一、項目背景：精細化工溶劑精餾生產線的通訊困境

在工業自動化領域的化工精細溶劑精餾生產線中，某企業採用施耐德 M340 PLC（Modbus RTU 協議）負責原料預處理（進料量、預熱温度控制），搭配 ABB AC500 PLC（Modbus TCP 協議）控制精餾塔温度、迴流比、溶劑純度檢測等核心工序。

為確保溶劑精餾純度與生產安全，施耐德 M340 PLC 需向 ABB AC500 PLC 實時傳輸原料進料量、預熱温度及就緒信號，後者則需反饋塔頂温度、迴流比和溶劑純度。但因雙方總線協議差異，無法直接通訊，企業不得不採用人工定時記錄並錄入參數的方式，導致效率低下。此舉日均引發 2 次生產停滯，單次排空物料損失超 15 萬元。作為高附加值的精細化工行業，其對工藝精度及防爆合規性（GB 3836-2021/ATEX）要求極高，工業物聯網環境下的數據實時性成為關鍵需求。

 

二、項目痛點

1. 協議異構阻斷生產協同：施耐德 M340 PLC 的 Modbus RTU 協議與 ABB AC500 PLC 的 Modbus TCP 協議無法直接兼容，無物聯網網關中轉時，預處理參數需操作員每 30 分鐘從 M340 PLC 導出後，通過 AC500 編程軟件手動輸入，單次數據傳遞延遲超 25 分鐘，導致精餾塔進料與温度控制不同步，溶劑純度波動超 1.2%，曾因純度不達標導致 1 批次溶劑報廢，損失超 20 萬元；生產節拍從 4 小時 / 批次延長至 6.5 小時 / 批次，效率下降 38%。

2. 數據採集追溯斷層：原有系統無專用數據採集器，精餾温度曲線、迴流比、溶劑純度檢測數據等關鍵工藝參數僅分別存儲於兩台 PLC 本地（存儲週期 7 天），無法自動上傳至工業物聯網平台，出現質量問題時，需人工比對兩台 PLC 的運行日誌，追溯原因耗時超 6 小時，不符合化工行業 “危險化學品生產全流程追溯” 的要求（如巴斯夫、陶氏供應鏈標準）。

3. 工業環境適應性差：生產車間為爆炸性環境（Zone 2 防爆區域），存在溶劑蒸汽（如乙醇、丙酮）、高温（精餾塔外壁温度達 150℃），傳統 RS485 轉以太網模塊無防爆認證、耐高温性能弱（僅≤80℃），日均通訊中斷 2-3 次，每次中斷需按防爆規程停機排查，恢復耗時超 3 小時，單日減少有效生產時間約 6 小時，損失產能超 120L 溶劑。

4. 設備負載超限引發安全風險：嘗試通過第三方軟件實現數據轉發，導致施耐德 M340 PLC CPU 負載升至 83%（頻繁處理數據轉換任務）、ABB AC500 PLC CPU 負載達 81%，超出安全運行閾值（PLC≤75%），引發精餾塔温度控制滯後超 3℃，存在溶劑過熱分解風險，曾導致 1 次輕微安全事故，設備維修與停工損失超 8 萬元。

三、系統結構拓撲圖

四、塔訊 TX 131-RE-RS/TCP 網關功能簡介

作為核心工業網關，該設備（具備 Ex d IIB T4 Ga 防爆認證）實現 Modbus RTU 從站到 Modbus TCP 從站的雙向協議轉換，關鍵功能深度適配精細化工溶劑精餾場景需求：

· 協議兼容：嚴格遵循 Modbus RTU（IEC 61158）與 Modbus TCP（IEC 61158）協議規範，支持 9600-115200bps 可調波特率（適配施耐德 M340 PLC 通訊參數：19200bps、奇校驗、8 數據位、1 停止位）與 10/100Mbps 自適應以太網速率，自動識別 ABB AC500 PLC 的寄存器地址映射規則，確保預處理參數與精餾指令傳輸無格式偏差，符合 “防爆生產零風險” 要求。

· 數據處理：內置雙核本安型工業處理器，每秒可完成 2200 次以上數據轉換，轉換延遲≤24μs，支持 2000 點數據映射，滿足進料量（4 字節浮點數）、預熱温度（4 字節浮點數）、精餾温度（4 字節浮點數）等多類型數據同步傳輸，數據更新頻率達 3 次 / 秒，符合 GB 50493 對 “危險化工工藝實時監控” 的標準。

· 工業適配：具備 Ex d IIB T4 Ga 防爆認證（適配 Zone 2 防爆區域），外殼採用鑄鋁材質（抗腐蝕、防爆），支持 24VDC 本安供電（±10% 波動兼容）；耐高温設計（工作温度 - 20℃~120℃），耐受精餾塔周邊高温環境；抗電磁干擾性能符合 EN 61000-6-2 標準，避免純度檢測設備高頻信號導致的數據丟包；配套防爆通訊線纜，滿足防爆區域佈線要求。

