李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定201801

摘 要：通信管理機(jī)是企業(yè)自動(dòng)化和信息化中實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備和系統(tǒng)互聯(lián)與集成的重要設(shè)備，在企業(yè)通信管理機(jī)中應(yīng)用嵌入式技術(shù)能有效解決通訊方式和通訊協(xié)議多樣化問題，有利于提高系統(tǒng)的互聯(lián)集成能力，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文就基于嵌入式技術(shù)的通信管理機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了探討，具有一定理論價(jià)值與技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：通信管理機(jī)  工業(yè)自動(dòng)化  嵌入式技術(shù)  系統(tǒng)集成 

1 概述

在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，涉及大量設(shè)備、系統(tǒng)的互聯(lián)和集成，由于工業(yè)領(lǐng)域沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)配套廠家均按各自的方式對(duì)通信接口與規(guī)約進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致不同設(shè)備、不同系統(tǒng)間，往往采用了不同的通信標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，通訊方式混亂復(fù)雜，彼此之間難以兼容，這就給系統(tǒng)集成造成了巨大的困擾。在工業(yè)應(yīng)用中需要投入大量工程技術(shù)人員，耗費(fèi)大量時(shí)間和精力來解決異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)通信問題，降低了設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性，極容易因?yàn)橐恍┡既灰蛩囟斐上到y(tǒng)崩潰甚至滋生重大風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和信息系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建起更為安全可靠的通信管理系統(tǒng)，對(duì)提升工業(yè)通信控制水平極為重要。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，有效地提升了系統(tǒng)的功能拓展能力和可靠性，能極大地提升工業(yè)信息的集成能力，在工業(yè)通信管理機(jī)中有高的應(yīng)用價(jià)值。

2 嵌入式技術(shù)簡(jiǎn)介

嵌入式技術(shù)是應(yīng)用專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為裝置或設(shè)備的一部分，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)。利用嵌入式技術(shù)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，能有效地提高系統(tǒng)應(yīng)用效率，去除系統(tǒng)冗余，更好地針對(duì)系統(tǒng)用戶的具體需求提供理想的性能和功能，是一種技術(shù)密集、高度分散，充分融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)比較適合于對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性、多任務(wù)性、成本、體積以及功耗綜合指標(biāo)要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合。其應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來的特點(diǎn)如下：第一，嵌入式系統(tǒng)具有技術(shù)密集、不斷創(chuàng)新以及起點(diǎn)高等特點(diǎn)，是一種知識(shí)集成性系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)的升級(jí)換代與具體產(chǎn)品是同步進(jìn)行的，因此其生命周期較長(zhǎng)；第二，嵌入式系統(tǒng)中的軟件與硬件都要有高效率的設(shè)計(jì)，去除冗余，并在同樣資源基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)更高性能。其中，硬件系統(tǒng)多是為特定的用戶群進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它可以將計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的眾多任務(wù)集成于主板之上。從結(jié)構(gòu)形式上來看，它具有功耗低、電子存儲(chǔ)、無風(fēng)扇、體積小、抗干擾性強(qiáng)、集成度高以及安裝便捷等特點(diǎn)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，目前嵌入式系統(tǒng)在任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、信息傳輸?shù)确矫娴男阅芏加辛撕艽蟮奶岣?，并具有?qiáng)大的功能拓展能力，具有高的適應(yīng)性。

3 通信管理機(jī)應(yīng)用分析

在目前工業(yè)通信體系中，通常包括監(jiān)控系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€(gè)體系。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，需要對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化體系內(nèi)處于分散狀態(tài)的生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和統(tǒng)計(jì)管理，工業(yè)通信系統(tǒng)承擔(dān)著極為重要的責(zé)任，綜合了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等多個(gè)方面的技術(shù)，形成了一個(gè)覆蓋工業(yè)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合系統(tǒng)，而其中遠(yuǎn)距離的人機(jī)信息交互是這一系統(tǒng)的核心需求，以滿足包括如遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙信等遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的需要。此外，工業(yè)通信體系中，涉及大量智能設(shè)備，包括如變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)、線路保護(hù)、自動(dòng)控制、智能操控、電力儀表、馬達(dá)保護(hù)等設(shè)備，這些設(shè)備處于工業(yè)通信系統(tǒng)中，使得工業(yè)通信系統(tǒng)內(nèi)部存在大量的數(shù)據(jù)通信，以滿足各子系統(tǒng)內(nèi)部及子系統(tǒng)之間的信息傳輸與信息共享需要，因此實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)的共聯(lián)互通極為重要。但目前，由于數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化還不夠完善，并沒形成統(tǒng)一、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，造成工業(yè)通信體系的共聯(lián)互通中存在大量規(guī)約轉(zhuǎn)換問題，既增加了人力物力的耗費(fèi)，又降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4 通信管理機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)

 通信管理機(jī)是工業(yè)通信系統(tǒng)中的主單元，通常位于通信系統(tǒng)主控層，用以完成各個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)之間的信息交換工作，實(shí)際上是對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)備、系統(tǒng)多樣復(fù)雜，各類通信協(xié)議、通信接口摻雜于整個(gè)系統(tǒng)之中，為了使設(shè)備、系統(tǒng)之間的信息交換工作得到良好的保障，通信管理機(jī)應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)大的通信能力，以適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)中不同通信接口、通信方式、通信協(xié)議之間的協(xié)調(diào)集成工作，疏通系統(tǒng)中的信息交換障礙。因此，在做通信管理機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了需要考慮管理機(jī)平臺(tái)的性能和穩(wěn)定性之外，還需要考慮以下幾個(gè)因素：

