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一、項目背景

在環(huán)保監(jiān)測領(lǐng)域，環(huán)保數(shù)采儀（污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)采集傳輸儀）是連接現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備和環(huán)保監(jiān)控平臺的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)采儀通常采用國家標(biāo)準(zhǔn)的 HJ212協(xié)議 （《污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》）進行數(shù)據(jù)上報。然而，許多企業(yè)的內(nèi)部監(jiān)控平臺、DCS系統(tǒng)或SCADA系統(tǒng)采用的是工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的 Modbus協(xié)議 。

本案例介紹如何使用 VFBOX系列協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān) ，實現(xiàn)環(huán)保數(shù)采儀的HJ212協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)，從而將環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫接入企業(yè)現(xiàn)有的Modbus監(jiān)控平臺。

二、項目需求分析

2.1 現(xiàn)場設(shè)備情況

環(huán)保數(shù)采儀 ：支持HJ212-2017協(xié)議，通過網(wǎng)口（TCP方式）向指定IP和端口發(fā)送數(shù)據(jù)包
監(jiān)控平臺 ：支持Modbus TCP/RTU協(xié)議，需要讀取環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)
監(jiān)測參數(shù) ：COD（化學(xué)需氧量）、氨氮、總磷、總氮、pH值、流量等實時數(shù)據(jù)和小時/日平均數(shù)據(jù)

2.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換需求

| 項目 | 源端（采集側(cè)） | 目標(biāo)端（轉(zhuǎn)發(fā)側(cè)） |

|:---|:---|:---|

| 通信協(xié)議 | HJ212-2017 | Modbus TCP/RTU |

| 通信方式 | TCP Server（網(wǎng)關(guān)偵聽） | TCP Server（網(wǎng)關(guān)作為從站）/ RTU |

| 數(shù)據(jù)類型 | 實時數(shù)據(jù)（CN=2011）、小時數(shù)據(jù)（CN=2051）、日數(shù)據(jù)（CN=2061） | 4X Holding Registers（保持寄存器） |

| 數(shù)據(jù)格式 | 字符串鍵值對（如w01018-Rtd=45.160） | 16位/32位數(shù)值 |

三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

┌─────────────────┐      HJ212協(xié)議     
┌──────────────────┐      Modbus協(xié)議     
┌─────────────────┐



│                 │ ────────────────── > │                  │ ────────────────── > │                 │



│  環(huán)保數(shù)采儀    
│   (TCP Client)      │   VFBOX網(wǎng)關(guān)     
│   (TCP/RTU Slave)   │  監(jiān)控平臺/SCADA │



│  (現(xiàn)場設(shè)備)    
│                     │  (協(xié)議轉(zhuǎn)換)     
│                     │  (上位機系統(tǒng))  
│



│                 │  發(fā)送實時/小時數(shù)據(jù)   │                  │  轉(zhuǎn)發(fā)寄存器數(shù)據(jù)      │                 │



└─────────────────┘                     └──────────────────┘                     └─────────────────┘



                                              │



                                              │ 配置管理



                                              ▼



                                        ┌──────────────────┐



                                        │ 
VFBOX Studio    │



                                        │  (配置軟件)     
│



                                        │  電腦IP:192.168.1.198│



                                        └──────────────────┘

四、硬件選型

根據(jù)項目需求，選擇 VFBOX VB303系列網(wǎng)關(guān) ，具體型號示例：

VB303-1200#128-2-1

VB303 ：硬件批次
1200 ：1個網(wǎng)口 + 2個RS485串口
# ：連接符
128 ：最多采集128個數(shù)據(jù)點位
2 ：采集協(xié)議為HJ212環(huán)保協(xié)議
1 ：轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議為Modbus協(xié)議

選型說明 ：由于HJ212協(xié)議通過網(wǎng)口傳輸，Modbus轉(zhuǎn)發(fā)也通過網(wǎng)口（Modbus TCP）或串口（Modbus RTU），1網(wǎng)口配置即可滿足需求。如需要同時連接其他設(shè)備，可選擇2網(wǎng)口型號（VB303-2400）。

