文/陈晓芳　蔡小庆　鲁小利

在PLC 自动化系统中，自动化仪表和设备种类繁多，通信方式多种多样，为了实现不同通信方式设备之间的互通互联，可根据企业实际情况选用或自行开发专用网关，但是专用网关不能重复使用，往往导致多次开发，这就会造成大量人力、物力、财力的浪费，并增加设备成本，为此，有必要建立基于多协议网关的连接，实现PLC 系统之间稳定可靠的点对点通讯连接。本文主要对信息系统的多协议网关在PLC 自动化系统中的应用做出了探讨，以供参考。

【关键词】PLC 自动化系统 信息系统 多协议网关 系统网络结构

随着科学技术的发展， 西门子系列的PLC 自动化系统在我国工业生产领域中得到了广泛应用，当前，在同一企业或工厂中，不同部门、车间使用不同品牌的PLC 自动化设备的现象非常普遍，通信方式多种多样，而也正是由于采用了不同通信协议，不同企业或工厂进行PLC 通信时就面临着协议转换的问题。另外，随着时间推移和企业生产规模的扩张，一些PLC 系统已无法满足企业生产需要，所以有必要进行系统升级，然而，为了不对某些生产环境下的连续生产工作带来影响，只能按分步骤、分级方式完成系统替换，在替换过程中，PLC 新老设备之间能否顺利完成点对点连接则是系统升级中面临的关键问题。本文提出了一种可供二次开发的多协议网关，并对如何应用多协议网关简单、高效地完成各种不同通信设备的互通互联进行了探讨。

1 多协议网关的作用

多协议网关又称协议转化器，在传输层上以实现网络互联，是最复杂的网络互联设备，通常在使用不同协议、数据格式或语言、体系结构的网络区域或通信设备间做协议转换，同时实现互操作，进而达到系统需求，简言之，多协议网关就是为了保证大家同在一个网络的IP。多协议网关是美国Woodhead 公司的一款工业自动化产品，是可配置、外置型的智能网关，是充当转换重任的计算机系统或设备，支持Serial、Profibus 和Ethernet TCP/IP。多协议网关在物理层以及数据连接层可以通过简单的配置实现其支持的比如Ethernet TCP/IP 的众多以太网通信协议之间的相互转换，在进行转换过程中，无需编写额外协议转换程序，也无需定制特殊通信电缆。

2 方案的提出

以某企业为例，该企业的自动化仓库主要负责企业产品的中转和储运，是保证整个生产能够顺利进行的重要环节，主要采用先进的计算机网络监控方案，将整个生产过程分成了3 级进行管理，其中，第三级为计算机管理级别，是整个中控室系统的大脑，采用了高端PLC 产品，主要负责生产任务的设定和管理、生产数据的维护、数据库管理和维护、监控状态显示等。然而由于在中控室系统采用的是没有内置与S7—200 通信协议的组态软件，组态软件启动了冗余功能，如何读取工作现场堆取料机的信号就成了亟需解决的问题。通过上述，可使用多协议网关将S7—200的工业以太网转换为EthernetIP， 这个时候ContorlLogix 控制器就可读取堆取料机的信号。组态软件支持EthernetIP 与ContorlLogix 系统直接通信，不会影响组态软件的冗余切换。该方案不仅能够满足各PLC 自动化系统之间协议的转换和通信，还能够有效避免系统之间互为冗余，实现对堆取料机信号的正常读取。3 项目实施中的关键问题

3.1 系统网络结构

作为Woodhead 公司的成熟产品，多协议网关专门应用于不同PLC 自动化系统之间的互通互联，实现不同厂商、不同企业之间通信协议的转换。系统网络结构主要包括中控室监控系统（工程师站、冗余服务器、操作员站）、多协议网关、ContorlLogix 控制器、堆取料机四个部分。其中，中控室监控系统通过EthernetIP 与控制器进行系统通信，控制器通过EthernetIP 与多协议网关进行通信，实现协议转换，并通过工业以太网与堆取料机通信，读写堆取料机的信号，最终实现中控室对现场作业全过程的监控。

该系统网络具有以下特点：实现了模块化机制，各模块之间不会有太多交叉点，方便用户的选择和组合使用；各个模块具有较强的独立性，能够保证PLC系统之间通信的稳定可靠；底层接口软件的设计中，以太网、串口等驱动都是字符设备驱动，应用该系统时无需关心底层设计原理，只需要使用提供的接口就能完成应用层的工作。

3.2 系统调试

首先，在编程软件中创建新标签，并将这些标签以组数的方式存放，比如创建新的标签AAA，类型为INT[4]，那么在创建之后可使用新标签作为与多协议网关通信的存储区，在新标签AAA 创建后，多协议网关不能对其进行直接读取，需要将标签映射，若将文件号改为3，那么映射为N3 变量，以此推类进行其他映射。之后在ContorlLogix 系统中下载修改后的编程软件程序，若ContorlLogix 系统中的变量名为AAA[0].0，则映射后对应的变量名即在多协议网关中使用的变量名为N3：0/1，若ContorlLogix 系统中的变量若为AAA[0].1，则映射后对应的变量名即在多协议网关中使用的变量名为N3：0/2，以此推类。在西门子系列的PLC 系统中配置Server 模式，设置以太网模块槽号，在多协议网关的配置软件中添加Equipment，并在console 控制接口中添加读写cyclic，此时可实现ContorlLogix 控制器与堆取料机的信号转换。ContorlLogix 系统中的数据类型与堆取料机S7—200 的数据类型不同，所以在调试过程中务必要考虑此问题，以达到加快调试进度的目的，在创建变量INT[4] 的基础上，可使用ContorlLogix 系统中的数据类型BOOL 型变量与S7 通信。

3.3 系统测试

为了保证系统工作的可靠性和稳定性，在完成系统配置之后，需要由相关人员进行测试，使系统能够正常运行，满足用户使用需求，进而实现中控室对堆取料机工作状态的全程监控。为了能够真实测试出通讯效果，在测试时间方面，可定为每天8 小时，每周五5 天不间断地进行大数据量的数据读取，这样以工作强度完全超过系统的实际工作状况的方式，若在测试中系统满足了数据读取要求，说明在实际工作状态下可以满足工作需求。在测试过程中，要实时监控数据块中数据的变化过程，若数据没有出现丢失、中断或错误的情况，则实现了设计要求。测试结果表明，信息系统的多协议网关作为一种智能通讯网关，在PLC 自动化系统中的应用具有明显优势作用，不仅大大降低了PLC 系统的通讯编程负担，释放了更多CPU的资源，还能使PLC系统完成更多的控制工作，另外，应用多协议网关，PLC 系统的通讯网络结构更简单，既可以实现各种系统之间点对点、一点对多点、多点对多点的通讯，还使系统网络功能的划分更加合理，大大提高了PLC 自动化系统运行的可靠性和稳定性，这对于工业企业的正常生产和运营具有重要现实意义。

4 结语

本文主要分析了PLC 自动化系统中信息系统的多协议网关的应用。目前，多协议网关已应用于PLC 自动化控制系统中，并解决了不同通讯设备之间的协议转换问题，能够实现中控室对企业PLC 自动化系统的有效监控，另外，当解决新老设备之间不兼容所造成的通讯问题时，可考虑采用多协议网关，即建立新老设备之间通讯连接方式，能够实现老系统的平滑升级，这对于保证应用现场实际运行期间系统工作的可靠性和稳定性具有重要意义。

参考文献

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作者单位

燕京理工学院 河北省三河市 065201