ProfiNet转DeviceNet工业物联网网关实现PLC张力传感器数据采集提升锂电池卷绕张力检测可靠性

一、项目背景

在锂电池生产过程中，卷绕机是极片成型的核心设备，而张力摆辊的稳定控制直接决定了锂电池极片的卷绕精度，影响电池的容量一致性和循环使用寿命。某锂电池生产企业的卷绕机设备面临协议兼容难题：控制系统采用西门子 1200 系列 PLC，其通信协议为 ProfiNet，而张力摆辊驱动单元选用的是东方马达 PK566AW - ND 步进电机驱动器，该驱动器仅支持 DeviceNet 协议。两种设备因通信协议差异无法直接对接，导致张力摆辊的张力调节响应滞后、精度不足，频繁出现极片褶皱、张力不均等问题，严重影响生产效率和产品合格率。为解决这一核心矛盾，企业决定引入协议转换网关，最终选定塔讯品牌的TX 131-RE-DNM/PNS型号 DeviceNet 转 ProfiNet 网关，实现两种协议的无缝对接，保障张力摆辊系统稳定运行。

二、核心设备选型及参数说明

本项目核心设备均经过严格选型，适配锂电池生产的工业环境和精度要求，具体设备清单及参数如下：

1.主控制器：西门子 1200 PLC

品牌：西门子；型号：CPU 1214C DC/DC/DC。该 PLC 具备强大的逻辑控制和运动控制功能，支持 ProfiNet 实时通信，集成 14 路数字量输入、10 路数字量输出，自带以太网接口，可直接接入工业以太网，满足卷绕机张力摆辊的实时控制需求，是工业自动化领域的主流控制器。

2.协议转换网关：塔讯 TX131 - RE - DNM/PNS

品牌：塔讯；型号：TX131 - RE - DNM/PNS。该网关是专门针对工业协议转换设计的高性能设备，支持 DeviceNet 主站与 ProfiNet 从站双重角色切换，完美匹配本项目需求。其通信速率最高可达 100Mbps，支持 DeviceNet 总线最多连接 63 个从站设备，ProfiNet 端兼容 ProfiNet IO V2.3 标准，具备抗电磁干扰、宽温工作（- 40℃~85℃）等工业级特性，适配锂电池生产车间的复杂环境。

3.步进电机驱动器：东方马达 PK566AW - ND

品牌：东方马达；型号：PK566AW - ND。该驱动器专为步进电机设计，支持 DeviceNet 协议通信，输出电流范围 0.5A - 5.6A，适配 56 系列步进电机，具备细分调节功能，细分步数最高可达 2000 步 / 转，能精准控制张力摆辊的摆动角度和速度，进而实现极片张力的精细调节。

4.辅助设备

包括东方马达配套步进电机、张力传感器、工业以太网交换机、DeviceNet 总线电缆及终端电阻等，为系统搭建提供完整的硬件支撑。

三、系统整体架构与连接方式

本系统以协议转换为核心，构建了 “PLC - 网关 - 驱动器” 的三层通信架构，网关承担 DeviceNet 主站和 ProfiNet 从站的双重职责，具体连接方式如下：

1.ProfiNet 侧连接

西门子 1200 PLC 作为 ProfiNet 主站，通过工业以太网电缆连接至工业交换机，塔讯TX 131-RE-DNM/PNS协议转换网关的 ProfiNet 端口同样接入该交换机，形成 ProfiNet 通信网络。为保障通信稳定性，为 PLC 分配固定 IP 地址 192.168.0.1，网关 ProfiNet 端 IP 地址设置为 192.168.0.2，子网掩码统一为 255.255.255.0。

2.DeviceNet 侧连接

塔讯TX 131-RE-DNM/PNS工业智能网关的 DeviceNet 端口作为主站，通过 DeviceNet 总线电缆连接东方马达 PK566AW - ND 步进电机驱动器。总线两端安装 120Ω 终端电阻，防止信号反射干扰。驱动器的 DeviceNet 节点地址设置为 3，网关通过该地址对驱动器进行参数读写和控制指令下发。

