CN108833269B - 一种面向工业现场的智能物联网关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向工业现场的智能物联网关，包括工业PC，工业PC上设置有以太网接口、POWERLINK接口、USB接口和串口，所述工业PC还通过OPC/OPC UA协议与外部设备进行通信。随着经济的发展，人力成本的升高，制造企业越来越倾向于用自动化、智能化的设备或系统代替或减轻人的工作。但生产过程真正实现少人化、无人化，需要生产过程管控系统具有生产现场加工、搬运、保障、检测等生产环节的协同控制，现场状态的实时监控，现场异常的及时响应排除等功能。工业现场智能物联网关可以实现现场数据的实时采集、智能感知和过程的实时优化控制，可为实现生产过程智能管控功能提供基础支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种网关，具体涉及一种面向工业现场的智能物联网关。
背景技术
在智能制造的社会环境下，德国提出的CPS为核心的智能制造是以制造过程的高度自动化、标准化为基础，美国的制造互联网是以稳定可靠的网络贯通制造环节为核心，“中国制造2025”基于我国制造业基础薄弱、条件参差不齐的现状提出了“两化融合”的发展重点。
工业现场数据上不来、过程不透明，导致生产组织协调难、管控效率低、决策滞后等已经成为制造业最突出的“痛点”，迫切需要解决。随着“两化融合”的大力推进，目前有很多技术和方案可用于解决特定工业现场的数据采集问题。
Kepware公司的kepserver软件，是用于数据采集的OPC/OPC UA软件网关，通过基于以太网OPC/OPC UA协议向应用提供可发现的数据接口，该软件可配置解析广泛的设备协议，包括各种串口、以太网协议以及一些专有的设备协议。该软件的不足之处在于，需要外部提供X86系统的计算机及其连接接口，仅能处理以太网和串口连接的设备和系统，而且系统可伸缩性小，难以完成对实时性数据的采集。
AnyLink物联网盒子，是系列采用以太网、WIFI、4G通信等接入互联网的盒式设备，可连接工控机、串口/网口设备、PLC等，采用MODBUS TCP协议接入应用。该盒子的不足在于，盒子为ARM平台，仅支持LINUX系统，其可伸缩性有限，对工业以太网支持少，以MODBUS TCP协议提供的数据不易被应用发现，不适应于实时数据采集。
制造行业工业现场由于历史、技术、成本等因素，不同行业、不同企业甚至同一企业内部，生产设备、系统多种多样，对外通信接口形式、协议千差万别，提供商定义的应用层协议更是五花八门，目前还没有通用的方案能满足工业现场数据采集的复杂需求。
发明内容
本发明专利主要针对工业现场设备、系统专业性强、接口、协议异构、数据采集实时性要求高、数据采集实施困难等问题，提出一种面向工业现场的智能物联网关，实现工业现场“人、机、料、法、环、测”六大要素数据的实时采集、分析、分发、存储以及优化控制等功能，包括：工业现场加工、
一种面向工业现场的智能物联网关，包括工业PC，还包括在工业PC上建立的主系统及实时系统组成的双系统，其通信接口包括以太网接口、POWERLINK接口、USB接口和串口，支持以OPC/OPC UA协议、MODBUS TCP协议、TCP/IP协议与外部设备进行通信。
网关工作时，先运行主系统，在主系统启动后，通过运行工具启动实时系统，实时系统占据网关CPU的一个核心，保证实时系统作为一个主站PLC运行，实时系统实现从站PLC的数据采集和控制；主系统运行保证网关的正常功能，网关提供OPC/OPC UA接口服务，实现多协议解析及统一输出，配置服务包括依次进行的以下步骤：
A、建立设备描述表，设备描述表包括设备名称、连接的位置、协议类型和各个数据的描述；建立协议解析栈，协议解析栈由各种协议解析模块构成，每种协议解析模块负责解析对应的设备协议；
B、将需要接入网关的设备与网关连接；
C、网关从设备描述表获取各个设备及其数据的描述信息，根据各个设备及其数据的描述信息调用相应协议解析模块获取设备数据，形成数据池，由OPC服务对外提供OPC/OPCUA接口服务。
设备描述表以文件形式提供，可由配置程序提供，或由文本编辑获得。
