一、项目概述

1.1 项目背景

某智能制造工厂的生产线采用EtherCAT协议的控制器（如伺服驱动器、I/O模块等），而工厂的上位机监控系统（SCADA）和MES工控平台仅支持Modbus TCP/RTU协议。为实现生产线数据与上层系统的无缝对接，需要部署协议转换网关，将EtherCAT设备数据转换为Modbus协议数据。

1.2 项目目标

• 实时采集EtherCAT从站设备的关键工艺数据（位置、压力、温度、状态等）
• 将采集的数据转换为Modbus协议，供SCADA系统和MES平台读取
• 支持双向通信：既读取EtherCAT设备数据，也向EtherCAT设备写入控制指令
• 确保数据传输的实时性和稳定性

1.3 网络架构

整个系统的网络架构如下：

┌─────────────────┐ ┌──────────────┐ ┌─────────────────┐
│ SCADA系统 │ │ VFBOX网关 │ │ EtherCAT从站 │
│ (Modbus主站) │◄───────►│ (协议转换) │◄───────►│ (伺服/IO模块) │
│ MES平台 │ Modbus │ │ EtherCAT│ │
└─────────────────┘ TCP └──────────────┘ 主站 └─────────────────┘

二、硬件与软件准备

2.1 硬件设备清单

2.2 软件工具

• VFBOX Studio（编号1001）：网关配置软件，用于设置采集和转发参数
• Modbus Poll：Modbus协议测试工具，用于验证数据转发
• EtherCATSlaveInfo.exe：网关自带工具，用于扫描EtherCAT从站信息

2.3 网关型号说明

本项目选用 VB303-2400#256-K-1 型号网关，各字段含义如下：

三、项目实施步骤

3.1 准备工作

3.1.1 电脑与网关连通测试

1. 1. 使用网线将电脑网口连接到网关的 Ethernet1 网口
2. 2. 给网关接入DC 24V电源（V+接正极，V-接负极）
3. 3. 将电脑IP地址设置为 192.168.1.198，与网关默认IP同网段
4. 4. 打开CMD，执行 ping 192.168.1.199，确认网络连通
5. 5. 安装并启动 VFBOX Studio 软件（以管理员权限运行）

3.1.2 获取EtherCAT从站点位信息

在配置网关采集EtherCAT数据前，必须先获取从站设备的PDO（过程数据对象）映射信息，包括数据地址、数据类型和点位名称。

1. 1. 将EtherCAT从站设备的IN口通过网线连接到电脑网口
2. 2. 在VFBOX Studio中点击菜单 "工具" → "命令行"
3. 3. 输入命令扫描网卡信息：EtherCATSlaveInfo.exe
4. 4. 根据输出的网卡列表，选择对应网口执行详细扫描：
   EtherCATSlaveInfo.exe \\Device\\NPF_{网卡GUID} -map
5. 5. 记录输出结果中的关键信息：Slave ID、SM2 outputs、SM3 inputs、addr、data_type、name

示例扫描结果（伺服驱动器）

Slave:1
Name: VAT vacuum valve
Output size: 184bits
Input size: 200bits
SM2 outputs （向设备写入的数据）
addr b index: sub bitl data_type name
[0x0000.0] 0x2300:0x02 0x20 REAL32 Target Pressure ← 目标压力
[0x0004.0] 0x2200:0x02 0x20 REAL32 Target Position ← 目标位置
[0x0008.0] 0x2401:0x14 0x20 REAL32 Pressure Input Digital Sensor 1
[0x0010.0] 0x2002:0x00 0x08 INTEGER8 Control Mode ← 控制模式
SM3 inputs （从设备读取的数据）
addr b index: sub bitl data_type name
[0x0017.0] 0x2300:0x01 0x20 REAL32 Actual Pressure ← 实际压力
[0x001B.0] 0x2401:0x18 0x20 REAL32 Pressure Sensor 1 ← 压力传感器1
[0x0023.0] 0x2200:0x01 0x20 REAL32 Actual Position ← 实际位置
[0x0027.0] 0x2002:0x00 0x08 INTEGER8 Control Mode ← 控制模式
[0x0028.0] 0x2030:0x03 0x10 UNSIGNED16 Error Number ← 错误代码

