一、 项目背景
华东某市重点供水泵站 2025 年扩容改造，新增 3 台 110 kW 离心泵，采用 ABB 800xA 系列变频器（型号 ACS880-01-145A-3，内置 DeviceNet 从站卡）实现恒压调速。主控系统沿用已有机房内的西门子 S7-1500 PLC，上位 WinCC V8.1 通过 ProfiNet 环网进行 SCADA 监控。由于现场已敷设 DeviceNet 总线（Belden 3084A 粗缆 260 m，终端电阻 121 Ω），且变频器 DeviceNet 地址 06、07、08 已固化，若整体更换为 ProfiNet 版变频器，需停机 4 天、预算 28 万元。最终采用"捷米特 JM-PN-DNTM 工业级协议转换网关"实现零拆线、零改程、8 h 内完成割接。
二、关键设备清单
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主控 PLC：西门子 S7-1500，CPU 1516-3 PN/DP，订货号 6ES7 516-3AN01-0AB0
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变频器：ABB 800xA 系列，型号 ACS880-01-145A-3，配 DeviceNet 从站适配器 NPBA-12，节点地址 06/07/08
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协议网关：捷米特 JM-PN-DNTM协议转换网关，24 VDC 3.5 W，IP20，导轨安装
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电源：魏德米勒 PRO ECO 120 W 24 VDC
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交换机：赫思曼 OCTOPUS 8M-EEC，MRP 环网冗余
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线缆：ProfiNet CAT6A 屏蔽跳线 15 m，DeviceNet 干线 260 m，支线 ≤ 6 m
二、 网络拓扑与角色分配
• ProfiNet 侧：JM-PN-DNTM 工业 智能 网关 作为从站，占用 PLC 槽 4～7，IP 地址 192.168.1.210，设备名"GW_PumpDNTM"，周期 4 ms，支持 RT 实时报文
• DeviceNet 侧：JM-PN-DNTM 作为主站，波特率 500 kbps，扫描列表依次轮询 06/07/08 号变频器，I/O 各 32 Byte，Poll Rate 8 ms
• 冗余机制：ProfiNet 环网 MRP 自愈 < 200 ms；DeviceNet 总线两端 121 Ω 终端电阻，断线自动报警并在 PLC 侧置位 "BusFail"
四、实施步骤
- 硬件接线
① 将 JM-PN-DNTM工业级协议转换网关 的 PN1 口接至 OCTOPUS 交换机，PN2 口留作环网冗余
② DeviceNet 干线采用开放型端子，支线 1:1 接入 3 台 ACS880 的 X12 端口，CAN_H、CAN_L、Shield 严格分层接地
③ 24 VDC 电源经熔断器单独供电，确保与变频器动力电缆隔离 ≥ 50 mm
- TIA Portal 组态
① 导入捷米特 GSDML 文件 V2.43，拖曳 4 槽模块：InSlot0 32 Byte、OutSlot0 32 Byte
② 创建数据块 DB500，"PumpDN_In" Array[0..31] of Byte，"PumpDN_Out" Array[0..31] of Byte
③ 设置更新时间为 4 ms，关闭 IRT 以减少抖动，开启"MRP Client"
- 网关配置
① 通过 USB-Type-C 口连接上位机，打开 GatewayBuilder V3.1
② 选择"DeviceNet Master"模式，扫描列表添加节点 06、07、08，EDS 文件加载 ABB 官方 "ACS880_DN.eds"
③ 建立映射表：变频器状态字、运行频率、电流、功率 → DeviceNet Out，PLC 频率给定、启停命令、故障复位 → DeviceNet In
④ 设置超时 500 ms，掉线重试 3 次，完成后"Download & Reset"
- 数据映射与 FB 封装
① 在 PLC 侧新建 FB "PumpDNTM"，接口变量：
Enable BOOL
SpeedRef REAL (0-50 Hz)
StatusWord WORD
ActFreq REAL
FaultCode WORD
② 使用 MOVE_BLK 指令将 DB500 数据搬至 FB 接口，周期调用 4 ms
③ 在 WinCC 画面绑定 SpeedRef、ActFreq、FaultCode，实现远程设定与实时曲线
- 调试与验证
① 单泵空载：手动写入 25 Hz，观察 ACS880 面板频率稳定 24.98 Hz，ProfiNet 诊断无丢包，往返延迟 6 ms
② 三泵并联：依次启动 06→07→08，逐步升频至 42 Hz，母管压力由 0.32 MPa 升至 0.55 MPa，总线负载 38 %，网关温度 43 ℃
③ 故障模拟：拔掉 07 号支线，TIA 在线诊断显示 "DeviceNet Slave07 Offline"，WinCC 弹出红色报警，PLC 自动关闭该泵出口阀，系统无压力波动
④ 72 h 连续运行：记录 86400 次轮询，0 丢包，频率稳态误差 ±0.02 Hz，通信抖动 < 1 ms，完全满足《GB/T 18916 取水供水系统技术规范》对恒压误差 ≤ 0.01 MPa 的要求
五、运行效果
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工期：硬件安装 2 h、软件组态 3 h、联调 3 h，总计 8 h，比原计划更换变频器方案节省 88 h
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成本：网关 1 台 0.45 万元、辅材 0.05 万元，合计 0.5 万元，仅为更换方案 1.8 %
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能耗：恒压控制周期由 200 ms 缩短至 8 ms，泵组平均运行频率下降 1.8 Hz，单泵节电 7 %，年节约电费 3.1 万元
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维护：通过 WinCC 实时查看变频器电流、功率、温度，故障定位时间由 30 min 缩短至 5 min，OEE 提升 4 %
六、经验总结
通过本案例，捷米特JM-PN-DNTM工业级协议转换网关成功打破 ProfiNet 与 DeviceNet 之间的协议壁垒，让西门子 S7-1500 PLC 与 ABB 800xA 变频器在供水泵站实现高效、稳定、低延时的互联互通，为老旧泵房数字化升级提供了可复制、可推广的实践范本。