可以通过POWERLINK工业以太网接口实现POWERLINK总线设备连接及接口、设备扩展，其中接口扩展包括CAN、CANopen、DeviceNet、Profibus和Profinet总线以及串口，还可连接AI/AO、DI/DO模块实现模拟或数字量采集及控制。
其上的USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。
其上的串口可直接连接RS232接口设备，也可通过适配器扩展连接其他接口设备。
可通过以太网接口连接以太网网络，从而连接以太网接口或相应转换接口设备，从而扩展设备连接。
物流、检测等自动化、智能化设备运行及状态数据的实施并发采集；现场人员、物料、操作、环境等要素状态的及时准确收集；现场状态建模分析及预测预警；设备运行的优化闭环控制；现场状态数据的按需分发；现场数据的分级、分类、压缩存储。这种面向工业现场的智能物联网关集成度高、部署方便，可根据现场需求伸缩性地连接各种接口、总线系统，并处理相应数据传输协议，最终以OPC DA/OPC UA的协议形式向上层管控软件提供现场的各种状态数据，实现工业现场的透明化管控。
本发明的目的是提出一种用于工业现场设备互联互通的智能物联网关，使其能够满足工业现场设备异构、数据复杂、实时性要求高、优化控制等要求。具体技术方案如下所示：
本发明团队通过总结工业现场常用设备的接口和通信协议，以及数据类型、交互要求等，设计具有现场设备数据的采集、处理、分发、集成控制以及上层管控指令的解析下发功能且面向工业现场的智能物联网关。智能物联网关工作原理如图所示，工业现场智能物联网关作为工业现场设备与上层管控系统之间的桥梁，一方面网关采集各类设备数据，进行分析、处理、分发、控制，实现现场设备状态监控和集成优化控制，并向上层管控系统提供现场唯一的数据源；另一方面，网关接收管控系统的控制命令，并解析命令的目的地、操作要求等，转换成目标设备能识别、响应的指令，下发控制目标设备执行。
本网关可实现以下四方面功能：
1、工业数据钻取：根据工业数据采集相关项目的实施经验，总结工业现场针对不同设备常见的采集方式，封装为采集协议包，集成入网关系统中，可实现对多种工业设备的数据钻取。
2、异构协议解析及适配：基于实时操作系统开发具有统一框架且可动态扩展的协议库，通过加载协议库中对应的协议解析软件模块，可实现对异构协议的解析及数据的转换，以统一的数据格式输出数据。
3、数据存储及分发：对实时采集数据可根据配置文件选择多种处理方式，对有追溯价值的数据可存储至数据库，同时可跟据具体应用场景开发数据服务接口，以订阅或广播的形式进行数据分发。
4、可配置设计：网关的部分功能及参数以具体的配置文件为基础，可通过人机界面改变配置文件，实现网关功能的松耦合设计。
本网关的研发过程中采用了以下四个关键技术：
1、软硬结合双系统网关研制：整个智能网关智能网关以工业PC为核心包括硬件和软件两个部分，硬件采用开放的体系架构和模块化的接口设计，可支持通过工业以太网、POWERLINK子站及其各种接口扩展模块连接工业现场设备；网关具有Windows系统及实时操作系统，运行在Windows系统上的数据智能处理软件负责数据采集、存储、分析、预警、分发工作，运行在实时操作系统上的协议解析软件负责协议解析及转换工作。
网关硬件由一台工业PC机和一系列接口模块组成，智能网关以工业PC为核心，通过以太网接口与以太网设备连接或应用终端/服务器，通过POWERLINK工业以太网接口连接POWERLINK总线设备，或实现扩展连接CAN、CANopen、DeviceNet、Profibus、Profinet、串口等总线或设备，以及连接AI/AO、DI/DO模块，进行模拟或数字数据采集或控制。
设备扩展通过以下几方面实现：以太网总线、Powerlink总线、集成的USB、串口等和板卡插槽。
工业PC的软件系统组成如图所示，工作流程如下：基本运行一个windows7系统，在windows系统启动后，通过运行工具启动一个实时系统，该实时系统占据CPU的一个核心，保证工业PC作为一个PLC运行。
实时系统实现PLC数据采集和控制，保证PLC实时功能。
