ITCP-4017数据采集用户手册 - 图文

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ITCP-4017

8通道模拟量输入数据采集模块

目 录

1. ITCP-4017功能简介 ................................................................................................. 1

1.1

主要技术指标 ............................................................................................................... 2

1.1.1 模拟量输入 ....................................................................................................... 2 1.1.2 数字量输出 ....................................................................................................... 2 1.1.3 系统参数 ........................................................................................................... 2 原理框图 ....................................................................................................................... 3 端子信息 ....................................................................................................................... 4 1.3.1 端子排列 ........................................................................................................... 4 1.3.2 端子描述 ........................................................................................................... 4 电气参数 ....................................................................................................................... 5 通信参数配置 ............................................................................................................... 5 信号指示灯 ................................................................................................................... 6 电源和通讯线的连接 ................................................................................................... 6 1.7.1 电源连接 ........................................................................................................... 6 1.7.2 网络连接 ........................................................................................................... 6 机械规格 ....................................................................................................................... 7 1.8.1 机械尺寸 ........................................................................................................... 7 1.8.2 安装方式 ........................................................................................................... 7

1.2 1.3

1.4 1.5 1.6 1.7

1.8

2. ITCP-4017的模拟量输入功能 ................................................................................. 9

2.1

2.2 2.3 2.4

模拟量输入 ................................................................................................................... 9 输入采样原理 ............................................................................................................... 9 输入接线 ....................................................................................................................... 9 采样值计算 ................................................................................................................... 9 2.4.1 最高位符号位 ................................................................................................... 9 2.4.2 ADC数据类型 ............................................................................................... 10 2.4.3 有符号整型 ..................................................................................................... 10 2.4.4 量程百分比 ..................................................................................................... 10 2.5 模拟量输入通道控制 ................................................................................................. 10

3. ITCP-4017的数字量输出功能 ............................................................................... 11

3.1

3.2 3.3 4.1 4.2

输出原理 ..................................................................................................................... 11 输出接线方式 ............................................................................................................. 11 数字量输出通道控制 ................................................................................................. 12 安装设备 ..................................................................................................................... 13 操作设备 ..................................................................................................................... 13 4.2.1 ITCP系列模块通信参数的修改 ................................................................... 13 4.2.2 RJ-45以太网主机通信参数设置 .................................................................. 14 4.2.3 模块信息配置 ................................................................................................. 14 4.2.4功能操作 ................................................................................................................ 16 4.2.4.1模拟量输入 ......................................................................................................... 17 用

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4. ITCP-4017应用示例 ............................................................................................... 13

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5. ITCP-4017 命令简析 .............................................................................................. 18

5.1

5.2 5.3

MODBUS/TCP协议命令结构 .................................................................................. 18 MODBUS/TCP命令码介绍 ...................................................................................... 19 ITCP资源地址说明 ................................................................................................... 19 5.3.1 ITCP-4017的资源地址 .................................................................................. 19

6免责声明 ................................................................................................................... 20

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1. ITCP-4017功能简介

ITCP-4017是模拟量输入采集模块，可以同时采样8路的差分信号，采样精度高达16位。适用于采集工业现场的各种电压和电流信号，可以用于采集传感器或变送器的信号。模块还具有2通道的数字量输出，可以设置为用户控制输出或对输入采样进行超限状态指示输出。

ITCP-4017模块的外观如图 1.1所示。

图 1.1 ITCP-4017外观示意图

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1.1 主要技术指标

1.1.1 模拟量输入

? ?

输入路数：8路差分输入

支持类型及测量范围：可独立配置各个通道的输入信号测量范围，电压输入范围：±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±150mV；电流输入范围：±20mA，选择电流输入时，需要外接一个125Ω的精密电阻。 ADC分辩率：16位 采样精度：±0.05％

采样速率：2次/秒（默认配置下，全通道） 输入低通滤波、过压保护

上下限超限报警输出，独立使能或禁止超限报警，上、下限独立配置

? ? ? ? ?

1.1.2 数字量输出

? ? ? ? ? ? ?

