PLC 端口；PLC IP 设为 192.168.2.10，网关 PROFINET 接口 192.168.2.20

3. EtherNet/IP 侧：网关 P3、P4 口同样为交换机，用 RJ45 级联到 ABB IRC5 与 PF755 的 EtherNet/IP 端口，形成一个独立网段 192.168.3.x/24；网关 EIP 接口 192.168.3.1

4. 接地与屏蔽：全段网线屏蔽层在柜侧 360°压接，避免变频器谐波干扰；网关与机器人之间线缆加套铝箔软护管，抗 30 MHz 以上共模噪声

5. 指示灯检查：上电后 PN 与 EIP 绿色常亮，LINK/ACT 闪烁，确认物理层连通

四、软件配置详解

4.1 PLC 侧（PROFINET 从站配置）

1. 在 TIA Portal 硬件目录导入“JM-EIPM-PN_V3.1.gsdml”，拖入 PROFINET 网络，分配设备名“Gateway-EIPM”

2. 设置 I/O 长度：Input 256 Byte、Output 256 Byte，映射到 DB100（发送）与 DB101（接收）

3. 更新组态，下载到 CPU 1516，PLC 报文周期 4 ms，启用 IRT 同步，网关自动同步 1 ms 抖动＜0.1 ms

4.2 网关侧（EtherNet/IP 主站配置）

1. 打开 JM_Console，登录网关默认 IP 192.168.2.20，切换至“EtherNet/IP Scanner”模式

2. 导入 ABB.eds、PF755.eds，设置扫描列表：

· 机器人 1～12，站地址 192.168.3.11～22，Assembly Instance 100/101，32 Byte IN / 32 Byte OUT

· 变频器 1～3，站地址 192.168.3.31～33，Assembly Instance 1/0，16 Byte IN / 16 Byte OUT

3. 数据映射：
将 12×32 Byte 机器人输入依次映射到 PROFINET 输出区 Byte 0～383；
3×16 Byte 变频输入映射到 Byte 384～431；
反向数据同理，共占用 432 Byte，未超 490 Byte 上限

4. 扫描间隔：默认 5 ms，开启 “Change of State” 触发，网络负载约 8 %

5. 保存并重启网关，观察“Scanner Status = Run”，所有节点 Online

4.3 机器人与变频侧

1. ABB IRC5：RobotStudio 设置 EtherNet/IP 从站 I/O 512 Byte，创建组信号 giRobotData/goRobotData，与网关映射对应

2. PF755：Studio 5000 创建 16 Byte 输入/输出数组，用于频率设定、实际转速、电流、报警字

3. 完成逻辑后分别下载，机器人与变频均报“EtherNet/IP Connected”

五、关键工艺数据与实时节拍

· 每 2 s 完成一次“取料—称重—浇注—下件”循环，PLC 通过网关向机器人下发 32 Byte 目标坐标与工艺号，机器人返回 32 Byte 完成码、实际负载、各轴电流

· 网关端到端实测延时＜5 ms，满足节拍 500 ms 内闭环

· 变频器实时上传累计流量，PLC 做 PID 微调，原料浪费率由 3.7 % 降至 1.2 %

· 现场温度 45 ℃、相对湿度 85 %，网关连续运行壳温 58 ℃，低于规格 70 ℃上限

六、结论

捷米特 JM-EIPM-PN工业数据采集转换网关以“即插即用”方式打通PROFINET与 EtherNet/IP协议壁垒，在严苛化工环境下实现西门子 S7-1500 与多台 ABB 机器人、罗克韦尔变频器的高速稳定通信。本案例为同类精细化工、涂料、制药等需要多品牌设备共线的场景提供了可复制、低成本的落地模板，充分验证了协议转换网关在工业 4.0 混合网络中的核心价值。