而windows系统，通过运行开发的或第三方的windows应用，保证了PC强大的功能实现。
通过实时系统，可实现OPC/OPC UA服务器功能，向外提供OPC/OPC UA数据接口和数据可发现功能。
而windows系统运行kepserver等软件，也可向外提供OPC/OPC UA服务器功能。图3为软件系统组成示意。
实时系统与WINDOWS系统可通过OPC/OPC UA协议、MODBUS TCP协议、TCP/IP等协议进行通信，包括与工业PC外的WINDOWS系统通信。
2、高扩展硬件接口：工业PC有以太网接口、POWERLINK接口、USB接口、RS232串口。这些接口可直接连接相应接口设备，还可通过这些接口实现其他类型的接口扩展。
包括以太网接口扩展：通过以太网接口连接以太网网络，从而连接以太网接口或相应转换接口设备，实现扩展设备连接。
POWERLINK接口扩展：POWERLINK接口是工业以太网接口，具有以太网的网络连接特性，也可作为标准的以太网接口使用。
USB接口扩展：USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。
串口扩展：RS232串口，包括数据采集平台自带以及扩展接口，可直接连接RS232接口设备，也可通过适配器扩展连接蓝牙等接口设备。
3、多协议解析技术
网关通关设备描述表及协议解析栈完成多协议解析，其中设备描述表用于描述设备名称、连接的位置、协议类型、各个数据的描述；协议解析栈由各种协议解析模块构成，每种协议解析模块负责解析不同设备协议，工作过程如图8所示。
网关工作时，从设备描述表获取各个设备及其数据的描述信息，调用相应协议解析模块获取设备数据，形成数据池，由OPC服务对外提供OPC/OPC UA接口服务。
设备描述表以文件形式提供，可由配置程序提供，或由文本编辑获得。
通过实时系统和POWERLINK工业以太网结合，可实现低至1ms周期的实时数据采集与实时控制。
4、数据分发处理技术
工业现场的数据包括设备或系统的状态和运行参数以及生产情况，这些数据的走向有：
送到数据库保存，以备进一步分析和质量追踪；
送到各种看板和展示平台，以形象直观的形式展现生产和设备运行状况；
紧急通知，以便相关人员对危险报警或预警情况进行紧急处置。
为保证合理的分发，采用3种分发机制：
数据库发布：对于数据库存储，以可靠连接的方式提交数据存储；
订阅发布：对于展示的数据，以角色、分级明确数据的内容要求和传输的优先级别，数据需求方通过订阅向数据提供方提交自己的角色和分级要求，数据提供方在获取数据后，按照优先级和订阅先后顺序逐个发布；
报警发布：对于紧急报警或预警数据，采用广播形式立即发送。
5、功能可配置技术
为实现网关能够适应应用场景和功能要求，将系统子功能模块化，并以松耦合的思想编写XML配置文件，可实现的配置内容概括如下：
系统连接的设备及其接口、协议类型；
设备的数据存储要求、数据订阅角色要求；
各设备数据项及其报警阈值要求、相应数据库项、相应订阅项；
系统子功能。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明中的智能网关具有丰富的接口和规模扩展能力，能适应不同接口、不同规模的用户要求；
2、本发明中的智能网关以OPC/OPC UA接口和协议提供应用数据接口，OPC/OPC UA协议本身是数据可发现的；
3、本发明中的智能网关的接口支持TCP/IP、Modbus、Modbus TCP、Profibus、ProfiNet、CAN、CANOpen、DeviceNet、PowerLink、OPC/OPC UA等协议及其相应接口；
4、本发明中的智能网关的采集系统可伸缩，即可适应采集设备的增删，从而适应不同规模系统的数据采集。
5、本发明采用双操作系统，满足智能分析处理和实时采集控制要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为工业现场智能物联网关的工作原理；
图2为网关工作连接示意图，
图3为软件系统组成示意图，
图4为以太网接口扩展示意图，
图5为POWERLINK接口扩展示意图，