输出路数：2路

输出类型：集电极开漏输出 最大负载电压：50V 最大负载电流：50mA

可以选择为用户控制模式或输入通道状态指示模式

用户控制模式下，具有安全输出功能，可软件配置安全时间和安全输出值 超限报警模式下，可设置超限输出值

1.1.3 系统参数

? ? ? ? ? ? ?

CPU：32位RISC ARM 操作系统：实时操作系统 隔离耐压：2500 VDC

供电电压：+10~+30VDC，电源反接保护 工作温度范围：-20℃～+85℃

工业级塑料外壳，标准DIN导轨安装通讯接口： 隔离2500 VDC，ESD、过压、过流保护

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1.2 原理框图

ITCP-4017模块的原理框图如图 1.2所示。模块主要由电源、隔离电路、A/D转换电路、数字量输出电路、RJ-45以太网隔离通讯接口以及MCU等组成。模块的微控制器采用32位RISC的ARM芯片，具有非常快速的数据处理能力，并采用了看门狗电路，可以在出现意外时将系统重新启动，使得系统更加稳定可靠，可以应用在高性能和高速度的应用环境中。 ITCP-4017针对工业应用设计，在内部输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离，并对输入信号采取滤波措施，极大降低了工业现场干扰对模块正常运行的影响，使模块具有良好的可靠性。采用带隔离的RJ-45以太网通信接口，可以避免工业现场信号对微控制器通讯接口的影响，并具有ESD、过压、过流保护。

图 1.2 ITCP-4017原理框图

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1.3 端子信息

1.3.1 端子排列

ITCP-4017共有22个端子，壳体上端子排列如图 1.3所示。

图 1.3 ITCP-4017端子排列

1.3.2 端子描述

ITCP-4017的端子定义说明如下：

? ?

GND，+VIN为模块的电源输入端，GND接电源负端，+VIN接电源正端； CFG为模块的默认通信参数硬件使能端子，当此端子接地，模块将以默认的通信参数进行初始化，并且通信参数可配置；

AIN0±~AIN7±为模块的8路模拟量差分输入通道，AIN+为正输入端子，AIN-为负输入端子。

DGND为数字量输出端口地，与模拟量输入端口地之间用磁珠隔开，避免数模干扰。DGND、模块的电源地GND都是电气隔离的，隔离电压可达2500 VDC。 DO0~DO1为模块的2路数字量输出通道端子。

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1.4 电气参数

除非特别说明，表 1.1 电气参数所列参数是指Tamb=25℃时的值。

表 1.1 电气参数

参数 Parameter 最小值 Min. 模拟量输入 输入信号带宽 采样精度 采样速率 输入信号范围 过压保护 零点温漂 量程温漂 数字量输出 负载电压 负载电流 负载功耗 输入阻抗 隔离电压 供电电压 功耗 Analog Input Bandwidth Accuracy Sampling Rate Range Overvoltage Zero Drift Span Drift Digital Output Load Voltage Load Current Power Dissipation Load Impedance Isolation Voltage Power Supply Power Consumption 10 1M 2500 1.2 50 50 2500 30 V mA mW Ω Vdc V W -25 -50 ±0.02 2 15 ±0.05 +10 +25 +50 ±50 Hz % of FSR 次/秒 V V uV/℃ ppm/℃ 典型值 Typ. 最大值 Max. 单位 Unit 1.5 通信参数配置

ITCP系列模块支持标准的TCP-Modbus协议。模块的通信参数如：IP地址，子网掩码，

网关，MAC地址都可通过配置软件进行配置。通信参数都是保存在模块的E2PROM中，用户可以通过RJ-45以太网接口进行远程软件配置。

要通过配置软件进行修改通信参数，用户首先需要知道该模块的参数配置。由于模块没有诸如拨码开关之类的硬件设置来指示此时的参数配置，可能会存在用户忘了某个ITCP模块的通信参数的情况。为了解决此问题，每个ITCP模块都有一个硬件使能输入端子CFG。将此端子连接到GND后，给模块上电，模块的通信参数处于确定的状态：

? ? ? ?