通信功能：作為一個(gè)中間設(shè)備，承上啟下，需要與各種工業(yè)自動(dòng)化裝置進(jìn)行連接，而各個(gè)設(shè)備可能會(huì)是不同的通訊規(guī)約，因此通信管理機(jī)必須能夠同時(shí)滿足與不同規(guī)約的設(shè)備進(jìn)行通訊。由于嵌入式系統(tǒng)主要采用的是進(jìn)程方式的通訊模式，各進(jìn)程之間是相互獨(dú)立的，并且通訊進(jìn)程和管理進(jìn)程之間是嚴(yán)格按照統(tǒng)一接口方式實(shí)施通訊。因此，通信管理機(jī)可以多個(gè)通訊接口接不同通訊規(guī)約的設(shè)備，并使每一個(gè)通訊接口集中關(guān)注于通訊規(guī)約解析，不用關(guān)注其它通道類型，從而減少了工作過程中出現(xiàn)問題的可能性；

數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、合并與整理：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)主要是指依據(jù)裝置層傳送的信息，嚴(yán)格按照預(yù)定的通訊方式與協(xié)議，將相關(guān)信息過濾后上傳至監(jiān)控中心，從而完成信息的匯總和篩選。數(shù)據(jù)合并主要是根據(jù)實(shí)際需要將具有共性或者工程需求的告警信息，合并以后上傳至監(jiān)控中心；數(shù)據(jù)的整定主要是根據(jù)實(shí)際需要，將遙測(cè)類型的信息嚴(yán)格按照特定系數(shù)和格式整理以后上傳至監(jiān)控中心。

性能與預(yù)算的平衡：作為一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備，通信管理機(jī)的性能與價(jià)格的平衡很大程度能夠影響方案整體性能表現(xiàn)的重要因素；

多重網(wǎng)絡(luò)功能：用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況配置不同的網(wǎng)絡(luò)接口，組成用戶需要的多種組網(wǎng)方式；

安科瑞憑借多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累，提供在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的通信管理機(jī)解決方案。ANet通信管理機(jī)采用了目前更流行的基于ARM架構(gòu)的嵌入式Linux平臺(tái)方案，具備高性價(jià)比和較高的集成度。

ANet-2E4SM模塊化通信管理機(jī)將傳統(tǒng)管理機(jī)的接口拆分成可拼裝搭配的模塊，其中主模塊可作為標(biāo)準(zhǔn)智能通信管理機(jī)獨(dú)立工作，主模塊搭配從模塊可靈活擴(kuò)展，能增加更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)還可提供邊緣計(jì)算等需求。

該方案采用NXP Cortex－A7的ARM處理器，以先進(jìn)的電源管理架構(gòu)達(dá)到更低的功耗。標(biāo)配256MB DDR3和256M電子硬盤，通過嚴(yán)格EMC和高低溫測(cè)試，確保在嚴(yán)酷的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下穩(wěn)定工作。具有豐富的硬件接口，存儲(chǔ)方面支持USB以及TF卡接口，可擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，能保證長(zhǎng)時(shí)間的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，完整的報(bào)警記錄、日志記錄存儲(chǔ)。通訊方面支持RS485、Lora、RJ45以太網(wǎng)口、4G等接口，容易擴(kuò)展，可以對(duì)眾多設(shè)備同時(shí)進(jìn)行管理。

在通訊規(guī)約方面，經(jīng)過不斷的開發(fā)擴(kuò)展，目前采集協(xié)議支持ModbusRtu/TCP、DL/T645-1997/2007、DL/T698.45-2017、CJT188-2004、IEC103/104、OPC UA、BACNET、

西門子 S7 協(xié)議等。轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議支持ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、DGJ08-2068-2012 上海建筑能耗、DGJ32/TJ111-2010 江蘇建筑能耗、杭州等地省市能耗、寧夏電力需求側(cè)、華云 104 協(xié)議、SNMP、MQTT 協(xié)議、OPC UA、IEC 61850、Q/GDW 376.1 等。

從實(shí)踐來看，ANet通信管理機(jī)可以將那些分散在工廠各變電所、生產(chǎn)車間中的類型不同、規(guī)約各異的智能設(shè)備，通過總線與通信管理機(jī)有效連接，并將采集到的信息通過匯總，上送至工業(yè)企業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與管理，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)重要參數(shù)的實(shí)時(shí)報(bào)警以及相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。 

5 典型案例

6 結(jié)語

隨著工業(yè)化和信息化進(jìn)程的不斷加快，工業(yè)生產(chǎn)中的通信管理機(jī)的應(yīng)用范圍將越來越廣。信息技術(shù)的不斷提高為工業(yè)通信管理機(jī)的應(yīng)用帶來了新的發(fā)展契機(jī)，未來的發(fā)展方向是接口的多樣性、網(wǎng)絡(luò)化和集成化。工業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，各種現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)也呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)，需要能夠兼容和支持多種模式的系統(tǒng)出現(xiàn)，信息技術(shù)的提高為支持多種接口的模式準(zhǔn)備好了條件。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的信息化發(fā)展提供了技術(shù)支撐，因此必將成為嵌入式工業(yè)通信管理機(jī)未來發(fā)展的重要方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬澤海. 嵌入式技術(shù)的工業(yè)通信管理機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用[J]. 中國管理信息化, 2014(10):2.

[2] 段德功, 丁瑩亮. 基于嵌入式技術(shù)的工業(yè)通信管理機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用[J]. 軟件, 2012, 33(6):3.

作者簡(jiǎn)介：李婧婧 ，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智能通信管理機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用。