一、項目背景

該電機廠年產(chǎn)500萬臺高效節(jié)能電機，測試線共18個工位，采用三菱Q03UDE PLC做邏輯控制。2024年底新增“一鍵追溯”需求：當(dāng)定子隨托盤流入測試工位時，圖爾克RFID讀卡器讀取電機定子內(nèi)側(cè)的超高頻標(biāo)簽，PLC需在200 ms內(nèi)完成型號解析、測試程序調(diào)用、結(jié)果上傳MES。原有串口方案讀取一次標(biāo)簽耗時1.8 s，且常因干擾丟包，無法滿足165 pcs/h的節(jié)拍目標(biāo)。經(jīng)調(diào)研，廠方?jīng)Q定保留原PLC程序不變，通過捷米特JM-ETH-Q以太網(wǎng)通信模塊將以太網(wǎng)能力“外掛”到PLC上，實現(xiàn)高速、開放、穩(wěn)定的通訊升級。

二、系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)備清單

1. 核心控制器

·三菱MELSEC Q系列PLC：型號Q03UDE，固件版本20CX，負(fù)責(zé)測試流程、模擬量采樣、氣缸及變頻器控制。

2. 以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊

·捷米特JM-ETH-Q，導(dǎo)軌安裝，自帶COM1（RS-232）與COM2（RS-485/422）雙串口，10/100 M自適應(yīng)RJ45口，支持三菱MC協(xié)議、Modbus TCP雙協(xié)議并發(fā)，最多容許6個上位機同時訪問。

3. 識別設(shè)備

·圖爾克TBEN-L-RFID-8DIP-8DOP IP67讀卡器，支持EPCglobal Gen2/ISO 18000-6C，以太網(wǎng)接口，協(xié)議Modbus TCP，單張標(biāo)簽讀取<5 ms。

4. 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

·西門子SCALANCE XB208工業(yè)交換機，8口百兆，環(huán)網(wǎng)冗余<20 ms，電機廠級抗電磁兼容認(rèn)證。

5. 輔助設(shè)備

·上位機：戴爾OptiPex 7090安裝WinCC 7.5，用于實時畫面與數(shù)據(jù)歸檔；

·觸摸屏：步科Kinco DMT4824T，以太網(wǎng)口，供現(xiàn)場工人手動補錄；

·MES：廠內(nèi)自研，RESTful接口，部署于私有云，通過OPC UA獲取測試數(shù)據(jù)。

三、硬件連接與IP規(guī)劃

1.捷米特JM-ETH-Q以太網(wǎng)通訊模塊的COM1口通過QC30R2編程電纜插到Q03UDE的RS-232編程口；COM2口懸空，用于后續(xù)擴展溫控儀。

2.JM-ETH-Q、讀卡器、觸摸屏、上位機全部接入SCALANCE XB208。IP地址統(tǒng)一規(guī)劃在192.168.1.0/24網(wǎng)段：

·JM-ETH-Q：192.168.1.100，TCP Server，5000端口；

·圖爾克讀卡器：192.168.1.101，TCP Client，主動連接192.168.1.100:5000；

·觸摸屏：192.168.1.102；

·上位機：192.168.1.103；

·網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1，用于后期遠(yuǎn)程維護。

所有電纜采用超五類屏蔽雙絞線，屏蔽層360°壓接，布線避開動力橋架，抗干擾余量>20 dB。

四、軟件配置與調(diào)試步驟

1. 模塊側(cè)設(shè)置

·上電后，用IE瀏覽器訪問192.168.1.100:80，進入JM-ETH-Q以太網(wǎng)模塊的Web配置頁；

·串口參數(shù)：115200 bps、8E1、無流控，與PLC默認(rèn)一致；

·協(xié)議模式：選擇“三菱MC協(xié)議與Modbus TCP共存”，實現(xiàn)透傳+地址映射；

·地址映射表：將Modbus 40001～40020映射至D1000～D1019，用于存放標(biāo)簽UID、型號、序列號；

·保存并重啟模塊。

2. 讀卡器側(cè)設(shè)置

·圖爾克PDD軟件中，定義讀卡器為Modbus TCP Client，輪詢周期50 ms；

·功能碼03，起始地址40001，長度20，目標(biāo)IP 192.168.1.100，端口5000；

·觸發(fā)方式：光電開關(guān)DI0上升沿觸發(fā)讀卡，防止連續(xù)重復(fù)讀取。

3. PLC程序修改

·無需更改原有梯形圖，僅利用已有的“外部設(shè)備寫入”功能塊；

·在D1000～D1019上增加判零邏輯，當(dāng)檢測到UID非零時，調(diào)用對應(yīng)型號測試子程序；

·測試完成后，把結(jié)果寫入D1020～D1029，JM-ETH-Q自動映射到Modbus 40021～40030，供上位機與MES讀取。

4. 上位機組態(tài)

·WinCC新建“捷米特YC驅(qū)動”，填入IP 192.168.1.100，選擇MC協(xié)議；

·添加變量Tag001～Tag020，對應(yīng)D1000～D1019，用于顯示標(biāo)簽信息；

·添加變量Tag021～Tag030，對應(yīng)D1020～D1029，用于顯示測試結(jié)果；

·設(shè)置1 s存檔一次，CSV格式通過RESTful POST到MES。

五、數(shù)據(jù)交互流程

1.托盤流入→光電開關(guān)動作→讀卡器讀標(biāo)簽→Modbus TCP幀發(fā)送至JM-ETH-Q以太網(wǎng)模塊；

2.JM-ETH-Q透明轉(zhuǎn)換→MC協(xié)議幀→PLC的D1000～D1019；

3.PLC檢測到UID有效→調(diào)用測試子程序→驅(qū)動耐壓、匝間、空載三項測試；

4.測試完成→結(jié)果寫入D1020～D1029→JM-ETH-Q以太網(wǎng)模塊映射到Modbus→WinCC與MES同時收到；

5.MES返回“合格”或“不合格”標(biāo)志→PLC收到后控制氣缸把托盤分撥到下一工位或返修線。

全程耗時<180 ms，其中RFID讀取+傳輸<20 ms，測試時間150 ms，余量10 ms，滿足165 pcs/h（≈22 s/件）的節(jié)拍。

六、總結(jié)與展望

本案例通過在三菱Q03UDE PLC側(cè)“外掛”捷米特JM-ETH-Q以太網(wǎng)模塊，無需更改原有程序，即實現(xiàn)了PLC與圖爾克RFID讀卡器的高速、透明、穩(wěn)定通訊，徹底解決了傳統(tǒng)串口無網(wǎng)口、速率低、協(xié)議封閉等痛點。

審核編輯 黃宇