IP地址：192.168.1.30 子网掩码：255.255.255.0 网关：192.168.1.1

MAC地址：00:04:a3:11:22:33

将CFG端子与GND短接，模块用以上确定的通信参数进行初始化，并不会改变E2PROM中保存的配置参数。但只有在这个条件下，通信配置参数才可以进行修改，否则对通信参数的配置命令都将回应异常响应。

通信参数修改后，必须把CFG端与GND断开连接后，给模块重上电，配置的通信参产

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1.6 信号指示灯

ITCP系列模块具有两个指示灯，PWR为电源指示灯（红色）和工作状态指示灯MNS。PWR在模块内部，需要打开外壳才能看到，此灯亮，表示ITCP模块供电正常。MNS为红绿双色指示灯，可以从外壳面板上看到，用于指示模块的工作状态。

模块上电进行初始化后，将进入正常功能状态，其MNS指示灯状态如表 1.2所示。

表 1.2 MNS指示灯状态

MNS指示灯状态 不亮 红灯亮 绿灯常亮 绿灯闪烁，频率3Hz 模块的工作及通信状态 模块没有上电或没有运行 模块初始化出错 模块正常运行，未与主机进行过通信 模块与主机已正常通信，建立连接 1.7 电源和通讯线的连接

1.7.1 电源连接

图 1.4 电源连接

1.7.2 网络连接

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图 1.5 以太网网络连接

模块的电源连接如图 1.4所示，RJ-45以太网通讯线连接如图1.5所示，在接线时，要注意：

模块的+VIN引脚连接输入电源的正极性端，GND引脚连接输入电源的负极性端，连接时避免电源连接的极性错误。多个模块连接到同一个电源时，所有的+VIN引脚连接到电源正端，GND引脚连接到电源负端。

用RJ-45连接器连接ITCP-4017的连接器通过直连网线连接到HUB上，最大的通信长度支持10M和100M网速。任何一台ITCP-4017到Hub之前的最长距离为100米。

1.8 机械规格

1.8.1 机械尺寸

ITCP系列数据采集模块采用工业级塑料外壳，其外形尺寸如图 1.所示。

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图 1.6 机械尺寸示意图

1.8.2 安装方式

ITCP系列数据模块外壳配有导轨底板，如图 1.所示，可以直接安装在标准的DIN导轨（35mm宽D型导轨）上，用户也可以采用其它的简便的安装方式。

图 1.7 导轨底板示意图

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安装时，先将ITCP模块与导轨底板锁紧后，将导轨底板钩住导轨的上边沿，然后将底板上的红色卡座往下拉，将模块底板贴紧导轨后，松开红色卡座，即把模块装在导轨上。

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2. ITCP-4017的模拟量输入功能

2.1 模拟量输入

在工业控制过程中，经常需要采集现场的传感器模拟量信号，以便对其分析进行现场设备的控制。而各种的传感器设备的模拟量输出信号不同，常见的有电压信号和电流信号，且输出的信号范围也不同，这就需要在进行模拟量数据采集时，根据不同的信号进行不同处理。 ITCP-4017模块具有8路模拟量差分输入通道，每个通道可以独立设置输入信号测量范围，电压测量范围为±150mv，±500mv，±1v，±2.5v，±5v，±10v；电流输入范围：±20mA，选择电流输入时，需要外接一个125Ω的精密电阻。

2.2 输入采样原理

ITCP-4017模块的模拟量输入采样是通过前端调理电路来实现的，前端调理电路的基本结构如图 2.1所示。

图 2.1 模拟量输入采样前端调理电路

其前端调理电路基本由平滑滤波器、多路模拟开关、增益调整电路以及A/D转换电路组成。平滑滤波器实现对输入信号的滤波，增益调整电路根据输入信号的幅值将信号调整至较合适的电压，提高对于系统对信号测量的动态范围，ADC完成最终对于信号的测量。其中，多路模拟开关、增益调整电路以及A/D转换电路是采用集成于芯片中ADC芯片来实现。

2.3 输入接线

ITCP-4017具有8路模拟量差分输入通道，可以采集传感器或变送器输出的电压信号或电流信号。电压输入信号，可以直接连接到输入端子上。对于电流输入信号，需要外接一个125Ω，0.1%的精密电阻。其接线方式如图 2.2所示。

