欢迎浏览厦门控匠自动化科技有限公司
新闻资讯
Beckhoff EL31xx 系列 16 位 EtherCAT 模拟量输入端子手册
时间: 2026-06-09浏览次数：
Beckhoff EL31xx 系列 16 位 EtherCAT 模拟量输入端子手册
Beckhoff EL31xx 系列 16 位 EtherCAT 模拟量输入端子手册
全系列产品分类与核心参数
EL31xx 全系为16 位含符号 ADC，基础硬件规格统一：外形 15×100×70mm（安装宽度 12mm）、防护 IP20、E-Bus 供电、500V 电气隔离（总线侧与现场侧）；支持分布式时钟 DC（精度＜1μs），采样速度远高于 EL30xx，输入滤波器默认截止频率 5kHz。按信号类型、接线方式、功能分为七大子系列，含标准款、增强款、安全款。
1. 各子型号功能与关键参数汇总
（1）EL310x：±10V 差分电压输入
型号：EL3101 (1 路)、EL3102 (2 路)、EL3104 (4 路)
信号范围：-10 V ~ +10 V，输入阻抗＞200kΩ
转换时间：单路约 40μ，2 路约 60μ（高速模式 40μ），4 路约 100μ
精度：0~55℃误差＜±0.3% FS；宽温 (-25~60℃)＜±0.5% FS
特点：差分输入，抗干扰强；无硬件报错灯，仅过程字提示状态。
（2）EL311x：电流差分输入
基础型号 EL3111/3112/3114：标准0~20 mA差分；
特殊款 EL3112-0011：-20 ~ +20 mA双向电流差分；
内部阻抗：85Ω+ 二极管；共模电压最大 10V；
每路配备独立红色 ERROR 故障灯，检测过流、欠流。
（3）EL312x：4~20 mA 差分电流输入
型号：EL3121 (1 路)、EL3122 (2 路)、EL3124 (4 路)；
衍生款EL3124-0090：集成 TwinSA SC 单通道安全功能，可用于安全回路；
信号：工业标准 4~20mA，支持断线检测，硬件故障灯 + 过程字双重报警；
电气、时序参数与 EL311x 一致。
（4）EL314x：0~20 mA 单端电流输入
基础款 EL3141/3142/3144：0~20mA 单端；
特殊款 EL3142-0010：-10 ~ +10 mA小量程单端；
参考电位绑定模块内部 0V，适配三线制传感器。
（5）EL315x：4~20 mA 单端电流输入
型号：EL3151/3152/3154，工业最常用 4~20mA 单端；
EL3154 内置 24V 输出，可直接给两线制变送器供电，无需外部电源；
标配断线、超 / 欠量程检测，故障灯直观告警。
（6）EL316x：0~10 V 单端电压输入
型号：EL3161/3162/3164，信号 0~10V 单端；
输入阻抗＞200kΩ，适配常规电压型传感器；无独立故障灯，状态通过过程字反馈。
（7）EL3174 多功能通用端子（旗舰款）
4 路可配置型，电压 / 电流模式软件切换，分多个版本，支持 107% 扩展量程（适配 NAMUR 标准）：
EL3174 / EL3174-0090
输入形式：电压差分、电流单端；
信号范围：电压 - 10/0~+10V，电流 - 20/0/4~20mA；
EL3174-0090 搭载 TwinSAFE SC 安全功能。
EL3174-0002
全通道电气隔离（2500V 耐压），电压 / 电流均为差分输入；
EL3174-0032
低压版本：电压范围 - 3/0~+3V，其余同 EL3174-0002；
共性：支持 NAMUR NE43 故障诊断，可识别传感器断线、信号越界。
2. 通用环境与电气参数
工作温度：标准 0~55℃；扩展温区 **-25 ~ +60℃**；存储 - 40 ~ +85℃；
湿度：5%~95% RH，无凝露；
E-Bus 功耗：单 / 2 路典型 130mA，4 路约 170mA；
认证：全系标配 CE、cULus；部分型号支持 ATEX、IECEx 防爆认证；
抗扰：符合 EN 61000-6-2/4 电磁兼容标准，振动、冲击满足 EN 60068。
EtherCAT 通讯基础
1. 布线与硬件要求
线缆：使用 Cat5 及以上网线，RJ45 接口，仅使用 4 根信号线；设备间最大距离 100m；自动识别直通 / 交叉线。
E-Bus 总线：耦合器最大输出 2A，电流不足时需加装 EL9410 馈电端子，整段模块必须共地。
2. 看门狗（Watchdog）
内置SM 同步管理器看门狗、PDI 过程数据看门狗，默认超时 100ms：
通讯中断时模块自动切换至安全状态，输出锁定；
超时时间可在 TwinCAT 中配置，调节范围 0~ 约 170 秒。
3. EtherCAT 状态机
标准 5 种运行状态，上电按顺序切换：
Init：初始化，无通讯；
Pre-Op：仅邮箱通讯可用，无周期过程数据；
Safe-Op：过程数据正常刷新，输出锁定在安全态；
Op：正常运行，全功能启用（主工作状态）；
Boot：固件升级专用，正常工况禁止进入。
4. CoE 接口（CANopen over EtherCAT）
采用索引 + 子索引（十六进制）管理所有参数，是模块配置、诊断的核心接口：