图6为USB接口扩展示意图，
图7为串口扩展示意图，
图8为协议解析示意图，
图9为数据读取分发流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1-9所示，一种面向工业现场的智能物联网关，包括工业PC，还包括在工业PC上建立的主系统及实时系统组成的双系统，其通信接口包括以太网接口、POWERLINK接口、USB接口和串口，支持以OPC/OPC UA协议、MODBUS TCP协议、TCP/IP协议与外部设备进行通信。
网关工作时，先运行主系统，在主系统启动后，通过运行工具启动实时系统，实时系统占据网关CPU的一个核心，保证实时系统作为一个主站PLC运行，实时系统实现从站PLC的数据采集和控制；主系统运行保证网关的正常功能，网关提供OPC/OPC UA接口服务，实现多协议解析及统一输出，配置服务包括依次进行的以下步骤：
A、建立设备描述表，设备描述表包括设备名称、连接的位置、协议类型和各个数据的描述；建立协议解析栈，协议解析栈由各种协议解析模块构成，每种协议解析模块负责解析对应的设备协议；
B、将需要接入网关的设备与网关连接；
C、网关从设备描述表获取各个设备及其数据的描述信息，根据各个设备及其数据的描述信息调用相应协议解析模块获取设备数据，形成数据池，由OPC服务对外提供OPC/OPCUA接口服务。
设备描述表以文件形式提供，可由配置程序提供，或由文本编辑获得。
可以通过POWERLINK工业以太网接口实现POWERLINK总线设备连接及接口、设备扩展，其中接口扩展包括CAN、CANopen、DeviceNet、Profibus和Profinet总线以及串口，还可连接AI/AO、DI/DO模块实现模拟或数字量采集及控制。
其上的USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。
其上的串口可直接连接RS232接口设备，也可通过适配器扩展连接其他接口设备。
可通过以太网接口连接以太网网络，从而连接以太网接口或相应转换接口设备，从而扩展设备连接。
物流、检测等自动化、智能化设备运行及状态数据的实施并发采集；现场人员、物料、操作、环境等要素状态的及时准确收集；现场状态建模分析及预测预警；设备运行的优化闭环控制；现场状态数据的按需分发；现场数据的分级、分类、压缩存储。这种面向工业现场的智能物联网关集成度高、部署方便，可根据现场需求伸缩性地连接各种接口、总线系统，并处理相应数据传输协议，最终以OPC DA/OPC UA的协议形式向上层管控软件提供现场的各种状态数据，实现工业现场的透明化管控。
本发明的目的是提出一种用于工业现场设备互联互通的智能物联网关，使其能够满足工业现场设备异构、数据复杂、实时性要求高、优化控制等要求。具体技术方案如下所示：
本发明团队通过总结工业现场常用设备的接口和通信协议，以及数据类型、交互要求等，设计具有现场设备数据的采集、处理、分发、集成控制以及上层管控指令的解析下发功能且面向工业现场的智能物联网关。智能物联网关工作原理如图所示，工业现场智能物联网关作为工业现场设备与上层管控系统之间的桥梁，一方面网关采集各类设备数据，进行分析、处理、分发、控制，实现现场设备状态监控和集成优化控制，并向上层管控系统提供现场唯一的数据源；另一方面，网关接收管控系统的控制命令，并解析命令的目的地、操作要求等，转换成目标设备能识别、响应的指令，下发控制目标设备执行。
本网关可实现以下四方面功能：
1、工业数据钻取：根据工业数据采集相关项目的实施经验，总结工业现场针对不同设备常见的采集方式，封装为采集协议包，集成入网关系统中，可实现对多种工业设备的数据钻取。
2、异构协议解析及适配：基于实时操作系统开发具有统一框架且可动态扩展的协议库，通过加载协议库中对应的协议解析软件模块，可实现对异构协议的解析及数据的转换，以统一的数据格式输出数据。
3、数据存储及分发：对实时采集数据可根据配置文件选择多种处理方式，对有追溯价值的数据可存储至数据库，同时可跟据具体应用场景开发数据服务接口，以订阅或广播的形式进行数据分发。
4、可配置设计：网关的部分功能及参数以具体的配置文件为基础，可通过人机界面改变配置文件，实现网关功能的松耦合设计。