图 2.2 模拟量输入接线方式

2.4 采样值计算

ITCP-4017将模拟量输入的采样值采集经过校准后，存放于指定的寄存器地址空间中，RJ-45以太网主机可以通过命令读取指定通道的采样值。采样值为16位数据，具有多种数据类型，可根据用户使用要求通过配置软件ITCPTOOL进行选择。 2.4.1 最高位符号位

ITCPTOOL配置AI数据输出格式为“最高位符号位”时，表示采样值数据类型高位符号位类型。16位采样值数据的最高位为符号位，“0”表示测量值为负值，“1”表示测量值为正值，其余15位表示测量数值。测量值的零点值为0x0000，满量程值为0x7FFF。 产

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例如，主机在模块配置测量范围为+2.5V条件下，读取的采样值为0x40BB，则测量的 输入信号伏值为?0x40bbx2.5v

0x7fff每个输入通道的电压测量范围可独立配置为±150mv，±500mv，±1v，±2.5v，±5v，±10v。出厂默认测量范围为±10V。 2.4.2 ADC数据类型

设置输出类型为ADC数据时，表示输出数据为ADC输出数据类型，16位有效数据，0x8000为0值，0x8001~0xFFFF表示采样值为正数，转换公式为：(X-0x8000)*FSR/0x7FFF；0~0x7FFF表示采样值为负数，转换公式为(?1)x0x8000?xxFSR

0x7fff将上下限值转换为对应数据类型寄存器数值计算公式为： 0x8000?其中X为带符号的模拟量值。 2.4.3 有符号整型

xx0x7fff，FSR设置输出类型为计算机补码时，表示输出数据为16位整型数据，负数采用补码方式，可以将读取到的寄存器中的值X当成有符号数来处理，转换成模拟量值的计算公式为：X*FSR/32767。

上下限的模拟量值转换成寄存器值公式为：X*32767/FSR，其中X为带符号的模拟量值，计算后将数值转换成有符号的16进制整型数据。 2.4.4 量程百分比

ITCP-4017还提供采样数据的量程百分比数据类型，当设置为百分比输出时，输出数据表示此时的采样值为设定的量程的百分比，单位为0.01%，负数采用补码方式。

输出数据转换成模拟量值公式为：X*FSR/10000，其中X为有符号数。上下限的模拟量值转换为对应数据类型寄存器值计算公式为：X*10000/FSR，其中X为带符号的模拟量值。

2.5 模拟量输入通道控制

ITCP-4017的8路模拟量输入通道可以独立配置使能或禁止指定通道对输入信号的采样，应用中可以将没有用到的AI通道关闭，来提高其他通道的采样速率，读取关闭的通道的采样值，将回复该通道关闭之前的最后采样值。

ITCP-4017还具有AI输入上、下限超限报警的功能。模块可以独立配置各个通道的上、下限值，并对上、下限输入超限报警功能进行独立的使能或禁止。当有AI通道的上、下限功能配置为使能时，模块具有的2路数字量输出用来指示上、下限的超限状态。

通过配置软件配置的各通道上、下限值和通道控制状态都将保存在模块的E2PROM中，配置信息掉电后不丢失。

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3. ITCP-4017的数字量输出功能

ITCP-4017还具有2通道的数字量输出，可以设置为用户控制输出或对模拟量输入采样进行超限状态指示输出。

3.1 输出原理

ITCP-4017模块的数字量输出通道，采用集电极开漏输出方式，需要在输出端口连接负载以及上拉电源，最大负载电压50V，最大负载电流50mA。输出信号的内部等效电路如图 3.1所示。

图 3.1 DO输出内部等效电路

当DO控制位写入高电平信号时，晶体管T1导通，DOUT引脚输出为低电平信号；反之DO控制位写入低电平信号，T1截止，DOUT被外部上拉电阻拉为高电平。

3.2 输出接线方式

ITCP-4017模块的数字量输出端口在使用时必须连接上拉电阻。模块的DOn端子脚与用户提供的上拉电阻连接，COM端子脚与用户的提供的信号地相连接，如图 3.2所示（COM是输出信号的公共地，与模块电源电压输入地GND是隔离的，接线时需要注意，不要混淆）。