· 物聯與安全擴展：支持本地數據緩存（容量 4GB，緩存週期 90 天），通過 MQTT 協議對接工業物聯網平台與安全管理系統，實現工藝數據實時歸檔與不可篡改存儲；內置防爆安全預警功能，當精餾温度超 130℃或溶劑蒸汽濃度超閾值時，網關直接向兩台 PLC 推送停機信號；支持故障自恢復，通訊中斷後≤70ms 重新建立連接，保障防爆生產連續。

五、解決方案與實施過程

（一）方案設計

採用塔訊智能網關構建 “雙 PLC - 單網關” 防爆通訊架構：網關 Modbus RTU 側作為施耐德 M340 PLC 的從站，實時採集進料量（DB1.DBD10）、預熱温度（DB1.DBD20）、進料就緒信號（I0.0）；Modbus TCP 側作為 ABB AC500 PLC 的從站，將採集到的預處理參數傳輸至 PLC，同時接收 PLC 反饋的精餾温度（DB2.DBD10）、迴流比（DB2.DBD20）、溶劑純度（DB2.DBD30），實現雙向數據實時交互，數據更新頻率 3 次 / 秒，滿足溶劑精餾協同需求。

（二）實施步驟

1. 硬件部署：網關安裝於防爆控制櫃內（符合 Zone 2 防爆要求），通過防爆屏蔽 RS485 電纜（長度 50 米，Ex d 認證）接入施耐德 M340 PLC 的防爆通訊端口；通過防爆超五類網線連接 ABB AC500 PLC 的防爆以太網交換機，配置 IP 地址（192.168.14.100）與 PLC（192.168.14.10）同網段，做好防爆接地處理（接地電阻≤4Ω），避免靜電引發安全風險。

2. 參數配置：使用塔訊防爆配置軟件（遠程操作，避免現場操作風險）建立數據映射表 —— 將 M340 PLC 的預處理參數（進料量：40001、預熱温度：40002、就緒信號：10001）映射至網關寄存器；將 AC500 PLC 的反饋數據（精餾温度：30001、迴流比：30002、溶劑純度：30003）映射至網關對應寄存器，設置數據更新週期 300ms，啓用 “數據校驗”“防爆安全預警”“故障自恢復” 功能。

3. 聯調與防爆測試：在工業物聯網平台遠程驗證數據傳輸（延遲≤24μs，丟包率 0.05%）；模擬精餾温度超 130℃，測試網關是否觸發停機信號；邀請第三方防爆機構驗證系統符合 GB 3836-2021 標準，確保通過安全生產監管部門驗收。

六、應用效果與前後對比

（一）實施後效果

1. 生產效率與產品質量雙提升：數據傳輸延遲降至 24μs 內，生產節拍從 6.5 小時 / 批次縮短至 3.8 小時 / 批次，日產能從 360L 提升至 630L，效率提升 75%；防爆安全預警功能避免温度超限，溶劑純度波動從 ±1.2% 降至 ±0.3%，純度合格率從 97% 升至 99.95%，每月減少報廢損失超 45 萬元。

2. 數據追溯全面落地：通過網關將工藝數據自動上傳至工業物聯網平台，質量問題追溯時間從 6 小時縮短至 5 分鐘，實現溶劑從原料預處理到精餾的全流程追溯，順利通過巴斯夫供應鏈審核；數據不可篡改功能保障生產記錄合規，避免安全監管處罰風險。

3. 通訊穩定性適配防爆環境：網關防爆、耐高温設計適配化工車間工況，連續運行 3 個月丟包率≤0.1%，通訊中斷次數從 2-3 次 / 日降至 0 次，故障恢復時間從 3 小時縮短至 15 分鐘，單日增加有效生產時間 6 小時，月增產能超 360L。

4. 設備負載與安全風險降低：施耐德 M340 PLC CPU 負載從 83% 降至 38%，ABB AC500 PLC CPU 負載從 81% 降至 36%，均低於安全閾值；精餾温度控制滯後消除，温度波動控制在 ±0.5℃內，未再發生安全事故，每年減少安全損失超 50 萬元。 

（二）效果對比表

七、行業價值與後續擴展

本案例聚焦化工精細溶劑精餾行業，該行業涉及危險化學品生產，對防爆安全與產品質量要求極高。此方案可複製至石油化工裂解、醫藥中間體合成等防爆生產場景，後續可擴展接入 AI 工藝優化系統，通過工業物聯網平台分析歷史精餾數據，自動優化迴流比與温度參數；或對接 DCS 系統，實現精餾數據與全廠生產調度聯動，進一步提升化工生產的智能化與本質安全水平，助力企業滿足全球化工市場的嚴苛安全與質量標準。