本网关的研发过程中采用了以下四个关键技术：
1、软硬结合双系统网关研制：整个智能网关智能网关以工业PC为核心包括硬件和软件两个部分，硬件采用开放的体系架构和模块化的接口设计，可支持通过工业以太网、POWERLINK子站及其各种接口扩展模块连接工业现场设备；网关具有Windows系统及实时操作系统，运行在Windows系统上的数据智能处理软件负责数据采集、存储、分析、预警、分发工作，运行在实时操作系统上的协议解析软件负责协议解析及转换工作。
网关硬件由一台工业PC机和一系列接口模块组成，智能网关以工业PC为核心，通过以太网接口与以太网设备连接或应用终端/服务器，通过POWERLINK工业以太网接口连接POWERLINK总线设备，或实现扩展连接CAN、CANopen、DeviceNet、Profibus、Profinet、串口等总线或设备，以及连接AI/AO、DI/DO模块，进行模拟或数字数据采集或控制。
设备扩展通过以下几方面实现：以太网总线、Powerlink总线、集成的USB、串口等和板卡插槽。
工业PC的软件系统组成如图所示，工作流程如下：基本运行一个windows7系统，在windows系统启动后，通过运行工具启动一个实时系统，该实时系统占据CPU的一个核心，保证工业PC作为一个PLC运行。
实时系统实现PLC数据采集和控制，保证PLC实时功能。
而windows系统，通过运行开发的或第三方的windows应用，保证了PC强大的功能实现。
通过实时系统，可实现OPC/OPC UA服务器功能，向外提供OPC/OPC UA数据接口和数据可发现功能。
而windows系统运行kepserver等软件，也可向外提供OPC/OPC UA服务器功能。图3为软件系统组成示意。
实时系统与WINDOWS系统可通过OPC/OPC UA协议、MODBUS TCP协议、TCP/IP等协议进行通信，包括与工业PC外的WINDOWS系统通信。
2、高扩展硬件接口：工业PC有以太网接口、POWERLINK接口、USB接口、RS232串口。这些接口可直接连接相应接口设备，还可通过这些接口实现其他类型的接口扩展。
包括以太网接口扩展：通过以太网接口连接以太网网络，从而连接以太网接口或相应转换接口设备，实现扩展设备连接。
POWERLINK接口扩展：POWERLINK接口是工业以太网接口，具有以太网的网络连接特性，也可作为标准的以太网接口使用。
USB接口扩展：USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。
串口扩展：RS232串口，包括数据采集平台自带以及扩展接口，可直接连接RS232接口设备，也可通过适配器扩展连接蓝牙等接口设备。
3、多协议解析技术
网关通关设备描述表及协议解析栈完成多协议解析，其中设备描述表用于描述设备名称、连接的位置、协议类型、各个数据的描述；协议解析栈由各种协议解析模块构成，每种协议解析模块负责解析不同设备协议，工作过程如图8所示。
网关工作时，从设备描述表获取各个设备及其数据的描述信息，调用相应协议解析模块获取设备数据，形成数据池，由OPC服务对外提供OPC/OPC UA接口服务。
设备描述表以文件形式提供，可由配置程序提供，或由文本编辑获得。
通过实时系统和POWERLINK工业以太网结合，可实现低至1ms周期的实时数据采集与实时控制。
4、数据分发处理技术
工业现场的数据包括设备或系统的状态和运行参数以及生产情况，这些数据的走向有：
送到数据库保存，以备进一步分析和质量追踪；
送到各种看板和展示平台，以形象直观的形式展现生产和设备运行状况；
紧急通知，以便相关人员对危险报警或预警情况进行紧急处置。
为保证合理的分发，采用3种分发机制：
数据库发布：对于数据库存储，以可靠连接的方式提交数据存储；
订阅发布：对于展示的数据，以角色、分级明确数据的内容要求和传输的优先级别，数据需求方通过订阅向数据提供方提交自己的角色和分级要求，数据提供方在获取数据后，按照优先级和订阅先后顺序逐个发布；
报警发布：对于紧急报警或预警数据，采用广播形式立即发送。
5、功能可配置技术
