一、項目背景
江蘇鹽城大豐區“稻+羊”循環農業示范基地占地 1500畝，2024 年新建智能投喂與精準稱重系統。核心控制設備采用歐姆龍 NX1P2-9020DT可編程控制器，通過 EtherCAT總線驅動 16臺伺服電機，實現自動投喂車精準走位。然而，現場 8臺梅特勒-托利多 IND231電子秤（僅支持 Modbus RTU）必須將每筐稻谷實時重量上傳給 NX1P，以便投喂車根據“重量-位置”動態曲線調整下料速度。EtherCAT與 Modbus RTU協議互不兼容，急需一臺高實時、高可靠、農業環境寬溫的協議轉換網關。最終，基地信息部選用捷米特 JM-ECT-RTU工業級協議轉換網關作為“翻譯官”，在 2025年 6月完成部署，至今連續穩定運行 4200 h，累計稱重 18萬次，誤差小于 0.05 %。

二、設備清單

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

網關：捷米特 JM-ECT-RTU工業級協議轉換網關

電子秤：梅特勒-托利多 IND231（RS-485接口，Modbus RTU從站，站號 11-18）

伺服驅動：歐姆龍 1S系列 16套

通信介質：超五類屏蔽網線 60 m，RVSP 2×1.5 mm2雙絞屏蔽線 280 m

軟件：Sysmac Studio V1.50、捷米特 GW_Configure V3.2、Modbus Poll調試工具

三、系統拓撲
NX1P EtherCAT端口 →網線 → JM-ECT-RTU（EtherCAT IN）→ JM-ECT-RTU工業級協議轉換網關（EtherCAT OUT）→下游 1S伺服；
JM-ECT-RTU RS-485 A/B →菊花鏈 → 8臺 IND231；
NX1P內置 Ethernet/IP →上位機 SCADA（KingView 7.5 SP5）→阿里云 IoT。

四、硬件安裝

導軌固定：在 800×600×250 mm不銹鋼控制箱內，用 35 mm DIN導軌固定 NX1P與 JM-ECT-RTU協議轉換網關，網關左右各留 30 mm散熱間隙。

接地：網關 PE端子與箱內星型接地銅排相連，實測接地電阻 0.8 Ω。

電源：網關 24 VDC由歐姆龍 S8VK-C24024冗余電源供電，功耗實測 2.1 W。

接線：
a) EtherCAT IN/OUT采用 M12 D-coded接頭，屏蔽層 360°壓接；
b) RS-485使用 RVSP 2×1.5 mm2，波特率 115.2 kbps，終端電阻 120 Ω置于最遠端 IND231；
c)屏蔽層在網關側單端接地，防止田間變頻水泵干擾。

五、軟件配置

歐姆龍側
a)在 Sysmac Studio新建工程，導入捷米特提供的 JM-ECT-RTU ESI文件（V2.31）；
b)將網關拖入 EtherCAT網絡，分配站點號 1001，輸入/輸出各映射 64 Byte；
c)定義變量：
· gWeight_Int[0..7]（REAL，輸入區 0-63，對應 8臺秤重量）
· gScale_Status[0..7]（BOOL，輸入區 64-71，Online/Offline）
· gTare_Cmd[0..7]（BOOL，輸出區 0-7，觸發去皮）
d)編寫功能塊 FB_ScaleRead，周期 10 ms輪詢，超時 50 ms自動重發。

網關側
a)打開 GW_Configure，選擇“EtherCAT Slave + Modbus RTU Master”模式；
b)設置串口：115.2 kbps、8E1、RTU；主站輪詢間隔 20 ms；
c)添加 8條 Modbus指令：
Cmd1：站 11，03功能碼，寄存器 0x1000，長度 2，對應重量（0.1 kg分辨率）；
Cmd2：站 11，03功能碼，寄存器 0x1010，長度 1，對應狀態字；
……
Cmd15：站 18，03功能碼，寄存器 0x1000，長度 2；
d)數據映射：將 Modbus數據自動填充至 EtherCAT輸入區，高低字 swap選項打勾（IND231為 Big-Endian）。

電子秤側
a) IND231菜單 F4.2設置波特率 115200、站號 11-18；
b) F4.3選擇 Modbus RTU、8E1；
c)標定：用 20 kg標準砝碼，系數寫入 0x1000寄存器，確保線性度 0.01 %。

六、調試過程

離線測試：在實驗室用 Modbus Poll模擬 8臺從站，確認 JM-ECT-RTU工業智能網關可在 15 ms內完成 8條指令輪詢，丟包率 0。

田間分段：先接 1臺秤，觀察 Sysmac Studio監控表，重量跳動 ±0.02 kg，滿足要求；再依次遞增到 8臺，整體周期穩定在 18 ms。

干擾排查：當附近 75 kW水泵啟動時，RS-485差分電壓由 2.3 V降至 1.8 V，誤碼率升高。通過加設 2只 600 W濾波器、將網線改為超六類，誤碼率降至 0。

冗余驗證：拔掉第 5臺秤通信線，網關自動將對應狀態位置 1，NX1P觸發聲光報警并切換至“盲走”模式，保證投喂不中斷。

七、應用效果

實時性：投喂車行走速度 0.8 m/s，稱重更新周期 20 ms，下料誤差 ≤ 25 g/筐，較 2024年人工分揀降低 3.2 %損耗。

可靠性：連續 4200 h無通信故障，夏季 45 ℃棚內溫度網關依舊運行，金屬外殼表面溫升僅 18 ℃。

擴展性：基地計劃 2026年新增 12臺秤，只需在 GW_Configure中繼續添加 Modbus指令，無需額外硬件。

數據上云：通過 NX1P內置 MQTT功能，將每筐重量、時間戳、位置編號上傳阿里云，生成“畝產量-地塊”熱力圖，為次年精準施肥提供大數據依據。

八、結語
捷米特 JM-ECT-RTU工業級協議轉換網關以“EtherCAT從站 + Modbus RTU主站”雙角色身份，成功在歐姆龍 NX1P與梅特勒-托利多 IND231之間搭建起一條高速、穩定的“數據橋梁”，讓 1500畝農場實現“稱重—走位—投喂”閉環控制。該案例證明，只要硬件選型得當、布線規范、參數精細，老舊 Modbus RTU 設備完全可以在不更換的前提下融入新一代 EtherCAT網絡，為智慧農業降本增效提供切實可行的路徑。

審核編輯 黃宇