面向PLC的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計

朱學虎

摘 要： 智能網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計在當今各個行業(yè)已經(jīng)如火如荼，其作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)，其擁有著舉足輕重的作用。文章主要闡述了關(guān)于工業(yè)應(yīng)用管理的一套基于DSP控制器面向工業(yè)PLC的現(xiàn)場監(jiān)控智能網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)關(guān)；工業(yè)PLC；通訊協(xié)議；接口

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0097-02

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段，它是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，依據(jù)工業(yè)4.0概念，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，加強信息管理和服務(wù)。清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)，及時正確的采集生產(chǎn)控制、狀態(tài)、圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)合理的生產(chǎn)計劃編排生產(chǎn)進度。由于我國的工業(yè)系統(tǒng)主要是以PLC為核心的控制系統(tǒng)，研制多PLC的智能網(wǎng)關(guān)，對我國的智能工業(yè)有重要意義。

1 工業(yè)智能網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓撲

智能網(wǎng)關(guān)拓補圖，如圖1所示，其主要描述了工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的在工業(yè)應(yīng)用中的實際所在的位置，其可以實時獲取在其下層的任意一套PLC的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。并將數(shù)據(jù)分析包裝上傳至上層路由器，而后被傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器，服務(wù)器上的應(yīng)用程序會實時處理傳輸來的PLC數(shù)據(jù)并加以反饋。同時服務(wù)器可以實時向指定設(shè)備發(fā)送控制指令，經(jīng)由路由器將數(shù)據(jù)分發(fā)到各路網(wǎng)關(guān)，而后各個網(wǎng)關(guān)會自行偵測此數(shù)據(jù)是否是其子層的PLC的數(shù)據(jù)。并將其分揀包裝轉(zhuǎn)化成MODBUS協(xié)議格式發(fā)送到指定的PLC控制系統(tǒng)。

2 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)軟件

對于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的任何系統(tǒng)不僅要求硬件達到一定的抗干擾級別，同時軟件的穩(wěn)定性和高效性也有著舉足輕重的作用。為使得軟件系統(tǒng)能與硬件系統(tǒng)達到完美的匹配，該系統(tǒng)采用了前后臺處理方式，同時在引入使用DMA[3]，并且犧牲了一定的時鐘速度的前提下，為該系統(tǒng)虛擬出一套6核處理器一般的性能，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，由于該系統(tǒng)主通道通訊吞吐量較大，故模擬傳統(tǒng)PC通訊中的隊列式FIFO數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)[4]，該系統(tǒng)的主通道默認容量高達20 KB，在配合于200 MHz的時鐘速度的主控DSP，完全可以勝任2.5 MB/s的主通道數(shù)據(jù)吞吐速度。對于四路子通道而言，各子通道吞吐速度也已高達

0.6 MB/s。子通道同樣采用與主通道同樣的隊列式FIFO的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)[5]。

系統(tǒng)啟動以后，會進行系統(tǒng)異常自檢，檢測各個通道通訊是否異常，隔離是否出現(xiàn)故障等。系統(tǒng)指示燈會根據(jù)預(yù)設(shè)的只是方式閃爍或者常亮。由于系統(tǒng)是前后臺模式，故在無通訊數(shù)據(jù)時有一定的循環(huán)周期，該系統(tǒng)經(jīng)測試得知系統(tǒng)的新任務(wù)最長響應(yīng)速度僅為4 ns。當主通道獲取新的數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)會在最慢4 ns之內(nèi)響應(yīng)，并對其進行解析，根據(jù)命令或者數(shù)據(jù)內(nèi)容將數(shù)據(jù)打包分派到指定通道，對應(yīng)通道上對應(yīng)的設(shè)備會再一定時間時候響應(yīng)該命令，并作出響應(yīng)的應(yīng)答，智能網(wǎng)關(guān)便會將應(yīng)答數(shù)據(jù)打包上傳到后臺服務(wù)器上[6]。當子設(shè)備在某一時刻有異常情況出現(xiàn)時，智能網(wǎng)關(guān)能夠?qū)崟r獲取上傳來的數(shù)據(jù)并將其打包上傳至服務(wù)器，等待服務(wù)器做出相應(yīng)的回復(fù)[7]，指示該設(shè)備應(yīng)該如何處理，系統(tǒng)軟件流程，如圖3所示。

3 性能測試與結(jié)論

該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)式智能網(wǎng)關(guān)性能對比，見表1。

作為物聯(lián)網(wǎng)時代的智能網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)，有其存在的必然性，對工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的研究也有其實際應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1] 蘇進.異步FIFO存儲器的設(shè)計[J].微電子學與固體電子學，2007，（3）.

[2] 蔣承延，吳思遠，陳波.基于無線傳感器的智能家居系統(tǒng)[J].微計算機信 息，2007，（5）.