網(wǎng)關(guān)硬件參數(shù)

| 參數(shù) | 默認值/說明 |

|:---|:---|

| 電源 | DC 9-30V |

| 網(wǎng)口1（Ethernet1） | 默認IP：192.168.1.199 |

| 串口（COM1/COM2） | 波特率9600，8N1 |

| 工作溫度 | 工業(yè)級，-20℃~+60℃ |

五、項目實施步驟

5.1 準(zhǔn)備工作

硬件連接
- 使用網(wǎng)線將VFBOX網(wǎng)關(guān)網(wǎng)口連接到電腦網(wǎng)口
- 使用網(wǎng)線將環(huán)保數(shù)采儀連接到網(wǎng)關(guān)網(wǎng)口（或通過交換機）
- 給網(wǎng)關(guān)供電（DC 12V/24V，注意V+接正極，V-接負極）
- 確認POW電源指示燈常亮
電腦網(wǎng)絡(luò)設(shè)置
- 將電腦IP地址設(shè)置為 192.168.1.198
- 子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0
- 確保電腦與網(wǎng)關(guān)默認IP（192.168.1.199）在同一網(wǎng)段
軟件準(zhǔn)備
- 從上海仰科官網(wǎng)（www.onker.cn）下載中心下載 VFBOX Studio（編號1001）
- 安裝軟件并以管理員權(quán)限啟動
- 下載TCP調(diào)試工具（用于測試HJ212數(shù)據(jù)）

5.2 連通性測試

打開CMD命令行，執(zhí)行：

ping 192.168.1.199

確認能ping通網(wǎng)關(guān)。

打開VFBOX Studio軟件，新建工程：
- 工程名稱：HJ212_To_Modbus
- 設(shè)備類型：選擇實際網(wǎng)關(guān)型號（如VB303-1200）
設(shè)置網(wǎng)關(guān)IP地址為192.168.1.199，點擊"獲取硬件ID"和"查看授權(quán)"，確認通信正常。

5.3 配置網(wǎng)關(guān)采集HJ212數(shù)據(jù)（南向配置）

步驟1：添加HJ212采集設(shè)備

在VFBOX Studio左側(cè)導(dǎo)航欄，點擊"采集設(shè)備" → "新建設(shè)備"
驅(qū)動類型選擇：HJ212
連接類型選擇： TCP Server （網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)端偵聽數(shù)采儀連接）

步驟2：配置偵聽端口

輸入網(wǎng)關(guān)偵聽的端口號（如 10212 ）
關(guān)鍵 ：此端口必須與環(huán)保數(shù)采儀上配置的"目標(biāo)端口"完全一致
綁定IP地址保持默認（0.0.0.0或網(wǎng)關(guān)IP）

步驟3：分析HJ212數(shù)據(jù)包，確定采集地址

在正式配置前，先用TCP調(diào)試工具測試確認數(shù)采儀發(fā)送的數(shù)據(jù)格式：

實時數(shù)據(jù)示例（CN=2011） ：

##0457QN=20210320163113904;ST=32;CN=2011;PW=123456;MN=81733553213013;Flag=4;CP=&&DataTime=20210320013500;w00000-Rtd=181.682,w00000-Flag=N;w21001-Rtd=45.160,w21001-Flag=N;w21011-Rtd=1.970,w21011-Flag=N;w21003-Rtd=53.131,w21003-Flag=N;w01018-Rtd=194.200,w01018-Flag=N;w01001-Rtd=7.500,w01001-Flag=N&&8F81

小時數(shù)據(jù)示例（CN=2051） ：

##0596QN=20210320163118367;ST=32;CN=2051;PW=123456;MN=81733553213013;Flag=4;CP=&&DataTime=20210320160000;w00000-Cou=176.923,w00000-Min=292.286,w00000-Avg=294.872,w00000-Max=297.287,w00000-Flag=N;w21001-Cou=8.151,w21001-Min=46.070,w21001-Avg=46.070,w21001-Max=46.070,w21001-Flag=N&&...

數(shù)據(jù)地址解析規(guī)則 ：

| 數(shù)據(jù)類型 | 配置地址格式 | 示例 |

|:---|:---|:---|

| 實時數(shù)據(jù)（CN=2011） | 參數(shù)名-Rtd | w01018-Rtd（COD實時值） |

| 小時數(shù)據(jù)（CN=2051） | 參數(shù)名-類型,2051 | w01018-Avg,2051（COD小時均值） |

| 日數(shù)據(jù)（CN=2061） | 參數(shù)名-類型,2061 | 01-Avg,2061 |

注意：HJ212協(xié)議中，w01018代表COD，w21003代表總磷，w21011代表總氮，w01001代表pH值，w00000代表流量。具體參數(shù)代碼需根據(jù)環(huán)保設(shè)備實際配置確定。

步驟4：新建采集標(biāo)簽

以采集COD實時數(shù)據(jù)為例：

選中HJ212設(shè)備，點擊"新建標(biāo)簽"
標(biāo)簽名稱：COD_Realtime（建議使用英文，避免中文）
數(shù)據(jù)類型： Float （浮點型，適合小數(shù)數(shù)據(jù)）
讀寫控制：讀
地址：w01018-Rtd（采集CN=2011實時數(shù)據(jù)包中的COD值）
描述："COD實時濃度"

