手把手教你如何使用EtherCAT总线应变量IO模块

ZDM-E0100B是一款高精度应变量测量EtherCAT总线IO模块，支持半桥、全桥应变计，测量精度高、抗干扰能力强，可接入桥式应变传感器，广泛应用于工业称重、应力监测及材料测试等场景，可满足实时数据采集与快速控制。

 

 应变量输入IO模块

ZDM-E0100B是广州致远电子股份有限公司推出的一款挂接在EtherCAT从站耦合器上，工业级远程采集与控制的集中式应变量输入IO模块。此产品支持单通道应变量输入，具有断线检测、防雷击浪涌，主要用于现场工业设备的应力与振动测量，通过EtherCAT工业网络反馈到PC或者PLC主站控制系统。

图1 ZDM-E0100B前视图

1. 产品特性

符合EtherCAT协议标准，出厂默认烧录ESI文件，可通过TwinCAT软件快速配置EtherCAT主站，大幅降低现场部署难度；

支持单端口通讯与双端口级联通讯，内置16kbit EEPROM；

具有电源指示灯、模块运行指示灯和应变量输入状态指示灯；

支持单路全桥6线制应变量输入接口，兼容半桥5线制、全桥4线制、半桥3线制；

系统工作电压为5V，内部总线和现场输入采用数字隔离器隔离；

塑胶外壳，符合UL 94V-0标准，工作温度为-20℃ ~ +60℃；

支持DIN35mm Rail标准导轨支架。

2. 模块性能参数

3. 核心采集优势

标准EtherCAT协议，支持单端口通讯、双端口级联；

24bit理论采集分辨率，有效分辨率可达10μV/V，采集精度高；

支持全桥、半桥两种采集模式，适配多种应变传感器；

内置数字隔离，抗干扰能力强，适配工业复杂场；

供电：总线电压5V（耦合器供电），无需现场电源24V供电；

采集量程：全桥±31.25mV/V，半桥±15.625mV/V，最大采样率：1kSPS；

精度：全桥6线制满量程误差±0.05%，常规工况稳定可靠；

防护等级：IP20，尺寸118.5mm×75mm×18mm。

 产品演示

1. 准备工作

本章节介绍ZDM-E0100B产品的使用流程，基于TwinCAT3软件进行演示说明，所使用到的工具如下：

ZPT-8080耦合器及对应电源端子。

ZDM-E0100B应变量输入模块。

PC电脑，24V开关电源、以太网线、通信线缆若干。

TwinCAT3软件，用于PC电脑上模拟EtherCAT主站。

注意：PC的网口芯片必须支持 TwinCAT才能稳定运行，TwinCAT 3.1版本可以在安装目录 TwinCAT\3.1\driver\System下查看Tcl8254x.inf和TCL8255x.inf 文件，里面包含了支持的网卡。

1.1 IO模块连接

将ZPT-8080耦合器与ZDM-E0100B产品进行插入衔接，用以太网线连接PC电脑和ZPT-8080上“IN”标识的EtherCAT端口，分别接上ZPT-8080耦合器系统、现场两路独立的 24V 电源。如下图所示，ZDM-E0100B的IO模块硬件连接参考下图。

图2 全桥功能传感器接线图

图3 半桥功能传感器接线图

2. EtherCAT主站配置

2.1 新建项目

打开安装好的TwinCAT3软件，进入开发环境。在左上角菜单栏选择：“文件”—“新建（N）”—“项目（P）”。

图4 新建项目界面

选择TwinCAT Projects，修改工程名称选择合适位置保存工程，点击“确定”。

图5 工程信息修改界面

正常创建工程后，显示界面应如下。

图6 工程创建成功界面

在TwinCAT3内安装EtherCAT主站网卡驱动，点击主菜单栏“TwinCAT”下的“Show Realtime Ethernet Compatible Devices…”，选择本机网卡，点击“Install”。

图7 网卡安装界面

注：使用EtherCAT等实时协议，网络端口需要TwinCAT RT驱动程序，因此EtherCAT主站对网卡兼容性有要求，具体可查看倍福官网TwinCAT3概述中对“支持的网络控制器”相关章节的描述。

图8 网卡驱动正常界面

2.2 扫描设备

在工程目录下，选择“I/O”展开，选择“Device”点击鼠标右键选择“Scan”扫描连接的从站设备，此操作前必须保证ZPT-8080耦合器已正常上电且“IN”口使用网线正常连接到EtherCAT主站设备上。弹出确认对话框，点击“确定”按钮。

图9 扫描设备

弹出“new I/O devices found”对话框，选择所需要的 Ethernet 接口（默认勾选已扫描到从站设备的网卡），点击“OK”；如下图所示。后续出现确认对话框，点击“是（Y）”将扫描从站设备，选择是否进入“Activate Free Run”,点击“是”。

图10 选择连接了从站设备的网卡

正常扫描到如下设备。

图11 设备扫描成功界面

可以看到已扫描到“ZDM-E0100B”，这代表该输出模块已被主站成功识别。 

2.3 检查连接

主站控制器与ZPT-8080耦合器和ZDM-E0100B建立通讯后，可看到“Online”选项中的“Current State:”显示为“OP”状态，说明EtherCAT通信链路搭建成功。

图12 从站设备工作状态界面

在“CoE-Online”选项页中，将清楚地看到模块的版本号。“100A”这项中显示现在模块的版本号为0.9.2。

图13 CoE-Online界面

2.4 设置模块的量程与功能

如下图所示，在“CoE-Online”选项页中，下拉“Index”，找到并展开“8000:0”选项，则可以看到“8000:0”有四个参数设置项。“8000:01”设置全桥、半桥不同线制功能，“8000:02”设置激励源电压，“8000:03”设置模块的采样率，“8000:04”设置滤波器类型，以上四个参数都是双击即可进去设置。

图14 模块的量程与功能设置界面

3. 功能演示

选择ZDM-E0100B模块的“SA_Sample”，进入“Online”栏可查看应变量码值状态，如图5.16所示。将输入通道连接好桥式传感器，设置“8000:0”选项的功能为“SG_1/1_6Wire(1)”、激励源5V，采样率5~1000SPS，通道1的指示灯亮起，如图所示：

图15 应变量码值显示