一、项目背景
2025年,黑龙江农垦建三江分公司对 30 台进口“马斯奇奥 MTR NOVA-8 气吸式精量播种机”进行智能化升级。机载仪表系统原本只支持 CANopen 协议,而新建的中控室已统一部署三菱 FX5U-80MT/ES 系列 PLC,主干网络采用 CC-Link IE Field Basic(以下简称 CC-Link IE FB)。甲方要求:
- 作业速度、播种粒数、亩耗油量、GPS 坐标、播种深度 5 类参数必须实时回传;
- 播种量设定、排种器启停、风机转速 3 条指令必须≤50 ms 下发;
- 不改动原车线束,保留 CAN 仪表作为“主显示器”;
- 后续可无缝接入 CANopen 施肥机、喷药机。
经多轮对比,最终选用“捷米特 JM-CCLKIE-CAN工业级协议转换网关。该网关在本项目中同时承担“CANopen 主站 + CC-Link IE FB 从站”双重角色,实现两种协议数据区的 4 ms 周期映射,打通品牌壁垒,构建“机-站-云”一体化监控平台。
二、设备清单
- 管理 PLC:三菱 FX5U-80MT/ES,固件 1.32,CC-Link IE FB 主站;
- 协议网关:捷米特 JM-CCLKIE-CAN协议转换网关,24 VDC 2.5 W,导轨安装;
- 播种机仪表:马斯奇奥原装 CANopen 节点,节点 ID 1-8,波特率 250 kbps;
- 车载 GPS:Trimble NAV-900,CANopen 节点 ID 9;
- 交换机:赫斯曼 OCTOPUS 8M-EEC,IP67,千兆环网;
三、网络拓扑与接线
- CC-Link IE FB 侧
FX5U 本体网口→交换机→JM-CCLKIE-CAN协议转换网关的“CCLKIE”口;
网关作为从站,站号 3,占用 128 字节输入 / 128 字节输出,映射到 FX5U 软元件 D3000-D3131(输入)与 D4000-D4131(输出)。 - CAN 侧
网关“CAN1” → 德驰 12 芯航插 → 车载 CAN 总线(屏蔽双绞线,120 Ω 终端,支线<0.3 m);
网关做主站,发 NMT 心跳 50 ms, guarding time 150 ms,节点 1-10 采用 PDO1(Tx)+PDO2(Rx)各 8 字节,总线负载 29 %。
四、JM-CCLKIE-CAN工业级协议转换网关网关配置
- 硬件安装
DIN35 导轨固定在驾驶室右后侧配电箱,24 VDC 由车载稳压电源独立供给,PWR 灯常绿;CAN 口采用 5.08 mm 可插拔端子,屏蔽层在网关侧单端接地。 - 软件配置(JetCfg V3.2.1)
① CC-Link IE FB 从站
– IP:192.168.1.11/24,站号 3,协议版本 V1.10;
– 输入 128 字节,输出 128 字节,RPI 4 ms;
② CANopen 主站
– 波特率 250 kbps,NMT 主站心跳 50 ms;
– PDO 映射:
RxPDO(下发)→ 8 字节,包含“播种量设定(2 B)、风机转速(2 B)、排种器启停(1 B)、备用(3 B)”;
TxPDO(上传)→ 8 字节,包含“作业速度(2 B)、播种粒数(2 B)、油耗脉冲(2 B)、状态字(1 B)、GPS 状态(1 B)”;
③ 数据映射表
– 将 FX5U 侧 D4000 开始 10×8 B 写入 RxPDO,对应 10 个节点;
– 将 10 个节点 TxPDO 数据写入 D3000 开始 10×8 B,供 SCADA 读取;
– 校验方式:网关自动累加 CRC16,FX5U 侧用 SUM 校验,双重保险。
- 下载并重启,网关“RUN”常绿,“CAN”闪烁 2 Hz,表示 10 节点全部在线。
五、三菱侧 GX Works3 组态
- 以太网配置→CC-Link IEF Basic→添加远程站,站号 3,占用 128 字;
- 软元件分配:
远程输入(RX)D3000-D3131,远程输出(RY)D4000-D4131; - 无需编写 FROM/TO,FX5U 自动 4 ms 循环刷新;
- 诊断:用 GX Works3 监视 D3000 首字节,bit0=1 表示播种机就绪,bit1=1 表示播种中,bit7=1 表示故障报警。
六、调试与测试
- 10 台播种机并发作业,持续 3 h,FX5U 在线监视 D3000 计数器无跳变,通信负载 31 %;
- 在 120 kW 拖拉机发动机 0.5 m 处反复启停,CAN 总线零丢包;
- 静电放电 ±8 kV 接触、±15 kV 空气,通信未中断,符合 IEC-61000-4-2;
- 断线模拟:拔掉任意一台播种机 CAN 支线,网关 100 ms 内报警,FX5U 立即置位 D4131 故障位,车载平板弹窗,实现闭环安全。
七、经验总结
通过捷米特 JM-CCLKIE-CAN工业级协议转换网关,本项目在“零改动”前提下实现三菱 FX5U 与马斯奇奥 CANopen 仪表高速互联,为北大荒集团打造了一条可复制、可推广的“5G+智慧农机”示范应用,也成为黑龙江省 2025 年度数字农业标杆案例。