工业协议网关正面图（1）
工业协议网关的工作原理是利用自身嵌入的协议软件栈,解析识别现场总线上传来的串行通信数据,例如Modbus、Profibus等工业协议编码的命令或数据帧。然后通过规约转换及逻辑运算算法,将其翻译转化为工控系统所用的通信协议,例如以太网协议、PROFINET协议等。这样就实现了下位现场级网络与上位企业级网络之间的桥接与数据通透,使异构系统得以高效地交互,是自动化系统不可缺少的关键核心部件。
目前应用于工业领域的主要通信协议标准有Modbus、Profibus、EtherNet/IP、CC-Link、EtherCage等。Modbus通信速率低但支持设备广泛;Profibus速度快,适合高实时控制场合;EtherNet/IP基于以太网技术,集成了控制和信息功能。这些协议各有特点,工业协议网关需要支持多种协议转换,才能适应面向工业物联网的应用需求。
工业协议网关广泛应用于工业自动化监控、机器人技术、智能传感、开关控制、安全防护、工业驱动等场合的设备互联互通中。利用工业网关设备,可以将采集到的状态数据转换输送给监控系统,实现对工业过程的监测管理。还可以将设定的控制参数和指令在不同系统之间传递,完成过程控制优化。
工业协议网关背面图（2）
目前的工业协议网关主要品牌和产品包括由西门子、ABB、洛克维尔等品牌商提供的支持多种工业协议互联的硬件式网关产品组合;软件式的以太网/IP协议网关;集成物联网协议与工业协议转换的工业物联网网关等。随着工业互联网和工业4.0的快速推进,工控厂商正加速推出信息物理系统充分融合、支持更丰富协议及应用的新一代智能型工业网关设备。
工业协议网关未来的发展趋势是朝着边缘计算、功能模块化、智能化、信息物联一体的方向演进。工业网关将承载更多边缘解析、预处理数据的功能;模块化和标准化设计将增强其应用灵活性;嵌入式AI将使其实现过程自适应和故障预测等智能化;深度与信息系统集成则推动工业物联网架构的成熟。可以预见,智能工业网关将成为未来数字化工厂和产线的关键基石。
详细解释工业协议网关是如何进行协议转换的:
工业协议网关尺寸图（3）
工业现场的传感器或执行器使用特定的工业通信协议(比如Modbus),将采集到的数据以此协议编码成数据帧发送到工业网关
工业网关内嵌有不同工业通信协议的软件协议栈。网关会调用相应协议的软件对获取到的数据帧进行解析,提取有效数据。
网关得到有效数据后,会根据事先配置的协议转换表把源协议的数据按照目标协议的格式进行封装。比如把Modbus协议的数据重新打包成Ethernet/IP协议的数据帧。
网关会通过自身的网络接口模块,使用目标协议规定的方法发送转换后新生成的数据帧。这些数据帧就可以通过工控系统支持的协议进行识别和解析了。
对于工控系统发送的控制命令,工业网关也会进行逆向的协议转换,最终将不同系统的指令正确地交付给现场设备,完成控制动作。
所以简而言之,工业协议网关之所以能够桥接不同系统之间的通信,是因为它同时支持多种协议,并可以在这些协议之间进行双向的数据转换和封装,确保端到端的连接与控制。这是工业网关的核心功能所在。
