DeviceNet转ProfiNet协议转换网关实现西门子1500 PLC与贴标机伺服驱动器通讯在制药医疗的应用案例

一、项目背景
华东某大型生物制药集团 2025 年新建“注射用头孢冻干制剂追溯线”，要求每一瓶、每一盒、每一箱都必须具备符合《药品追溯码编码要求》(NMPA 2022 年 12 号令) 的唯一序列化标签。整条产线由西门子 SIMATIC S7-1500 统一调度，现场级网络采用 ProfiNet RT 协议。贴标工位原本规划使用德国 Eckelmann 公司成熟的 E-Label 6000 系列伺服贴标机，但该机型出厂仅内置 DeviceNet 从站接口（符合 ODVA 2.0 规范）。若直接更换伺服驱动或重新选型，不仅单台成本增加 4.8 万元，还需重新做 3Q 验证（IQ/OQ/PQ），至少延误 GMP 认证节点 6 周。最终，项目组决定引入“远创智控 YC-DNTM-PN工业级协议转换网关，在保持原有 ProfiNet 拓扑不变的前提下，将 DeviceNet 伺服无缝接入，实现毫秒级标签定位与追溯码实时写入。

二、网络拓扑与设备清单

主控 PLC
品牌/型号：西门子 SIMATIC S7-1516-3 PN/DP（6ES7 516-3AN01-0AB0，固件 V3.0）
角色：ProfiNet 主站，更新周期 4 ms，IP 192.168.10.1/24
软件：TIA Portal V19 Professional

协议转换网关
品牌/型号：远创智控 YC-DNTM-PN工业级协议转换网关

角色：ProfiNet 从站 + DeviceNet 主站
接口：

ProfiNet：双 RJ45，100 Mbit，支持 LLDP、SNMP、MRP 环网冗余

DeviceNet：5 位可插拔端子，125 k/250 k/500 kbit/s 可设，最大 63 从站，I/O 映像 512 Byte IN / 512 Byte OUT
工业等级：IP20，-25 ℃…+60 ℃，CE/FCC，符合制药洁净区 EMC A 级

伺服贴标机
品牌/型号：Eckelmann E-Label 6030-S（含 Beckhoff AX5106-0000-0210 伺服驱动）
通讯板：DeviceNet 从站卡，ODVA 认证，MAC ID 05，EDS 文件版本 EL6000_V201.edss
轴数：单轴，编码器 23-bit 多圈绝对值，额定转速 3000 rpm
工艺要求：标签长度 20 mm～120 mm，定位精度 ±0.2 mm，贴标周期 ≤ 220 ms

辅助元件

交换机：西门子 SCALANCE XC208（8×FE，支持 MRP）

电源：西门子 PM 1507 24 V/8 A，给网关独立供电

电缆：ProfiNet 屏蔽双绞线 (CAT5e, SF/UTP)；DeviceNet 干线 Belden 3084A，支线 ≤1 m，两端 120 Ω 终端电阻内置于网关与尾部分线盒

HMI：西门子 KTP900 精智面板，用于显示贴标计数、伺服报警及追溯码比对结果

三、实施步骤（分 5 天完成）
Day1 硬件安装

将网关 DIN 导轨固定于贴标机右侧电柜，远离变频器动力线，间距 ≥150 mm；

使用预铸 M12 D-coded 电缆把网关 Port1 接入 SCALANCE XC208，Port2 预留环网；

DeviceNet 干线从网关 CN1 出，经 T 型头到伺服驱动 CN1A，总线长度 18 m，支线 0.8 m，终端电阻拨码置 ON；

24 VDC 经独立空开供电，接地线与 PE 铜排单点连接，确保 EMC 测试 CE 合格；

上电自检：网关 PWR 灯常绿，MS 灯绿闪（DeviceNet 未扫描），NS 灯绿常（ProfiNet 未组态）。

Day2 TIA Portal 组态

新建项目“TraceLine_2025”，导入远创智控提供的 GSDML 文件“YC-DNTM-PN_V237.xml”；

在硬件目录找到“YC-DNTM-PN”，拖至 ProfiNet 网络，设设备名“PN_DeviceNet_GW”，IP 192.168.10.20；

配置 I/O 映像：输入 32 Byte（伺服状态、实际位置、报警码），输出 24 Byte（目标位置、速度、启停、追溯码 16 Byte）；

分配设备名称并下载，PLC 在线显示“IO 正常”，NS 灯转绿常。

Day3 DeviceNet 主站配置

打开“YC-NetConfig”软件（V3.2.1），USB-Type-C 连接网关维护口；

设置波特率 500 kbit/s，扫描在线从站，自动识别 MAC ID 05 “EL6000_Servo”；

导入 Beckhoff AX5106 EDS，建立 8 Byte IN（StatusWord2+ActualPos4+Alarm2）+ 6 Byte OUT（ControlWord2+TargetPos4）；

映射表关联：将 DeviceNet IN Byte0-7 映射至 ProfiNet 输入 Byte0-7，OUT 同理；

点击“下载配置”，网关 MS 灯转绿常，DeviceNet 扫描周期 4 ms，无冲突报错。

Day4 工艺联调

PLC 侧编写 FB “FB_LabelServo”：

输入：触发贴标请求、追溯码字符串（16 Byte ASCII）

输出：完成位、报警字、实际贴标位置

逻辑：通过 MC_MoveAbsolute 指令，把目标位置写入网关输出映像，等待 InPosition 位；

在 OB1 中调用 FB，实例数据块 DB300，循环周期 4 ms；

HMI 组态画面：显示当前标签序号、追溯码二维码、伺服扭矩曲线；

手动触发测试：

正常工况：220 ms 内完成定位，位置误差 0.15 mm，二维码读取率 100%；

异常模拟：拔掉 DeviceNet 终端电阻，网关 20 ms 内报警，PLC 立即停机并弹出“DeviceNet BusOff” 提示，符合 GMP 故障安全原则。

四、运行效果

周期：从硬件到验证仅 5 天，相比重新选型缩短 5.5 周，保证 FDA 现场审计节点；

可靠性：网关 MTBF ≥ 10 万小时，DeviceNet 端子支持热插拔，维护时间 < 3 min；

扩展性：网关剩余 62 个 DeviceNet 节点，可继续接入同线别的 DeviceNet 条码阅读器或称重模块，无需新增硬件；

合规性：完整保存 180 天电子批记录，审计追踪日志不可篡改，顺利通过国家药监局追溯系统符合性测试。

五、经验小结

至此，西门子S7-1500通过远创智控YC-DNTM-P协议转换网关，与 Eckelmann DeviceNet 伺服贴标机实现毫秒级、零丢包、可追溯的实时通讯，为制药行业药品序列化升级提供了一条低成本、高可靠的协议互通范例。

审核编辑 黄宇