EtherCAT转Modbus RTU协议转换网关实现欧姆龙PLC与电子秤通讯在农场基地的应用案例 EtherCAT转Modbus RTU协议转换网

一、项目背景
江苏盐城大丰区“稻+羊”循环农业示范基地占地 1500亩，2024 年新建智能投喂与精准称重系统。核心控制设备采用欧姆龙 NX1P2-9020DT可编程控制器，通过 EtherCAT总线驱动 16台伺服电机，实现自动投喂车精准走位。然而，现场 8台梅特勒-托利多 IND231电子秤（仅支持 Modbus RTU）必须将每筐稻谷实时重量上传给 NX1P，以便投喂车根据“重量-位置”动态曲线调整下料速度。EtherCAT与 Modbus RTU协议互不兼容，急需一台高实时、高可靠、农业环境宽温的协议转换网关。最终，基地信息部选用捷米特 JM-ECT-RTU工业级协议转换网关作为“翻译官”，在 2025年 6月完成部署，至今连续稳定运行 4200 h，累计称重 18万次，误差小于 0.05 %。

二、设备清单

主控制器：欧姆龙 NX1P2-9020DT（EtherCAT主站，固件 Ver.1.43）

网关：捷米特 JM-ECT-RTU工业级协议转换网关

电子秤：梅特勒-托利多 IND231（RS-485接口，Modbus RTU从站，站号 11-18）

伺服驱动：欧姆龙 1S系列 16套

通信介质：超五类屏蔽网线 60 m，RVSP 2×1.5 mm²双绞屏蔽线 280 m

软件：Sysmac Studio V1.50、捷米特 GW_Configure V3.2、Modbus Poll调试工具

三、系统拓扑
NX1P EtherCAT端口 →网线 → JM-ECT-RTU（EtherCAT IN）→ JM-ECT-RTU工业级协议转换网关（EtherCAT OUT）→下游 1S伺服；
JM-ECT-RTU RS-485 A/B →菊花链 → 8台 IND231；
NX1P内置 Ethernet/IP →上位机 SCADA（KingView 7.5 SP5）→阿里云 IoT。

四、硬件安装

导轨固定：在 800×600×250 mm不锈钢控制箱内，用 35 mm DIN导轨固定 NX1P与 JM-ECT-RTU协议转换网关，网关左右各留 30 mm散热间隙。

接地：网关 PE端子与箱内星型接地铜排相连，实测接地电阻 0.8 Ω。

电源：网关 24 VDC由欧姆龙 S8VK-C24024冗余电源供电，功耗实测 2.1 W。

接线：
a) EtherCAT IN/OUT采用 M12 D-coded接头，屏蔽层 360°压接；
b) RS-485使用 RVSP 2×1.5 mm²，波特率 115.2 kbps，终端电阻 120 Ω置于最远端 IND231；
c)屏蔽层在网关侧单端接地，防止田间变频水泵干扰。

五、软件配置

欧姆龙侧
a)在 Sysmac Studio新建工程，导入捷米特提供的 JM-ECT-RTU ESI文件（V2.31）；
b)将网关拖入 EtherCAT网络，分配站点号 1001，输入/输出各映射 64 Byte；
c)定义变量：
· gWeight_Int[0..7]（REAL，输入区 0-63，对应 8台秤重量）
· gScale_Status[0..7]（BOOL，输入区 64-71，Online/Offline）
· gTare_Cmd[0..7]（BOOL，输出区 0-7，触发去皮）
d)编写功能块 FB_ScaleRead，周期 10 ms轮询，超时 50 ms自动重发。

网关侧
a)打开 GW_Configure，选择“EtherCAT Slave + Modbus RTU Master”模式；
b)设置串口：115.2 kbps、8E1、RTU；主站轮询间隔 20 ms；
c)添加 8条 Modbus指令：
Cmd1：站 11，03功能码，寄存器 0x1000，长度 2，对应重量（0.1 kg分辨率）；
Cmd2：站 11，03功能码，寄存器 0x1010，长度 1，对应状态字；
……
Cmd15：站 18，03功能码，寄存器 0x1000，长度 2；
d)数据映射：将 Modbus数据自动填充至 EtherCAT输入区，高低字 swap选项打勾（IND231为 Big-Endian）。

电子秤侧
a) IND231菜单 F4.2设置波特率 115200、站号 11-18；
b) F4.3选择 Modbus RTU、8E1；
c)标定：用 20 kg标准砝码，系数写入 0x1000寄存器，确保线性度 0.01 %。

六、调试过程

离线测试：在实验室用 Modbus Poll模拟 8台从站，确认 JM-ECT-RTU工业智能网关可在 15 ms内完成 8条指令轮询，丢包率 0。

田间分段：先接 1台秤，观察 Sysmac Studio监控表，重量跳动 ±0.02 kg，满足要求；再依次递增到 8台，整体周期稳定在 18 ms。

干扰排查：当附近 75 kW水泵启动时，RS-485差分电压由 2.3 V降至 1.8 V，误码率升高。通过加设 2只 600 W滤波器、将网线改为超六类，误码率降至 0。

冗余验证：拔掉第 5台秤通信线，网关自动将对应状态位置 1，NX1P触发声光报警并切换至“盲走”模式，保证投喂不中断。

七、应用效果

实时性：投喂车行走速度 0.8 m/s，称重更新周期 20 ms，下料误差 ≤ 25 g/筐，较 2024年人工分拣降低 3.2 %损耗。

可靠性：连续 4200 h无通信故障，夏季 45 ℃棚内温度网关依旧运行，金属外壳表面温升仅 18 ℃。

扩展性：基地计划 2026年新增 12台秤，只需在 GW_Configure中继续添加 Modbus指令，无需额外硬件。

数据上云：通过 NX1P内置 MQTT功能，将每筐重量、时间戳、位置编号上传阿里云，生成“亩产量-地块”热力图，为次年精准施肥提供大数据依据。

八、结语
捷米特 JM-ECT-RTU工业级协议转换网关以“EtherCAT从站 + Modbus RTU主站”双角色身份，成功在欧姆龙 NX1P与梅特勒-托利多 IND231之间搭建起一条高速、稳定的“数据桥梁”，让 1500亩农场实现“称重—走位—投喂”闭环控制。该案例证明，只要硬件选型得当、布线规范、参数精细，老旧 Modbus RTU 设备完全可以在不更换的前提下融入新一代 EtherCAT网络，为智慧农业降本增效提供切实可行的路径。

审核编辑 黄宇