选择协议转换网关

想象一下糖果店:有数百种口味和组合，包括巧克力麦芽球，花生酱/巧克力糖果棒，橙子/葡萄软糖——几乎任何你能想到的糖果或甜食的组合。有一些看起来一样，但来自不同的制造商。然而，每一种糖果虽然有不同种类的相似口味，但从品牌识别到味道，都有自己独特的身份。有些比其他的甜，而另一些可能有苦味。许多看起来可以满足你对甜食的渴望，但仔细观察，只有少数适合你。

糖果店和工业自动化有什么关系?就像糖果店中有大量的选择一样，许多不同的制造商也有大量的协议转换选择。本文将探讨的一系列网关包括提供不同通信方法的网关、对大数据应用程序的支持、具有客户机和/或服务器配置的网关以及具有主或从功能的网关。此外，网关可以通过基于web的平台进行配置，也可以使用单独的软件。

选择使用网关还是机箱内模块取决于:

• 您需要接口哪些协议
• 您希望投入多少集成时间
• 需要连接的网络是否靠近PLC/PAC
• 您需要向PLC/PAC发送多少数据
• 成本。

通常情况下，网关可以比机箱内的同类产品更便宜，但提供较少的PLC/PAC集成功能。

在工业控制应用中，plc / pac通常需要与许多不同的设备通信。无论OEM是否向您发送了一件新设备，而PLC/PAC与您生产线的其他部件不是同一家供应商生产的，或者您需要连接到您最喜欢的驱动器、电源监控器、流量设备或不与PLC/PAC通信的执行阀，都需要一个网关。有许多控制设备提供您想要或需要的特定功能，并且通常不在您所选择的PLC/PAC供应商的本地网络上。

应用场景

工业网关设计用于将控制系统数据从一种协议传递到另一种协议。有数百种不同的协议可用，例如Modbus、PROFIBUS、EtherNet/IP、DNP3和IEC 61850，仅举几例(参见图1)。正如有数百种不同的协议一样，也有许多不同的网关规范。这些特性包括提供多个I/O连接以实现实时数据传输，以及能够传递数千字的数据。

不同的应用对网关有不同的要求。注意事项包括:

• 我需要与什么类型的设备通信?
• 我的设备是主设备还是从设备，还是客户端还是服务器设备?
• 我需要传输多少数据?
• 我需要多快得到这些数据?
• 可用的诊断方法是什么?是否容易获得这些诊断方法?
• 我可以在PLC/PAC标签中查看它们，以便在操作员终端上显示它们吗?
• 如果我需要与许多服务器设备通信，网关是否支持多个客户端，如果是，有多少?
• 如果网关发生故障，恢复有效配置是否容易?

对网关的特殊需求的一个例子是在能源行业。能源行业使用IEC 61850、DNP3、Modbus TCP/IP或IEC 60870-5-104等协议，更新的IEC 61850在绿色领域应用中越来越普遍。能源行业需要特定类型的设备和特定的协议。随着plc / pac在这些应用中越来越流行，网关成为完成控制系统的必要条件。

IEC 61850协议在变电站自动化领域越来越受欢迎(见图2)。尽管世界上有许多变电站自动化协议，但IEC 61850是唯一一个提供标准化通信和集成方法的协议，该方法支持系统联网，以执行智能输配电保护、监控、自动化、计量和控制。IEC 61850的标准化使来自不同供应商的设备和系统得以集成，减轻了这些系统的配置和维护负担。该协议还满足了公用事业公司对系统长期可扩展性的要求。

用户可能希望使用PLC/PAC监控变电站智能电子设备(IED)，以获得诸如伏特、变压值、安培或变压器温度等信息。网关可用于将IEC 61850数据传输到PLC/PAC。一些网关供应商设计了他们的产品，提供与控制系统的首要集成，并可以从ied导入设备标签，并将它们发送到PAC标签数据库。这意味着用户不再需要手动输入标记名称，从而减少了停机时间和编程错误。

在将遗留的PLC系统逐步迁移到较新的PAC系统时，网关也很有用。例如，您可能需要升级一些遗留设备，例如位于旧网络上的驱动器或电子操作员终端，而新的替换单元仅在更新的协议中提供。如果没有网关，您将不得不将整个控制系统升级到使用新协议的控制系统。这将需要大量的停机时间，并将引入不能及时启动和运行新系统的风险。网关将允许更新的驱动器或电子操作终端升级，而不需要延长停机时间。当来自不同供应商的旧plc需要升级到不同供应商的PAC时，同样的解决方案也可以应用。可以部署网关，让新的PAC控制现有的远程I/O系统，再次最大限度地减少停机时间和风险。

酝酿一个网关解决方案

位于威尔士加的夫的Brains啤酒厂需要升级一些传统设备。啤酒厂使用网关将酵母处理过程中的传统PLC系统升级为新的PAC系统。通过使用网关，新的PAC能够通过以太网与现有的六个远程I/O机架进行通信。

IAC Engineering的Mike Cooper建议使用网关，他说:“调试时间大大缩短，因为现有的远程I/O卡和布线可以保留。”“只需要添加和调试处理器和软件，而不需要现场布线。”

如果没有网关系统，就需要一个新的I/O系统。此外，还必须安装一个新的I/O系统并进行布线。网关解决方案降低了项目成本，并允许PAC处理器与远程I/O卡通信。该网关有助于为工厂带来以太网和控制系统的灵活性。

配置和设置

网关配置和设置可能非常简单，也可能非常复杂，具体取决于协议和网关制造商。一些网关被设计为与特定的PLC供应商接口进行优化。根据所选单元的不同，网关可以具有不同的诊断级别。当设施考虑与网络设备故障相关的停机时间时，此功能可能非常重要。

有些网关充当客户端，从一台设备抓取数据并将其发送到另一台设备，而无需PLC/PAC的干预。通过这种类型的通信，PLC/PAC响应网关的请求，因为它有可用的时间，并且响应时间可以从一个请求到下一个请求。在某些应用中，这种性能可能是可以接受的。这种类型的网关不需要PLC/PAC配置，对PLC/PAC不可见。如果设备发生故障，PLC/PAC没有关于发生了什么问题的信息，可能需要延长停机时间来排除问题。使用I/O连接到PAC的网关集成到PAC配置环境中。它们支持实时数据传输，可以识别通信问题并相应地提醒运营商，从而减少计划外停机时间。网关充当服务器，并要求PLC/PAC向其发送消息，可以警告PLC/PAC网关已停止通话，并且与客户端模式存在相同的通信响应时间问题。

一些网关使用Web配置，这意味着配置不需要外部工具或软件。Web浏览器用于配置和监控网关。这可能是一些IT部门关心的问题，这取决于Web界面是如何设计的。其他网关使用单独的组态软件，有自己的一组挑战。

在选择网关时，一个重要的考虑因素是选择一个能够提供良好技术支持的供应商。拥有一个可靠的技术支持团队来协助配置、启动、调试和运行应该是网关选择的标准之一。

协议转换网关将在可预见的未来出现。它们填补了分布式网络应用程序或专注于低成本连接的原始设备制造商的空白。将继续有各种各样的网关连接选项，就像糖果店的糖果一样。

维克多·加西亚是ProSoft技术．肯·罗斯兰(Ken Roslan)是ProSoft Technology全球营销副总裁。

本文刊登在《应用自动化》杂志的增刊上控制工程和设备工程．

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