关键信息解读：

• SM2 outputs：输出数据区，对应上位机下发给设备的控制指令（如目标位置、目标压力）
• SM3 inputs：输入数据区，对应设备上报给网关的实时数据（如实际位置、实际压力）
• addr [0x0004.0]：数据在PDO中的偏移地址，0x04表示偏移4字节
• data_type REAL32：数据类型为32位浮点数（Float），占4个字节

3.2 配置网关采集EtherCAT数据

3.2.1 新建工程

1. 1. 打开VFBOX Studio软件，点击 "新建工程"
2. 2. 输入工程名称（如：EtherCAT_To_Modbus）
3. 3. 设备类型选择 "VB30X-2400"（与实际网关型号一致）
4. 4. 点击菜单 "网关IP地址"，输入 192.168.1.199

3.2.2 添加EtherCAT采集设备

1. 1. 在左侧导航栏点击 "采集设备"，右键选择 "新建设备"
2. 2. 驱动类型选择 "EtherCAT Master"
3. 3. 输入设备名称（如：Servo_Driver_1）
4. 4. 配置网口参数：选择连接EtherCAT从站的网口（Ethernet1或Ethernet2）
5. 5. 输入从站地址（Slave ID，如：1）

3.2.3 添加数据标签

根据扫描获取的点位信息，在网关设备下添加需要采集的数据标签。标签配置如下：

读取数据标签（SM3 inputs → 网关读取设备数据）：

写入数据标签（SM2 outputs → 网关写入设备数据）：

地址计算说明：网关中填写的地址为十进制。例如扫描结果中 [0x0023.0] 对应十进制地址 35（0x23 = 35）。对于inputs区的地址，网关中直接填写十进制值即可。

3.2.4 下载工程并验证

1. 1. 点击工具栏 "下载" 按钮，将工程下载到网关
2. 2. 下载完成后，点击 "查看数据"
3. 3. 在弹出窗口中检查各标签的"更新时间"是否为当前时间，状态是否为"Good"
4. 4. 确认数据读取正常后，进行下一步转发配置

3.3 配置Modbus协议转发数据

3.3.1 启用Modbus Slave服务

网关采集到EtherCAT设备数据后，需要配置Modbus Slave服务，将数据以Modbus协议格式提供给上位机系统。

1. 在左侧导航栏点击 "服务" → "Modbus Slave"
2. 配置Modbus Unit参数：

• - 站号（Unit ID）：1（可根据SCADA系统要求修改）
• - 启用：Yes
• - 字节顺序：根据上位机系统要求选择（默认1234，Float数据需注意）

1. 配置Modbus TCP参数：

• - 启用：Yes
• - 侦听端口：502（Modbus标准端口）

3.3.2 添加转发数据映射

将采集的EtherCAT数据标签映射到Modbus寄存器地址，供上位机读取：

4X Holding Registers（保持寄存器，可读写）：

3X Analog Inputs（输入寄存器，只读）：

0X Digital Coils（数字量线圈，可读写）：

添加方法：点击对应数据区（0X/3X/4X），点击 "添加" 按钮，在弹出的标签选择对话框中勾选需要转发的标签，点击OK保存。

3.3.3 保存并下载工程

1. 1. 点击工具栏 "保存" 按钮保存工程
2. 2. 点击 "下载" 按钮将配置下载到网关
3. 3. 下载完成后，网关自动运行，开始采集EtherCAT数据并通过Modbus协议转发

