數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本原理/實(shí)現(xiàn)方式/應(yīng)用

在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用以PLC為主要節(jié)點(diǎn)的控制、通信網(wǎng)絡(luò)，常用的是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議；同時(shí)在企業(yè)的管理經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)一般采用計(jì)算機(jī)為主要節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)，以TCP/IP協(xié)議為主，如何實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，打通不同通信協(xié)議間的數(shù)據(jù)通路，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，如生產(chǎn)指示快速下達(dá)和生產(chǎn)狀態(tài)的快速發(fā)布，從而提升企業(yè)管理生產(chǎn)效率，是數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)出現(xiàn)和發(fā)展的客觀(guān)要求。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本原理

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的作用就是連接不同的通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，所以首先要對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行物理連接，在物理連接的基礎(chǔ)上，再根據(jù)不同系統(tǒng)的通信協(xié)議，利用協(xié)議允許的接口進(jìn)行軟件連接，通過(guò)數(shù)據(jù)接收、提取、發(fā)送的過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式

根據(jù)上文所述數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本原理可知，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)需要的兩個(gè)要素：接口和數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)的豐富的接口選擇和強(qiáng)大的計(jì)算能力恰好為此提供了條件，一臺(tái)具備相應(yīng)接口的，安裝了相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)，就是一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)。

現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式中典型的代表就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)工控機(jī)），生產(chǎn)廠(chǎng)商將各種接口進(jìn)行模塊（卡）化設(shè)計(jì)，將其與通用的計(jì)算機(jī)主機(jī)模塊結(jié)合，就實(shí)現(xiàn)了通用計(jì)算機(jī)接入特定通信系統(tǒng)的目的，客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)時(shí)根據(jù)需要選擇接口模塊（卡）和滿(mǎn)足處理能力的通用計(jì)算機(jī)主機(jī)就可以方便的搭建出數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上再開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)處理軟件，就能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本功能是進(jìn)行不同通信協(xié)議間內(nèi)容的翻譯轉(zhuǎn)換，但是對(duì)這個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)如何進(jìn)行處理，或者如何使用這些數(shù)據(jù)，決定了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用。根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)處理方式的不同，可將數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)分成普通數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)兩種。

1、普通數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

該型數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)以數(shù)據(jù)傳輸功能為主，對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，如有效性過(guò)濾、存儲(chǔ)、重新組織等。典型的應(yīng)用是控制系統(tǒng)中的操作上位機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或者其它方式接入控制系統(tǒng)，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)（一般是TCP/IP協(xié)議）發(fā)送至操作員上位機(jī)，在控制畫(huà)面上顯示相應(yīng)狀態(tài)，同時(shí)又將上位機(jī)發(fā)出的操作指令發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)PLC等控制器，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信系統(tǒng)與人工操作通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連通。在這個(gè)典型中難以找到具體的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)際上是由操作上位機(jī)集成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能，充當(dāng)了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的角色。除此以外，本世紀(jì)開(kāi)始廣泛應(yīng)用的ERP、MES、ASP等先進(jìn)的管理系統(tǒng)，與生產(chǎn)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息互通，這需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等，就更加需要使用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)作為主要的信息橋梁和中轉(zhuǎn)站。

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以保存長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程分析和質(zhì)量追溯。

（2）生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)、發(fā)布。管理者可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高效的制定生產(chǎn)計(jì)劃；營(yíng)銷(xiāo)人員可以及時(shí)的跟蹤訂單生產(chǎn)，反饋客戶(hù)。

（3）生產(chǎn)指令的快速下達(dá)。MES、ERP等生產(chǎn)計(jì)劃信息可以快速的下發(fā)到生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)訂單的快速響應(yīng)，縮短交貨時(shí)間。

（4）增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。全線(xiàn)操作站聯(lián)網(wǎng)，每個(gè)操作站都可以了解全線(xiàn)的生產(chǎn)情況，且互相備用，必要時(shí)可以互相替代操作。

（5）提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。方便增加過(guò)程控制、智能控制等專(zhuān)用計(jì)算設(shè)備，彌補(bǔ)普通PLC不具備的智能計(jì)算、大數(shù)據(jù)量計(jì)算等功能，使生產(chǎn)更加精細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。

2、專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

與普通型相比，該型不僅具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本功能，大的特點(diǎn)是將其它高級(jí)的功能也進(jìn)行了集成，構(gòu)成了基于數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)的專(zhuān)用設(shè)備，目前主要有以下幾種：