为实现网关能够适应应用场景和功能要求，将系统子功能模块化，并以松耦合的思想编写XML配置文件，可实现的配置内容概括如下：
系统连接的设备及其接口、协议类型；
设备的数据存储要求、数据订阅角色要求；
各设备数据项及其报警阈值要求、相应数据库项、相应订阅项；
系统子功能。
实施例2
一种面向工业现场的智能物联网关，包括工业PC，工业PC上设置有以太网接口、POWERLINK接口、USB接口和串口，所述工业PC还通过OPC/OPC UA协议、MODBUS TCP协议、TCP/IP协议与外部设备进行通信。
随着经济的发展，人力成本的升高，制造企业越来越倾向于用自动化、智能化的设备或系统代替或减轻人的工作。但生产过程真正实现少人化、无人化，需要生产过程管控系统具有生产现场加工、搬运、保障、检测等生产环节的协同控制，现场状态的实时监控，现场异常的及时响应排除等功能。工业现场智能物联网关可以实现现场数据的实时采集、智能感知和过程的实时优化控制，可为实现生产过程智能管控功能提供基础支撑。
目前的物联网关主要实现多协议识别与适配，解决不同协议之间的互通性问题。物联网网关主要实现从不同的感知网络到接入网络的协议翻译、将下层的标准格式的数据统一封装、保证不同的感知网络的协议能够转换成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。目前物联网关在应用到工业现场面临着许多问题，主要体现在：
工业现场设备或系统存在异构性，需要物联网关可灵活配置和动态扩展；工业现场设备和系统主要针对某一特定应用，企业在建设过程中缺乏兼容性考虑和体系规划，导致工业现场设备或系统种类多、通信接口复杂、协议种类多。常用的通信接口包括以太网、串口(RS232/RS485/RS422)、CAN和无线接口ZigBee、WIFI等，常用通信协议包括TCP/IP、Modbus、Modbus TCP、Profibus、ProfiNet、CAN、CANOpen、DeviceNet、EthernetIP、PowerLink、OPC/OPC UA、SERCOS、ETHERCAT等。这就要求工业现场的物联网关需要具有模块化、系列化接口，需要支持不同协议解析模块的灵活配置和动态扩展。目前的物联网关更多解决特定场景的现场感知问题，实现特定协议的解析，难以对工业现场协议和底层设备的变化做出动态调整。
POWERLINK工业以太网接口包括CAN、CANopen、DeviceNet、Profibus和Profinet总线以及串口，POWERLINK工业以太网接口上还连接有AI/AO、DI/DO模块。POWERLINK接口是工业以太网接口，具有以太网的网络连接特性，也可作为标准的以太网接口使用。
USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。
串口可直接连接RS232接口设备，也可通过适配器扩展连接其他接口设备。
实施例2
工业PC的硬件指标如表1所示。
表1
POWERLINK扩展模块包括：POWERLINK子站基本模块、CANOppen主模块/从模块、CAN模块、DeviceNet主模块/从模块、Profibus DP主模块/从模块、ProfiNet主模块/从模块、AI/AO、DI/DO模块。
通过这些扩展模块，可实现对CAN总线设备、CANopen设备、DeviceNet设备、Profibus总线设备、ProfiNet总线设备以及模拟量、数字量的数据采集。
POWERLINK子站基本模块作为子站的基础，将各子站与工业PC通过POWERLINK总线相连。各功能模块以内部总线形式连接到子站上，从而扩展相应接口，实现扩展功能。
实施例3
一种面向工业现场的智能物联网关多协议解析方法，在工业PC上，运行一个主系统，在主系统启动后，通过运行工具启动一个实时系统，该实时系统占据工业PC的CPU的一个核心，保证工业PC作为一个PLC运行，实时系统实现PLC数据采集和控制；主系统运行保证PC的正常功能，工业PC通过实时系统和主系统提供OPC/OPC UA接口服务，提供OPC/OPC UA接口服务的方法包括依次进行的以下步骤：
