化工厂SCADA系统OPC DA数据转Modbus TCP接入全厂监控平台项目案例

## **一、项目背景**

某大型化工园区拥有多个独立的生产车间，每个车间部署了不同品牌的DCS/PLC系统，并统一通过上位机**SCADA系统**进行监控。各SCADA系统均提供**OPC DA标准接口**，输出包括压力、温度、流量、液位、阀门状态、电机运行、报警信息等关键生产数据。园区管理层计划建设**全厂级生产监控与数据挖掘平台**，该平台采用**Modbus TCP协议**作为标准数据接入方式。

**项目需求：**

1. **数据汇聚**：集中采集各车间SCADA系统的实时生产数据。

2. **协议统一**：将异构的OPC DA数据转换为标准Modbus TCP协议。

3. **安全隔离**：不干扰现有生产控制网络，保障生产系统安全。

4. **稳定可靠**：7x24小时连续运行，数据延时低，断线自动恢复。

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## **二、解决方案**

采用上海仰科**VFBOX协议转换网关**作为数据桥梁，部署于每个车间的信息层。

- **数据采集侧**：网关作为OPC DA客户端，安全读取车间SCADA服务器（Windows系统）的数据。

- **数据转发侧**：网关作为Modbus TCP从站，为全厂监控平台提供标准数据接口。

- **部署模式**：在不能安装软件的SCADA服务器上，采用 **“旁路代理”模式**，通过一台独立的Windows工控机运行VFBOX OPC Client软件，实现数据中转，确保不对生产服务器造成任何影响。

**推荐网关型号**：**VB302-2400**（双网口），实现数据采集网络与上传网络的物理隔离。

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## **三、系统架构**

### **1. 网络拓扑（单车间示例）**

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[车间生产网络]

    |

[SCADA服务器 (OPC DA Server)] --- (DCOM/OPC) --- [代理工控机 (运行VFBOX OPC Client)]

                                                                  |

                                                                  |--- (TCP) --- [VFBOX网关 Eth1]