3.控制链路

张力传感器实时采集卷绕机极片的张力数据，传输至西门子 1200 PLC。PLC 根据预设张力阈值进行逻辑运算，生成控制指令，通过 ProfiNet 协议发送至塔讯网关。网关将 ProfiNet 协议数据转换为 DeviceNet 协议格式，下发给东方马达驱动器，驱动步进电机带动张力摆辊调整位置，实现张力闭环控制。

四、详细配置与调试过程

（一）软件配置

1.西门子 1200 PLC 的 ProfiNet 配置

打开西门子 TIA Portal 博途软件，新建项目并添加 CPU 1214C DC/DC/DC 控制器。在设备组态界面中，点击 “添加新设备”，搜索塔讯TX 131-RE-DNM/PNS工业级协议转换网关的 GSD 文件并导入，将网关作为 ProfiNet 从站添加至 ProfiNet 网络中。配置网关的 ProfiNet 设备名称为 “TX131 - Gateway”，IP 地址 192.168.0.2，与硬件设置保持一致。随后，在 PLC 程序中编写张力控制逻辑，定义张力设定值、实际值、驱动器控制字、状态字等变量，并将变量映射至 ProfiNet IO 数据区。

2.塔讯网关的 DeviceNet 主站配置

安装塔讯专用网关配置软件 TX - ConfigTool，通过以太网连接网关并登录。在配置界面中，将网关工作模式设置为 “DeviceNet 主站 + ProfiNet 从站”。在 DeviceNet 主站配置栏，添加东方马达 PK566AW - ND 驱动器，设置驱动器节点地址为 3，通信波特率为 500kbps。同时，映射驱动器的关键参数，包括电机运行使能、转速设定、正反转控制等输出变量，以及电机运行状态、故障报警等输入变量，完成 DeviceNet 与 ProfiNet 数据的对应映射。

（二）硬件调试

1.完成所有硬件接线后，依次接通 PLC、网关、驱动器及辅助设备的电源，检查各设备电源指示灯是否正常亮起。

2.通过博途软件的在线诊断功能，检查 PLC 与网关的 ProfiNet 通信状态，确保通信正常无故障。利用塔讯配置软件查看 DeviceNet 总线状态，确认网关与东方马达驱动器的连接稳定。

3.进行空载调试，在 PLC 中下发低速运行指令，观察张力摆辊是否按指令平稳摆动，驱动器状态反馈是否准确。逐步调整电机转速，测试网关的数据转换延迟，确保延迟时间小于 10ms，满足实时控制需求。

4.加载极片进行负载调试，通过张力传感器监测实际张力值，对比设定值，微调 PLC 控制参数和驱动器细分步数。最终实现张力控制精度达到 ±0.1N，满足锂电池卷绕工艺要求。

五、应用效果与项目价值

（一）应用效果

1.控制精度显著提升：通过塔讯网关的精准协议转换，张力摆辊的张力控制精度从原来的 ±0.5N 提升至 ±0.1N，极片卷绕的平整度大幅改善，锂电池产品合格率提升 3%。

2.通信稳定性强：网关具备工业级抗干扰能力，在车间复杂电磁环境下，实现 72 小时连续无故障运行，通信故障率降至 0，彻底解决了之前频繁断连、响应滞后的问题。

3.操作维护便捷：网关支持在线参数修改和故障诊断，配合西门子 PLC 的监控功能，工作人员可实时查看设备运行状态，故障排查时间缩短 60%。

（二）项目价值

该项目通过塔讯TX 131-RE-DNM/PNS网关成功解决了 ProfiNet 与 DeviceNet 的协议兼容问题，不仅保障了锂电池卷绕机的稳定运行，还为企业降低了设备改造和维护成本。同时，该方案具备良好的可复制性，可为同行业其他设备的协议转换需求提供参考。

审核编辑 黄宇