0x1000 段：设备型号、序列号、固件等只读身份信息；
0x6000/0x7000：周期过程数据 PDO；
0x8000 段：滤波、量程、校准、通道配置等读写参数；
附加功能：
NoCoStorage：关闭参数掉电保存，减少 EEPROM 擦写损耗；
启动列表：预存参数，模块上电自动加载，更换设备无需重配。
5. 分布式时钟（DC）
全系支持 EtherCAT 分布式时钟，时钟基准 1ns，主从同步精度＜1μs，适用于多轴、同步采集等时序要求高的场景。
机械安装与电气接线
1. 安装规范
导轨：标准 35mm DIN 导轨，导轨必须可靠接地；
拆装：断电后拉动橙色卡扣解锁，禁止硬掰；模块之间紧密无间隙；
机械加固：高振动场景需限制模块串长度，导轨固定点间距 5cm，采用沉头螺丝；
安装姿态：姿态无强制限制，需预留上下通风间隙；
防爆补充（ATEX）：防爆场景需装入≥IP54 外壳，带电禁止插拔端子、接线。
2. 接线系统
端子类型：免螺丝弹簧端子，适配0.08~2.5mm²线缆，剥线长度 8~10mm；
屏蔽要求：模拟信号线必须使用屏蔽双绞线，屏蔽层单点接地；
电位关键（差分电流输入重点）：严格控制共模电压 Ucm，超出限值会导致测量失真；1/2 路模块内部 GND 可外接电位，4 路模块 GND 与电源 0V 短接，严禁高低电位传感器混用。
3. LED 状态指示
所有模块配备绿色 RUN 灯+（部分红色 ERROR 故障灯），指示灯逻辑统一：
RUN 熄灭：Init/Boot 状态；
RUN 闪烁：Pre-Op 状态；
RUN 单闪：Safe-Op 状态；
RUN 常亮：正常 Op 状态；
ERROR 红灯亮起：对应通道断线、超量程、欠量程（电压型部分无故障灯，仅过程字报警）。
4. 专项接线说明
单端 / 差分区分：详细定义两类输入的接线逻辑、参考电位差异；
传感器适配：区分两线 / 三线 / 四线制电流变送器的接线方案；
UL 规范：北美使用时，供电需配 4A 保险丝或 NEC Class2 电源，禁止接电信线路。
模拟量技术定义与 NAMUR 标准
1. 基础模拟术语解读
满量程 (FSV)：设备标称最大信号值，是误差计算基准；
测量误差：以满量程百分比计算，包含温漂、噪声等综合误差；
温度系数 (tK)：单位 ppm/K，用于计算不同温度下的附加误差；
单端 / 差分：单端以模块内部 GND 为参考，差分测量两路信号差值，抗干扰更强；
共模电压、介电强度：定义模块耐压、电位极限，是接线合规核心依据。
2. AD 转换时序
介绍 ADC 采样、滤波、数据处理全链路延时，区分采样率、信号延迟，分为阶跃响应、线性延迟两类指标。
3. NAMUR NE43 标准
针对 4~20mA 电流回路定义故障信号区间：
有效测量区：3.8 ~ 20.5 mA；
故障区：＜3.8mA 或 ＞20.5mA，对应传感器断线、故障；
EL31xx 全系兼容该标准，可自动识别并上报故障。
TwinCAT 组态与调试
1. 前置条件
网卡安装 TwinCAT 实时驱动，区分正确 / 错误驱动配置；
导入 / 更新 ESI 设备描述文件，可通过软件自带 ESI 更新工具联网升级；
支持离线组态（无硬件提前规划）、在线扫描（硬件自动识别）两种模式。
2. 通用组态流程
新建工程，绑定 EtherCAT 主站网卡；
在线扫描或离线手动添加 EL31xx 端子；
选择 PDO 模式（标准 / 紧凑）：标准模式 = 数值 + 状态字，紧凑模式 = 仅数值，精简总线负载；
CoE 参数配置：滤波、量程、偏移、增益、通道模式（EL3174 切换电压 / 电流）；
变量映射、编译、激活，启动运行。
3. 运行模式
FreeRun：默认模式，由定时器触发采样，受滤波器影响；
Synchron：帧同步模式，关闭滤波，响应速度更快；
DC 同步模式：依托分布式时钟，多模块同步采集。
4. 滤波器配置
内置 FIR（50/60Hz 工频陷波）、IIR 数字滤波器，50Hz 模式工频衰减＞50dB，可通过 CoE 全局设置。
5. TwinSAFE SC 配置
针对 EL3124-0090、EL3174-0090 安全型号，介绍安全通道组态、过程数据映射，可将标准模拟信号用于安全控制系统。
6. 编程支持
兼容 IEC 61131-3 全编程语言（ST、LD、FBD、SFC 等），可实现采集、阈值报警、信号换算等逻辑。
故障诊断、维护与固件
1. 三级诊断方式
硬件 LED：快速定位通讯、通道故障；
过程数据状态字：读取超量程、欠量程、断线、通讯错误；
CoE 诊断寄存器：读取原始 ADC 值、温度、详细故障码。
2. 常见故障与排查
通讯异常：网线损坏、E-Bus 供电不足、看门狗超时、EtherCAT 状态异常；
测量不准：共模电压超标、屏蔽不良、滤波参数不当、校准偏移；
报警常亮：传感器断线、信号超出量程、接线错误。
3. 固件与设备维护
固件分类：控制器固件（.efw）、FPGA 固件（.rbf），支持单台 / 批量升级；
参数复位：通过 CoE 指令恢复出厂设置；
备件替换：高修订版本可直接替换低版本，无需重新组态；
长期存放：超 5 年未使用，上电前需对母线电容重新赋能。
