面向工业自动化应用的智能网关设计.pdfVIP

系 统 解 决 方 案 翳 黪 面向工业 自动化应用的智能网关设计 张皓栋 ，王玉军 。饶晓红 (重庆川仪 自动化股份有限公司，重庆401121) 摘 要：基于FPGA平 台和 多路并行USB通信方式，提 出了一种面向工业 自动化应用的智能 网关设计方法。其可 以很好地满足工业现场大数据高速通信和供电要求，具有很好的应用价值 。 关键词 ：USB通信；FPGA；高速通信；工业 自动化；智能网关 0引言 存储设备，如U盘等。虽然应用形式很多，但是T业领 域的应用有 自己的特殊需求 ，存在一些可定制化要 USB(通用串行总线)以热插拔、高速、即插即用等 求，因此常见的这些形式不能满足工业过程 自动化及 优势应用越来越广泛 ，目前我们身边所有的电子设备 工厂 自动化领域的现场应用需求 都配有 USB接 口。在工业网络中，骨干网通讯链路 已 为此 ，提 出一种基于 FPGA的智能网关实现方 经开始使用以太网作为传输手段，但是网络底层设备 法。以太网已经在工业领域的上层通信中日益广泛使 的传输依然被 “最后一公里”的终端设备层访问速度 用。设计智能网关的 目的就是要将底层通信的USB仪 所制约。传统工业底层设备网络以现场总线、RS485 表设备和上层的以太网通信网络连接起来，如图 1所 等通信方式为主。虽然数字化能力得到提升 ，但是速 示。终端仪表通过 USB接 口连接到智能网关 ，智能网 率依然没有取得突破。同时，基于总线的通信方式采 关通过USB接 口给仪表供电，仪表开始运行，F1动传 用轮询机制，通信效率受到设备数量的影响较大。在 输 自己的关键特性数据给智能网关 ，智能网关根据仪 未来以数据为核心的产业背景下，设备智能化数据管 表特性数据 自动创建设备地址 、状态参数表 ：上层 以 理亟待高速率、高效率的通信支撑。本文以FPGA(现 太网网络通过网线与智能网关的以太网接 口连接 ：用 场可编程 门阵列 )平台技术为基础，融合民用领域的 户通过另一个网 口配置智能网关的运行方式和数据 USB通信技术，设计一种面向工业 自动化应用的智能 处理的机制，管理设备地址 ：用户配置完毕，智能网关 网关 ，以支撑设备的高速和高效通信。完备的USB通 自动根据用户配置的相关参数切换 内部执行流程 ．开 信包括主机和从机两部分 ，从机为支持USB通信的仪 始正常工作：当以太网网络有命令 向下端设备层发送 表设备 ，主机为本文设计的网关设备 时，智能网关根据内部参数进行命令编解码 ，读取网 1设计方案 关内部的设备地址表，通过 6个USB口向下发送 ：每 个仪表返回的数据同时进入 内部缓冲区，以供给核心 USB通信虽然受限于传输距离短 ，但是可以应用 处理层处理 ：核心处理访问处理完数据 ，重新加丁数 于工业现场的机柜中，不但插接线方便而且可以提高 据 ，然后发回到以太网网络 仪表的通信速率 。另外还可 以给仪表设备供 电，简化 设备的电源单元。 目前 ，在民用产品领域，大多采用