常用標(biāo)簽配置示例 ：

| 標(biāo)簽名稱 | 數(shù)據(jù)類型 | 地址 | 說明 |

|:---|:---|:---|:---|

步驟5：下載并驗證采集

點擊工具欄"下載"按鈕，將工程下載到網(wǎng)關(guān)
點擊"查看數(shù)據(jù)"，確認各標(biāo)簽的"狀態(tài)"顯示為 Good ，且"更新時間"為當(dāng)前時間
如狀態(tài)顯示異常，使用vbtrace.exe 20381 192.168.1.199命令查看HJ212通信日志

5.4 配置Modbus轉(zhuǎn)發(fā)（北向配置）

步驟1：啟用Modbus Slave服務(wù)

在VFBOX Studio左側(cè)導(dǎo)航欄，點擊"服務(wù)" → "Modbus Slave"
根據(jù)監(jiān)控平臺需求選擇模式：

Modbus TCP ：通過網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)，偵聽端口502（默認）

Modbus RTU ：通過RS485/RS232串口轉(zhuǎn)發(fā)

步驟2：配置Modbus TCP參數(shù)

啟用：Yes
站號（Unit ID）： 1 （根據(jù)監(jiān)控平臺要求設(shè)置，范圍1-247）
偵聽端口：502
字節(jié)順序：根據(jù)監(jiān)控平臺選擇（默認1234）

步驟3：配置Modbus RTU參數(shù)（如需要）

啟用：Yes
站號：1
串口選擇：COM1（確保未在采集設(shè)備中使用）
波特率：9600（與監(jiān)控平臺匹配）

步驟4：添加轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到寄存器

將采集的HJ212數(shù)據(jù)映射到Modbus寄存器地址：

在Modbus Slave配置界面，選擇 4X Holding Registers （保持寄存器，支持讀寫，適合模擬量）
點擊"添加"按鈕，選擇要轉(zhuǎn)發(fā)的標(biāo)簽
配置寄存器映射表：

|:---|:---|:---|:---|

| 40003 | NH3N_Rtd | Float | 40003 |

| 40005 | TP_Rtd | Float | 40005 |

| 40007 | TN_Rtd | Float | 40007 |

| 40009 | PH_Rtd | Float | 40009 |

| 40011 | Flow_Rtd | Float | 40011 |

| 40013 | COD_Avg | Float | 40013 |

| 40015 | Flow_Cou | Float | 40015 |

寄存器地址說明 ：

4X區(qū)地址范圍：40001-49999（十進制），對應(yīng)協(xié)議地址0000H-270FH

Float類型占用2個連續(xù)寄存器（4字節(jié)）

網(wǎng)關(guān)使用PLC地址模式，從1開始計數(shù)

步驟5：保存并下載工程

點擊Modbus Slave配置界面的"保存"按鈕
點擊主工具欄"下載"按鈕，將完整工程下載到網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)關(guān)自動重啟運行

六、監(jiān)控平臺對接

6.1 Modbus TCP連接參數(shù)

監(jiān)控平臺（如組態(tài)王、WinCC、力控等）配置以下連接參數(shù)：

| 參數(shù) | 值 |

|:---|:---|

| 設(shè)備IP | 192.168.1.199（網(wǎng)關(guān)IP） |

| 端口號 | 502 |

| 協(xié)議類型 | Modbus TCP |

| 從站地址 | 1 |

6.2 寄存器讀取配置示例

以讀取COD實時值為例：

寄存器類型：4X Holding Register（或Holding Register）
起始地址：40001（或0，取決于平臺地址模式）
數(shù)據(jù)長度：2（Float占2個寄存器）
數(shù)據(jù)類型：浮點型（注意字節(jié)順序匹配）

6.3 字節(jié)順序調(diào)整

如果監(jiān)控平臺讀取的數(shù)值不正確（如顯示極大或極小的異常值），需要調(diào)整字節(jié)順序：

在VFBOX Studio中，點擊HJ212采集設(shè)備 → "屬性"
找到"寄存器順序"或"字節(jié)順序"設(shè)置
嘗試調(diào)整順序：1234 → 4321 → 3412 → 2143
重新下載工程，測試驗證

