EtherCAT转Profibus DP协议转换网关实现汇川PLC与仪表通讯在化工企业原料罐区的应用案例

一、项目背景

华北某大型化工集团年产60万吨聚醚多元醇，原料罐区占地3.2万㎡，共分布12台2000 m³立罐、8台1000 m³球罐，储存环氧丙烷、苯酐、甘油等十余种介质。2018年建设时，罐区全部选用西门子S7-300 PLC + Profibus DP方案。2022年集团对全厂DCS进行“ EtherCAT化”改造，新主控系统采用汇川AM600系列PLC（CPU AM600-CPU1608E，固件V3.2.4）+ EtherCAT 100 Mbps环网，以实现毫秒级同步、大数据上云及后续数字孪生。但罐区所有旧仪表仍为Profibus DP，若全部更换为EtherCAT仪表，预算高达260万元，且需停车45天。综合安全、成本、工期，集团最终选用捷米特工业级协议转换网关，在Profibus DP侧做主站，在EtherCAT侧做从站，实现两网无缝数据交互。

二、需求梳理

罐区工艺要求液位误差≤±1 mm，压力误差≤±0.25 %，阀门定位精度≤0.3 %，因此网关转发延迟必须＜1 ms

防爆区域划分：Zone 2，IIC T4，网关须置于增安箱内，温度范围-20 ℃~60 ℃

汇川PLC通过EtherCAT周期发令，读写Profibus DP从站数据，周期2 ms

原有Profibus DP波特率1.5 Mbps，站地址2~69，不得改动，以兼容临时检修仍可能接入的旧DP主站

项目停车窗口仅7天，网关须“即插即配”，支持远程在线诊断

三、方案设计

1. 网络拓扑

罐区控制室与罐体相距最远380 m，采用“星-链”混合结构：

汇川AM600本体EtherCAT口 → 千兆光电转换器（摩莎EDS-408A-SS-SC）→ 单模光纤 → 罐区现场机柜

捷米特JM-DPM-ECT协议转换网关安装于防爆配电箱（华荣BXM59-6，Ex e IIC T6），其EtherCAT IN口接光纤收发器，OUT口下挂3台EtherCAT分布式I/O（汇川GL10系列，用于新增温度点）

网关Profibus DP口通过1.5 Mbps总线分支连接原有仪表，总线型拓扑，终端电阻220 Ω，满足GB/T 16657.2-2008

2. 网关关键参数

品牌：捷米特（Jiemite）

型号：JM-DPM-ECT工业智能网关

功能：Profibus DP-V0/V1主站  ↔ EtherCAT从站

DP侧：波特率9.6 k~12 Mbps，最大从站126台，I/O数据各488字节，支持周期性/非周期读写

EtherCAT侧：100 Mbps全双工，PDO最大2×256字节，同步周期250 µs~100 ms可设，支持DC分布式时钟

供电：24 VDC ±25 %，功耗＜3 W，现场与仪表共电源（菲尼克斯QUINT-PS/1AC/24DC/10）

认证：CE、FCC、ATEX Zone 2（II 3 G Ex nA IIC T4 Gc）

3. 数据映射

在捷米特免费配置软件JMCfgTool V2.1中建立“罐区DP主站工程”，导入各仪表GSD文件，按原地址分配输入/输出长度：

NMS53液位计：8字节输入（液位4字节+温度2字节+报警1字节+保留1字节）

VEGAPULS 64：6字节输入（液位4字节+报警2字节）

SAMSON定位器：4字节输入（实际阀位）+4字节输出（设定阀位）

WIKA压力：8字节输入（压力4字节+温度2字节+报警2字节）

总计：输入384字节，输出192字节。软件自动生成“EtherCAT ESI XML”文件，将上述数据映射到EtherCAT PDO 0x1A00（TX）与0x1600（RX）。在汇川InoProShop平台中导入该XML，设置同步周期2 ms，PLC通过%IW1000~%IW1191、%QW1000~%QW1095直接访问。

四、实施过程

1. 前期离线仿真

停车前两周，工程师在办公室用TwinCAT模拟EtherCAT主站，与JM-DPM-ECT网关对接，通过JMCfgTool在线扫描确认所有DP从站通信正常，液位、阀位数据实时跳动，延迟稳定在＜1 ms，满足设计要求

2. 停车割接

08:00 罐区停输、氮气置换、开具动火票

09:30 拆除旧PLC机架，保留DP电缆

11:00 安装防爆箱并固定JM-DPM-ECT工业级协议转换网关，接线完成

13:00 上电，绿色Run灯常亮，DP侧BF灯熄灭，EtherCAT侧LNK闪烁

14:00 汇川PLC下载新程序，EtherCAT扫描到网关，站名“DPM-ECT_GW”，自动进入OP状态

15:30 比对操作站数据：DCS画面液位值与现场磁翻板偏差＜1 mm，合格

17:00 工艺、仪表、电气三方签字验收，比原计划提前6小时

3. 后期优化

开启JM-DPM-ECT内置Web服务器，通过WiFi接入厂级环网，远程查看DP从站诊断信息，发现VEGA PULS 64（站地址15）信号强度下降，提前清洗天线，避免一次跳车

利用网关的“数据记录”功能，将液位趋势以CSV格式存入TF卡，供MES进行罐容计算，误差由0.7 %降至0.3 %

在PLC侧增加SFC块，当网关掉线时自动切换至“维护模式”并保持阀位，实现本质安全

五、经验总结

通过本次案例，捷米特JM-DPM-ECT工业级协议转换网关成功为化工原料罐区搭建起一座EtherCAT与Profibus DP之间的“高速桥梁”，既保护了用户既有资产，又满足了新系统对实时性、数字化的苛刻需求，为流程工业老旧装置改造提供了可复制、可推广的范本。

审核编辑 黄宇