3.4 数据测试与验证

3.4.1 使用Modbus Poll测试读取

在正式接入SCADA系统前，建议使用Modbus Poll软件进行数据验证：

1. 在工控电脑上安装并打开 Modbus Poll 软件

• 创建新连接：
• - 连接类型：Modbus TCP/IP
• - IP地址：网关IP（如192.168.1.199）
• - 端口：502
• - 站号：1
• 读取4X区数据（功能码03 - Read Holding Registers）：
• - 起始地址：40001
• - 数量：20
• - 验证是否能读取到Target_Pressure、Actual_Position等数据
• 读取3X区数据（功能码04 - Read Input Registers）：
• - 起始地址：30001
• - 数量：10
• - 验证Pressure_Sensor1、Error_Number等数据
• 写入4X区数据（测试下发控制，功能码06或16）：
• - 向40001写入新的Target_Pressure值
• - 在VFBOX Studio中查看数据是否成功写入EtherCAT设备

3.4.2 使用SCADA系统验证

1. 1. 在SCADA系统中配置Modbus TCP驱动
2. 2. 添加数据点，对应网关中的Modbus地址（如40001、30001等）
3. 3. 观察数据刷新情况，确认数据采集周期满足工艺要求（通常1秒以内）
4. 4. 测试写入功能：通过SCADA画面修改设定值，观察EtherCAT设备是否响应

四、高级配置（可选）

4.1 用户标签数据运算

如需对采集的数据进行二次处理（如单位换算、报警判断、数据平滑等），可使用网关的"用户标签"功能。

示例：压力值单位换算（bar → MPa）

1. 1. 点击左侧导航栏 "用户标签" → "新建标签"
2. 2. 标签名称：Pressure_MPa
3. 3. 数据类型：Float
4. 4. 表达式：Actual_Pressure / 10
5. 5. 点击校验，确认表达式正确
6. 6. 将Pressure_MPa添加到Modbus转发区（如40020）

支持的运算操作：

4.2 数据触发写入模式

对于需要控制写入的EtherCAT设备，为避免频繁写入造成设备负担，可设置触发模式：

设置方法：点击采集设备，打开"设备属性"，找到写入模式选项，选择适合的模式后下载工程。

4.3 工程加密保护

项目交付前，建议对工程进行加密，防止配置参数被非法修改或盗用：

1. 1. 点击菜单 "工程" → "设置工程密码"
2. 2. 输入密码并确认（建议8位以上，包含字母和数字）
3. 3. 加密后，无正确密码无法对网关进行上传/下载操作
4. 4. 请妥善保管密码，密码丢失将无法恢复工程

⚠ 重要提示：调试过程中建议暂不加密，待项目验收后再启用加密功能。

五、项目总结

5.1 实现功能

✅ 成功采集EtherCAT从站设备的实时数据（位置、压力、状态、错误代码等）

✅ 将EtherCAT数据转换为Modbus TCP协议，SCADA/MES系统可正常读取

✅ 支持双向通信：上位机通过Modbus写入控制指令，网关转发至EtherCAT设备

✅ 数据传输稳定，刷新周期可达毫秒级，满足实时控制需求

✅ 支持用户标签二次运算，实现数据换算和逻辑处理

5.2 技术要点汇总

5.3 常见问题处理

六、附录

6.1 网关默认参数

6.2 技术支持

6.3 相关文档与资源

• 《VFBOX网关采集和转发数据使用说明 v2.6.1》—— 网关完整使用手册
• 《采集EtherCAT设备-转成Modbus协议数据 V2.3》—— EtherCAT专项配置指南
• 《VFBOX Studio软件安装指南》—— 软件安装与初始配置
• 官网技术文档中心：提供各协议驱动的详细配置说明和FAQ

6.4 网关型号速查表

VFBOX网关型号格式：ABC-EFGH#I-K-L

本项目选型示例：VB303-2400#256-K-1 = VB303批次 + 2网4串硬件 + 256点位 + EtherCAT采集 + Modbus转发

—— 文档结束 ——