                                                                                      |

                                                                                      |--- (Modbus TCP) --- [全厂监控平台网络]

```

*说明：若SCADA服务器允许安装软件，则可直接在服务器上运行VFBOX OPC Client，省去代理工控机。*

### **2. 现场部署**

- **网关部署**：安装于车间机柜间DIN导轨上。

- **代理工控机**（如需要）：采用工业级PC，部署于同车间，与SCADA服务器网络可达。

- **网络隔离**：

  - **Eth1**：连接车间信息网，与代理工控机或SCADA服务器通信。

  - **Eth2**：连接通往全厂监控平台的核心网络。

- **电源**：接入车间UPS保障的AC 220V电源。

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## **四、实施步骤与VFBOX配置**

### **第一阶段：OPC DA数据探查**

1.  在SCADA服务器（或代理工控机）上，使用`OPC Client`工具（如仰科提供或通用工具）连接至OPC DA Server (`UWinTech.UWinOPCS.1`, `Kepware.KEPServerEx.V6`等)。

2.  浏览并确定需要采集的数据项（Item），记录其：

    - **项名称**（Item ID）：例如 `Channel1.Device1.Tag_Pressure`

    - **数据类型**：`Double`, `Float`, `Int`, `Boolean`等。

    - **访问权限**：`Read` 或 `Read/Write`。

### **第二阶段：VFBOX网关工程配置**

1. **新建工程**：在工程师站电脑打开VFBOX Studio，选择对应网关型号（VB302-2400）。

2. **添加OPC DA设备**：

    - 点击“新建设备”，驱动选择 `OPC DA Client`。

    - `OPC DA服务器名称`：填写从第一步获取的ProgID（如 `Kepware.KEPServerEx.V6`）。

    - `服务器IP`：通常保持 `127.0.0.1`（当VFBOX OPC Client与网关配置协同工作时，由Client软件处理网络通信）。

3. **添加数据标签**：

    - 为每个需要采集的OPC项新建一个标签。

    - `标签名称`：自定义，如 `PT101_Pressure`。

    - `数据类型`：与OPC项类型严格对应。

    - `读写控制`：根据OPC项权限选择 `读` 或 `读写`。

    - **关键**：在`地址`栏中，**精确填写OPC项的完整名称**（Item ID）。

   **化工数据点示例映射表**：

    | OPC项名称 (Item ID) | VFBOX标签名 | 数据类型 | 化工参数描述 |

   |:---|:---|:---|:---|

    | `AreaA.Reactor1.PT101.PV` | `TIC101_Temp` | Double | 反应釜A温度 |

    | `AreaA.Reactor1.PI102.PV` | `PIC102_Press` | Double | 反应釜A压力 |

    | `AreaA.Pump101.RunStatus` | `Pump101_Status` | Boolean | 进料泵运行状态 |

    | `AreaA.ValveV101.OpenCmd` | `VV101_OpenCmd` | Boolean | 调节阀开命令(可写) |

    | `AreaB.FlowTotalizer.FT201` | `FT201_Total` | Double | 累计流量 |

4. **配置Modbus TCP转发**：

    - 进入“服务” -> “Modbus Slave” -> “Modbus TCP”，`启用`设为 `Yes`。

    - `站号`设为平台分配的地址（如车间1为 `1`）。

    - `侦听端口`：`502`。

    - 规划Modbus寄存器映射。例如：

     - `40001-40050`：存放模拟量（温度、压力、流量等），每个Float占2个寄存器。

     - `00001-00030`：存放数字量状态（泵、阀状态、报警等）。

    - 通过“添加”按钮，将左侧OPC数据标签拖放至右侧对应的Modbus寄存器地址下。

### **第三阶段：OPC DA采集服务的部署与启动**

此为核心步骤，有两种模式：

**模式A：在SCADA服务器上直接部署（需获得许可）**

1.  在SCADA服务器上安装VFBOX OPC Client软件。

2.  将从工程师站生成的工程文件 `prj.db3` 复制到服务器上VFBOX OPC Client目录。

3.  以**管理员权限**运行 `VFBOXOPCClient.exe`。

4.  加载 `prj.db3`，在 `Gateway IP Address` 中填写本车间VFBOX网关的IP地址。

5.  点击 `Start` 启动服务，并勾选 `Enable OPC DA Driver Auto Startup` 设置开机自启。

**模式B：旁路代理部署（推荐，安全无侵扰）**

1.  在一台独立的Windows工控机（代理机）上安装/运行VFBOX OPC Client软件。

2.  确保该代理机与SCADA服务器网络互通，且能通过DCOM访问其OPC DA服务（需配置DCOM权限）。

3.  后续步骤同模式A的2-5步。

### **第四阶段：网关侧最终配置与测试**

1.  在VFBOX Studio中，点击“下载”将工程配置下发至网关。

2.  回到“工具”菜单，**务必先点击“停止OPC DA驱动”，再点击“启动OPC DA驱动”**。

3.  点击“查看数据”，验证OPC数据是否已成功采集至网关。

4.  使用 **Modbus Poll** 软件连接网关的Eth2 IP和502端口，测试Modbus数据转发是否正常。

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## **五、全厂监控平台对接**

1. **平台侧配置**：在全厂监控平台的Modbus驱动管理中，为每个车间添加一个设备。

    - IP地址：对应车间VFBOX网关Eth2的IP。

    - 端口：502。

    - 从站地址：与网关中设置一致（如1,2,3...）。

2. **数据点表导入**：根据规划好的Modbus映射表，在平台中建立对应的数据点，完成点名、单位、报警限值等配置。

3. **系统联调**：

    - **数据验证**：对比平台显示值与SCADA画面原始值，确保数据一致、准确。

    - **控制测试**：通过平台向一个可写的Modbus线圈（如`00010`）下发指令，验证是否能远程控制车间阀门或启停设备（需OPC项有写权限）。

    - **实时性测试**：观察关键参数变化在平台上的刷新延迟，通常应小于3秒。

    - **冗余与恢复测试**：重启代理工控机或断开网络，检查恢复后数据是否自动重连。

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## **六、项目成效与价值**

- **打破信息孤岛**：无需替换现有SCADA系统，低成本实现了全厂多源生产数据的集中采集与可视化。

- **安全保障**：旁路代理模式及双网口隔离设计，确保了生产控制网络的绝对安全。

- **提升管理效能**：管理层可实时掌握各车间生产状态，为生产调度、能源管理、安全预警提供数据支撑。

- **标准化与扩展性**：输出统一的Modbus TCP接口，方便未来接入MES、ERP等高级应用系统。

- **维护简便**：图形化配置，出现故障时易于定位是网络、OPC服务还是网关问题。

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## **七、注意事项**

1. **DCOM安全配置**：若采用跨机器的OPC DA访问，必须在SCADA服务器和客户端机器上正确配置DCOM权限，这是实施中最常见的难点。

2. **数据点规划**：前期应与工艺、仪表部门充分沟通，明确需采集的点位、频率、精度要求，做好Modbus地址的统一规划。

3. **OPC服务器性能**：大量数据采集可能对OPC服务器造成负载，需评估其性能并在VFBOX中合理设置采样间隔。

4. **时钟同步**：确保网关、代理机、SCADA服务器与全厂平台时间同步，保证事件顺序记录（SOE）准确。

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## **八、技术支持**

- OPC DA采集专项指南：《采集OPC DA服务器数据转Modbus Slave使用说明》

- VFBOX网关通用手册：《VFBOX网关采集和转发数据使用说明》

- OPC DCOM配置问题：请参考微软官方文档或联系IT部门。

审核编辑 黄宇