可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）是工业自动化领域的核心设备,其常用的工业现场总线协议多达数十种,各大PLC厂商也基本都有各自的总线协议,不同种类的PLC通信协议之间无法兼容适配。同时,随着越来越多的PLC接入互联网,网络带宽浪费和数据传输不安全的问题愈发明显。针对上述问题,本文设计了一种面向PLC的多协议工业网关,主要的研究内容如下:（1）通过分析工业4.0环境下PLC数据采集的发展现状,设计了一种面向PLC的多协议工业网关,以实现不同种类PLC的数据采集与转发;根据工业数据处理需求设计并搭建了网关的软硬件平台:硬件平台包括主控芯片的接口规划与扩展模块的电路设计;软件平台包括Open Wrt系统的内核裁剪、网卡驱动的移植以及设备树的修改。（2）针对不同种类的PLC通信协议之间不能兼容适配的问题,根据软件模块化的思想,设计了网关的数据采集模块:根据多任务并行处理需求,设计了网关的多线程工作模式,并对具体线程进行了规划;根据现阶段PLC的通信接口要求,设计了网关的网口和串口函数,由此构成了网关的基本采集逻辑和架构;以Modbus、AB CIP、S7这三种PLC通信协议为例,对它们的通信步骤和协议框架进行了具体分析,以此总结出了PLC通信协议的分析和扩展方法,并根据主流PLC的轮询式通讯模式,设计了PLC通信协议库的调用框架,实现了网关与不同种类PLC之间的通信;根据服务器的数据处理需求,设计了网关的协议转换模型,对PLC对象数据进行地址映射,将不同种类的PLC通信协议数据转换成统一的消息格式进行转发,便于服务器统一调用。（3）针对现阶段网络带宽浪费和数据传输不安全的问题,根据软件模块化的思想,设计了网关的数据转发模块:基于消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport,MQTT）设计了网关的云交互协议体系;通过分析不同种类的PLC通信协议指令构成,以MQTT为框架,设计了一种用于网关结合上位机软件采集终端PLC数据的应用层规范—异构协议,从而提供一种代替Java Script对象简谱（Java Script Object Notation,JSON）的面向工业PLC通信协议的统一数据格式规范;根据PLC数据的读写需求设计了九种MQTT消息主题,并结合异构协议设计了消息转发的具体逻辑;针对工业环境下数据转发的安全性需求,设计了基于国密SM4的加密通信模块:实验对比表明,SM4算法加解密同一段明文所花费的时间是AES算法的43.2%,效率更高。（4）对所设计的网关进行了测试与分析:搭建了软件开发环境并在x86 Linux主机上部署了EMQ服务器,作为MQTT的消息代理;设计了一种基于MQTT通信的上位机软件,通过对应的MQTT消息主题以及消息转发逻辑对网关进行远程配置管理;进行了PLC—网关—上位机软件之间的双向通信测试,实验结果表明三者之间可以正常通信,该网关对于所测试的五种PLC机型具有很好的连通性;进行了异构协议流量测试,实验对比表明,采用异构协议格式的报文相比JSON格式节省了73%～75%的流量。