七、項目調(diào)試與排錯

7.1 常見問題排查

| 現(xiàn)象 | 排查方法 |

|:---|:---|

| 網(wǎng)關(guān)采集不到HJ212數(shù)據(jù) | 1. 檢查數(shù)采儀IP和端口是否與網(wǎng)關(guān)偵聽端口一致
2. 關(guān)閉電腦防火墻和殺毒軟件
3. 使用TCP調(diào)試工具確認數(shù)采儀是否發(fā)送數(shù)據(jù)
4. 檢查MN號、PW密碼是否匹配 |

| 監(jiān)控平臺讀不到Modbus數(shù)據(jù) | 1. 確認網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控平臺網(wǎng)絡(luò)連通（ping測試）
2. 檢查Modbus站號、端口是否正確
3. 使用Modbus Poll工具測試網(wǎng)關(guān)從站功能
4. 查看網(wǎng)關(guān)授權(quán)是否支持Modbus Slave功能 |

| 數(shù)據(jù)值顯示異常 | 1. 檢查數(shù)據(jù)類型是否匹配（Float/Short/Word）
2. 調(diào)整字節(jié)順序
3. 確認寄存器地址未重疊 |

| 下載工程提示Password錯誤 | 工程設(shè)備類型與網(wǎng)關(guān)實際型號不匹配，重新新建工程選擇正確型號 |

| No Space錯誤 | 工程目錄下存在無關(guān)文件，清理工程文件夾后重新下載 |

7.2 使用VBtrace診斷

打開VFBOX Studio → 工具 → 命令行，輸入：

# 查看HJ212采集通信（端口20381）



vbtrace.exe 20381 192.168.1.199



 



# 查看Modbus轉(zhuǎn)發(fā)通信（端口20305）



vbtrace.exe 20305 192.168.1.199

通過Trace輸出可以查看：

網(wǎng)關(guān)是否接收到HJ212數(shù)據(jù)包
數(shù)據(jù)解析是否正確
Modbus主站是否發(fā)起請求
響應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)容

八、項目效果驗證

8.1 數(shù)據(jù)采集驗證

在VFBOX Studio中點擊"查看數(shù)據(jù)"，確認：

所有標(biāo)簽"狀態(tài)"列顯示 Good
"更新時間"顯示為當(dāng)前系統(tǒng)時間（非1970年）
"當(dāng)前值"顯示正確的環(huán)保監(jiān)測數(shù)值

8.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)驗證

使用Modbus Poll（或類似工具）連接網(wǎng)關(guān)：

IP：192.168.1.199，端口：502，站號：1
讀取40001開始的10個寄存器
確認讀取到的Float值與VFBOX Studio中顯示一致

8.3 系統(tǒng)運行穩(wěn)定性

網(wǎng)關(guān)7×24小時連續(xù)運行，無故障中斷
數(shù)采儀數(shù)據(jù)更新后，Modbus端實時同步（延遲<1秒）
網(wǎng)關(guān)掉電重啟后自動恢復(fù)運行，數(shù)據(jù)保持連續(xù)

九、項目總結(jié)

9.1 項目價值

協(xié)議互通 ：解決了HJ212環(huán)保協(xié)議與Modbus工業(yè)協(xié)議之間的兼容性問題
數(shù)據(jù)整合 ：將環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫接入企業(yè)現(xiàn)有DCS/SCADA系統(tǒng)
成本節(jié)約 ：無需更換現(xiàn)有監(jiān)控平臺，保護既有投資
實時監(jiān)管 ：滿足環(huán)保部門實時在線監(jiān)控要求，同時實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理

9.2 VFBOX網(wǎng)關(guān)優(yōu)勢

工業(yè)級可靠性 ：適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境，穩(wěn)定運行
配置簡便 ：VFBOX Studio圖形化配置，無需編程
多協(xié)議支持 ：單臺網(wǎng)關(guān)可同時采集多種協(xié)議，轉(zhuǎn)發(fā)到多個平臺
靈活擴展 ：支持用戶標(biāo)簽運算、數(shù)據(jù)預(yù)處理、多路轉(zhuǎn)發(fā)

9.3 擴展應(yīng)用

本項目方案可擴展應(yīng)用于：

多站點環(huán)保數(shù)據(jù)集中采集（1臺網(wǎng)關(guān)采集多臺數(shù)采儀）
數(shù)據(jù)多路轉(zhuǎn)發(fā)（同時轉(zhuǎn)發(fā)到Modbus平臺和MQTT云平臺）
數(shù)據(jù)預(yù)處理（使用用戶標(biāo)簽實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換、報警判斷等）
歷史數(shù)據(jù)存儲（配合SQLite/SD卡功能保存歷史數(shù)據(jù)）

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