（1）信息發(fā)布數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)該型數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)集成了web發(fā)布功能，通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)接口直接接入internet，方便用戶(hù)在任何地方通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲得實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。為了保證正常生產(chǎn)不被干擾，可以通過(guò)硬件或軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離，保證數(shù)據(jù)流為單向，如采用硬件隔離技術(shù)可以做到完全隔離。

（2）過(guò)程控制數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)該型除了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)基本功能，主要功能是數(shù)據(jù)計(jì)算，主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)特別是單一復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行高級(jí)控制，彌補(bǔ)PLC等現(xiàn)場(chǎng)控制器對(duì)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)調(diào)用、復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)困難等功能上的不足，從而提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

（3）信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)該型主要功能是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在本地建立數(shù)據(jù)庫(kù)，將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，并具備多種組織和查詢(xún)接口，以方便進(jìn)行生產(chǎn)流程優(yōu)化和質(zhì)量追溯。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與最新信息技術(shù)的融合

新的信息技術(shù)如云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的出現(xiàn)大都基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，而數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的連通不同通信網(wǎng)絡(luò)的特性恰恰為這些新技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供了支撐。

1、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與云計(jì)算

通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送給企業(yè)研發(fā)、質(zhì)量中心，甚至專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析中心，利用“外腦”強(qiáng)大的計(jì)算能力和信息資源，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位、深層次的分析，進(jìn)而得到更高效的生產(chǎn)工藝參數(shù)指導(dǎo)，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程。在僅投入少量硬件的條件下，就具備了獲得專(zhuān)業(yè)海量數(shù)據(jù)分析計(jì)算的能力，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效益的兼顧。

2、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與移動(dòng)互聯(lián)終端

通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至企業(yè)決策者的移動(dòng)互聯(lián)終端，使之可以隨時(shí)根據(jù)市場(chǎng)變化制定生產(chǎn)策略，實(shí)現(xiàn)效益大化；將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至外地銷(xiāo)售經(jīng)理的移動(dòng)互聯(lián)終端，使之可以隨時(shí)跟蹤訂單情況，反饋客戶(hù)，并可以隨時(shí)將新的客戶(hù)需求傳達(dá)到生產(chǎn)線(xiàn)，及時(shí)優(yōu)化訂單計(jì)劃，達(dá)到降低生產(chǎn)成本，縮短交貨周期的效果。

3、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，將生產(chǎn)線(xiàn)狀態(tài)與原材料、輔助材料、成品等物流信息整合，整體分析各個(gè)流程，確定佳調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，實(shí)現(xiàn)即時(shí)生產(chǎn)、減少中間環(huán)節(jié)、降低庫(kù)存、節(jié)約物流成本的目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)智能感知、射頻識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)的主要目的在于使具有射頻技術(shù)、紅外傳感技術(shù)或其他具有感知能力的新型傳感設(shè)備，能夠無(wú)縫的融入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息交換，和進(jìn)一步的智能識(shí)別、監(jiān)控管理。

在物聯(lián)網(wǎng)的信息感知領(lǐng)域中，由于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景具有特殊性，其一般應(yīng)用于局部區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)與網(wǎng)之間本身無(wú)法通信，也不適合于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸，這使得傳感設(shè)備節(jié)點(diǎn)形成了一個(gè)個(gè)信息孤島，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的全面互聯(lián)互通、協(xié)同感知。此外，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的感知技術(shù)種類(lèi)繁多，采用不同的通信協(xié)議，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，作為一個(gè)新的名詞，在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)扮演非常重要的角色，它將成為連接無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶，完成無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)、傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)以及其它不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)局域和廣域的數(shù)據(jù)互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

從功能上講，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或者說(shuō)智能網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)功能：

感知網(wǎng)絡(luò)接入的能力。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)首先是具有對(duì)各節(jié)點(diǎn)屬性、狀態(tài)等信息的獲取功能，即可以感知各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。其次是具有對(duì)節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制、喚醒、診斷等功能，即實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)化管理。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通的能力。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)接入必然存在跨域通信的要求，因此需要完善的尋址技術(shù)，以確保所有節(jié)點(diǎn)的信息都能被準(zhǔn)確、高效、安全地進(jìn)行定位和查詢(xún)。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)地址的數(shù)量會(huì)逐漸增大，且其編碼結(jié)構(gòu)與DNS中的域名結(jié)構(gòu)不同，因此需要有一套與互聯(lián)網(wǎng)不同的尋址技術(shù)以滿(mǎn)足需求。
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