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

1.  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

2.  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）

3.  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

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：

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

1.  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。

2.  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。

3.  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。

4.  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

1.  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 %。

2.  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°。

3.  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

1.  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；

2.  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；

3.  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；

4.  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。