物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)是什么

　　在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)線的自動(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)，最常用的是現(xiàn)場(chǎng)總線協(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)展的客觀要求。

　　一、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)。

　　二、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)方式中最典型的代表就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))，生產(chǎn)廠商將各種接口進(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，客戶購(gòu)買(mǎi)時(shí)根據(jù)需要選擇接口模塊(卡)和滿足處理能力的通用計(jì)算機(jī)主機(jī)就可以方便地搭建出數(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。

　　三、應(yīng)用場(chǎng)景

　　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。最典型的應(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。

　　數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)用來(lái)連接生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)和生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，起到了數(shù)據(jù)中樞的作用。配置了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)就具備了以下功能：

　　(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)高效制定生產(chǎn)計(jì)劃;營(yíng)銷(xiāo)人員可以及時(shí)地跟蹤訂單生產(chǎn)，反饋客戶。

　　(3) 生產(chǎn)指令的快速下達(dá)。MES、ERP 等生產(chǎn)計(jì)劃信息可以快速地下發(fā)到生產(chǎn)線，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。全線操作站聯(lián)網(wǎng)，每個(gè)操作站都可以了解全線的生產(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，最大的特點(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)有線或者無(wú)線接口直接接入 internet，方便用戶在任何地方通過(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。

　　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接口，以方便進(jìn)行生產(chǎn)流程優(yōu)化和質(zhì)量追溯。

　　四、融合應(yīng)用

　　最新的信息技術(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)效益最大化;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，并可以隨時(shí)將新的客戶需求傳達(dá)到生產(chǎn)線，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，確定最佳調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，實(shí)現(xiàn)及時(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)縫地融入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息交換，和進(jìn)一步地智能識(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)線傳感網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶，完成無(wú)線傳感網(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，智能網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)功能：

　　①感知網(wǎng)絡(luò)接入的能力。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。

　?、诋悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)互通的能力。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。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)以滿足需求。

　?、弁ㄓ嵟c數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化。必須實(shí)現(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)到傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，將協(xié)議適配層上傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝，將廣域接入層下發(fā)的數(shù)據(jù)解包成標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)命令的解析，之后轉(zhuǎn)換為感知層協(xié)議可以識(shí)別的信號(hào)和控制指令。

　　簡(jiǎn)單地講，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要完成三個(gè)任務(wù)：首先，是收集傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù);其次，執(zhí)行數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換;最后，將協(xié)議轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)快速有效發(fā)送到公共網(wǎng)絡(luò)。除此以外，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)同時(shí)還具有響應(yīng)的管理和控制能力。

　　總之，一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和嵌入式技術(shù)的蓬勃發(fā)展，家用電子電器設(shè)備將越來(lái)越智能化；另一方面，隨著人們生活水平和質(zhì)量的提高，智能家居正備受關(guān)注，與此同時(shí)智能網(wǎng)關(guān)也將得到更大的發(fā)展，而且正在走向成熟。