图 3.2 DO接线方式示意图

ITCP-4017模块的输出信号驱动继电器接线方式，如图 3.3所示。

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图 3.3 DO驱动继电器接线示意图

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3.3 数字量输出通道控制

ITCP-4017的2通道的数字量输出，可以设置为用户控制输出或对模拟量输入采样进行超限状态指示输出。当有模拟量输入通道使能上、下限超限报警功能时，DO输出即选择为超限状态指示输出模式，否则DO输出为用户控制输出模式。

DO通道为用户控制输出模式时，具有安全输出的功能。可以配置DO的安全时间和安全输出值，当模块与主机超过设定的安全时间未成功通信时，模块的DO将以设定的安全输出值输出以保护控制设备的安全，并将模块的状态恢复为未连接状态。

DO通道为超限状态指示输出模式时，DO不受安全输出配置的影响，但模块的状态受安全时间的控制。在此模式下，DO0对应于所有使能超限功能的AI通道的下限超限报警，DO1对应于上限超限报警输出。

各个AI通道的上、下限值可以独立配置，但只要有一个使能超限报警功能的AI通道输入超限，对应的DO超限输出将以设定的超限值输出。DO的超限输出值可以通过配置软件配置，根据用户需要配置为高电平输出或低电平输出。

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5. ITCP-4017 命令简析

5.1 MODBUS/TCP协议命令结构

一个完整的MODBUS/TCP命令由命令头和命令体组成。命令头由六个字节构成，用来标识MODBUS/TCP命令协议，命令体决定目标设备和要进行操作的动作。命令定义如下： 字节0：事务标识符 — 由服务器拷贝 字节1：事务标识符 — 由服务器拷贝 字节2：协议标识符 — 通常为0 字节3：协议标识符 — 通常为0

字节4：长度字域（高字节）=0（因为所有报文都小于256个字节） 字节5：长度字域（低字节）=后面的字节数 字节6：单元标识符（即从站地址） 字节7：MODBUS/TCP功能码 字节8：所需数据的开始

例如读取ITCP-1808从站地址为1，寄存器地址为40001的内容，返回数值6。请求命令

如图5.1所示，响应命令如图5.2所示。

图5.1 Modbus/TCP请求命令结构

图5.2 Modbus/TCP响应帧结构

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5.2 MODBUS/TCP命令码介绍

表5.1是Modbus/TCP常用的命令码

表 5.1 Modbus/TCP常用命令表

命令值 01 02 03 04 05 06 15 16 名称 读取输出数字量 读取输入数字量 读取保持型寄存器 读取输入型寄存器 说明 读取输出数字量的状态 读取输入数字量的状态 读取模拟量输出的电压、电流值 读取输入的电压、电流、温度的数值 写入单个数字量输出 设置单个数字量输出为ON/OFF状态 写入单个模拟量输出 设置单个模拟量的输出电压、电流值 写入多个数字量输出 设置多个数字量输出为ON/OFF状态 写入多个模拟量输出 设置多个模拟量的输出电压、电流值 5.3 ITCP资源地址说明

5.3.1 ITCP-4017的资源地址

ITCP-4017 模块具有 8 路的模拟量差分输入通道和 2 路的数字量输出通道，其AI资源和DO资源地址以及他们在组态王中的使用如表5.2所示。

表5.2 ITCP-4017资源地址

资源地址 0 1 2 3 4 5 6 7 512 513 通道AIN0 通道AIN1 通道AIN2 通道AIN3 通道AIN4 通道AIN5 通道AIN6 通道AIN7 通道DO0 通道DO1 模拟量差分输入通道AIN0的电压 模拟量差分输入通道AIN1的电压 模拟量差分输入通道AIN2的电压 模拟量差分输入通道AIN3的电压 模拟量差分输入通道AIN4的电压 模拟量差分输入通道AIN5的电压 模拟量差分输入通道AIN6的电压 模拟量差分输入通道AIN7的电压 端口号 说明 组态王寄存器地址 3065 3066 3067 3068 3069 3070 3071 3072 0513 0514 01、05、15 位（Bit） 0和1 04 有符号短整型（short ）（16位） -32768~+32767 功能码 数据类型 范围 产品用

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