一、项目背景与痛点

项目现场原有一条 2018 年投产的“开卷-校平-送料-冲裁-码垛”线体，上位控制器为西门子 S7-1516-3 PN/DP，现场 I/O 与 15 台 G120 变频器走 PROFINET IRT，节拍 28 SPM（冲次/分钟）。设备部门选型的结果是：三菱 HG-KR 系列小惯量电机 + MR-J4-B 伺服驱动，驱动器自带 CC-Link IE FB Ver.2，最高 4 Mbps，最小站周期 1.7 ms，电子凸轮曲线由 MR Configurator2 直接生成。
矛盾点就此出现——西门子 PLC 只能发 PROFINET，而三菱伺服只认 CC-Link IE FB，二者物理层、数据层、应用层完全异构；若把整套 PLC 换成三菱 iQ-R 系列，停机周期至少 3 周，成本 46 万元，被生产部直接否决。于是“协议转换网关”成为唯一可行路线。

二、方案选型与拓扑

经 4 家网关厂商对比，远创智控 YC-CCLKIEM-PN工业级协议转换网关在 2025 年 9 月刚刚拿到 CC-Link IE FB 一致性测试 A 级报告（编号 CLPA-2025-09-18-07），支持 PROFINET IRT 从站、CC-Link IE FB Ver.2 主站，最小转发延迟 250 μs，自带双口以太网支持 MRP 环网，且提供 TIA Portal GSDML 文件，可像普通 IO 设备一样直接拖曳组态，因此敲定该型号。拓扑如下：

· S7-1516-3 PN/DP（6ES7 516-3AN01-0AB0）→ 交换机 X204-2IRT（6GK5 204-2BB00-2AA3）→ YC-CCLKIEM-PN Port1（环网冗余）

· YC-CCLKIEM-PN协议转换网关正面 8 位拨码，站号 1，波特率 4 Mbps，占用 4 站×32 RW 字节

· MR-J4-B 共 6 轴，站号 2-7，每轴 8 RW 字节（位置 4 字节 + 速度 2 字节 + 扭矩 2 字节）

· 24 VDC 电源采用普尔世 QT40.241，网关功耗 3.2 W，每轴伺服通讯口功耗 0.3 W，总电流预算 < 2 A，原柜内电源刚好富裕。

三、硬件接线与接地

1. PROFINET 侧：YC-CCLKIEM-PN工业智能网关自带两个 RJ45，支持 MRP。项目现场把 Port2 与交换机 X204-2IRT 环回，构成 < 50 m 单模光纤环，任何一根网线被冲床振动碰断，自愈时间 < 200 ms，对 4 ms 伺服周期零影响。

· CC-Link IE FB 侧：网关 Port1（RJ45）→赫斯曼交换机→MR-J5 驱动器 CN11 口；

· 拓扑：总线型，站号 1~24，每站 256 Byte 输入/256 Byte 输出，总计 6 kB 循环数据；

· 刷新周期：1 ms，网关自动广播"Refresh"帧，保证伺服 16 kHz 电流环与 4 kHz 速度环实时跟随。

2. 接地：网关金属壳体与柜内 PE 排一点接地，避免 PROFINET 与 CC-Link IE FB 出现地电位差；同时用 6 mm² 黄绿线把 6 台伺服驱动器 PE 串成“日”字形，最终与冲床机身接地极 < 1 Ω。

四、软件配置步骤

1. TIA Portal 侧：
a. 导入 GSDML-V2.4-YC-CCLKIEM-PN-20250915.xml，拖曳到 PROFINET 网络，设设备名“CCLK-Master”，IP 192.168.1.20，更新时间 2 ms，数据长度 64 字节输入 / 64 字节输出。
b. 在“设备视图”中建立 6 个槽，对应 6 轴映射：槽 1 为轴 1（8 Byte I / 8 Byte Q），槽 2 为轴 2 … 槽 6 为轴 6，这样 PLC 侧逻辑地址连续，方便后续 FOR 循环。
c. 下载完成后，用在线诊断确认 2 ms 周期无丢包，网络负载 11%。

2. MR Configurator2 侧：
a. 逐台设置站号 2-7，波特率 4 Mbps，模式“绝对位置 + 速度前馈”，电子齿轮 1048576 pulse/rev，丝杆螺距 10 mm，换算后 1 μm = 0.104 pulse。
b. 把站 2 设为“电子凸轮主轴”，站 3-7 为“从轴”，凸轮曲线 360° 分 4096 点，由冲床编码器 720 ppr 经 1:2 同步带提供。

3. YC-CCLKIEM-PN 配置工具：
a. 用 USB-C 线连接网关，打开 YC_Config_V1.7.2，读取固件，确认硬件版本 V2.3。
b. 在“PN→CCLK 映射表”中，把 PLC 输出字节 QW0-QW63 对应到 CC-Link IE FB 主站 RWw0-RWw31；把 CC-Link IE FB 主站 RWr0-RWr31 对应到 PLC 输入字节 IW0-IW63。
c. 启用“时钟同步”选项，让网关把 PROFINET 的 2 ms 节拍倍频后生成 1 ms 的 CC-Link IE FB 同步中断，保证两网 jitter < 50 µs。
d. 写入参数后重启，绿色 RUN 灯常亮，LNK 灯 100 ms 闪烁，代表主站已轮询到 6 台从站。

五、PLC 程序开发要点

1. 采用西门子官方 LAcyc 库，用 “ReadWriteRecord” 一次性把 64 字节用户数据搬移到 DB100，减少 IO 访问次数；

2. 电子凸轮计算放在 2 ms 等时中断 OB61，主轴角度由高速输入 TM PosInput 2 × 24 V 差分读取，分辨率 0.088°；

3. 伺服命令先写目标位置 4 字节，再写控制字 6040h（启动、使能、急停），最后统一触发“同步写”位，保证 6 轴同时更新；

4. 故障位 1 ms 轮询，一旦任何轴报警，PLC 在 10 ms 内把冲床离合器气压切断，同时把凸轮曲线切换到“安全回零”段，确保模具不撞车。

六、项目总结

YC-CCLKIEM-PN工业级协议转换网关在本次“德系-日系”协议混搭场景中，以 250 µs 级转发延迟、零丢包、即插即用的表现，让西门子 PLC 与三菱伺服像“同一品牌”一样协同工作，既保护了用户原有 PROFINET 资产，又享受了日系伺服高性价比的电子凸轮询功能。