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