A、建立设备描述表，设备描述表包括设备名称、连接的位置、协议类型和各个数据的描述；建立协议解析栈，协议解析栈由各种协议解析模块构成，每种协议解析模块负责解析对应的设备协议；
B、将需要接入网关的设备与网关连接；
C、网关从设备描述表获取各个设备及其数据的描述信息，根据各个设备及其数据的描述信息调用相应协议解析模块获取设备数据，形成数据池，由OPC服务对外提供OPC/OPCUA接口服务。
设备描述表以文件形式提供，可由配置程序提供，或由文本编辑获得。
网关根据设备描述表中的配置文件，选择不同的协议解析模块进行协议解析并进行实时数据采集，并通过实时系统建立OPC/OPC UA服务器，将经过协议解析成功的数据添加至OPC/OPC UA服务器中，主系统运行第三方软件，并向外提供OPC/OPC UA数据接口和数据可发现功能，其他系统可通过此数据接口接收实时数据。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种面向工业现场的智能物联网关，包括工业PC，其特征在于，还包括在工业PC上建立的主系统及实时系统组成的双系统，其通信接口包括以太网接口、POWERLINK接口、USB接口和串口，支持以OPC/OPC UA协议、MODBUS TCP协议、TCP/IP协议与外部设备进行通信；
网关工作时，先运行主系统，在主系统启动后，通过运行工具启动实时系统，实时系统占据网关CPU的一个核心，保证实时系统作为一个主站PLC运行，实时系统实现从站PLC的数据采集和控制；主系统运行保证网关的正常功能，网关提供OPC/OPC UA接口服务，实现多协议解析及统一输出，配置服务包括依次进行的以下步骤： A、建立设备描述表，设备描述表包括设备名称、连接的位置、协议类型和各个数据的描述；建立协议解析栈，协议解析栈由各种协议解析模块构成，每种协议解析模块负责解析对应的设备协议； B、将需要接入网关的设备与网关连接； C、网关从设备描述表获取各个设备及其数据的描述信息，根据各个设备及其数据的描述信息调用相应协议解析模块获取设备数据，形成数据池，由OPC服务对外提供OPC/OPC UA接口服务。
2.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的智能物联网关，其特征在于，设备描述表以文件形式提供，可由配置程序提供，或由文本编辑获得。
3.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的智能物联网关，其特征在于，可以通过POWERLINK工业以太网接口实现POWERLINK总线设备连接及接口、设备扩展，其中接口扩展包括CAN、CANopen、DeviceNet、Profibus和Profinet总线以及串口，还可连接AI/AO、DI/DO模块实现模拟或数字量采集及控制。
4.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的智能物联网关，其特征在于，其上的USB接口可直接连接USB设备，也可通过适配器扩展出以太网、串口、WIFI、蓝牙接口连接相应网络或设备，也可通过USB HUB扩展出多个USB接口。
5.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的智能物联网关，其特征在于，其上的串口可直接连接RS232接口设备，也可通过适配器扩展连接其他接口设备。
6.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的智能物联网关，其特征在于，可通过以太网接口连接以太网网络，从而连接以太网接口或相应转换接口设备，从而扩展设备连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810667195.3A CN108833269B (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 一种面向工业现场的智能物联网关 |
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