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数据协议处理、视频协议处理、电气IO量处理、嵌入式SCADA系统工业控制网关设计

原创 人工智能 作者:BananaPi开源硬件 时间:2021-04-20 17:19:05 0 删除 编辑

设计介绍

国内外首创的同时连接近百台现场电气/物联网设备/视频前端设备的大型智能网关,集协议转换、视频接入传输/控制、电气IO量采集控制、嵌入式SCADA系统四大功能为一体,与控制中心形成统一的数据/视频通道,具备边缘计算功能;彻底消除长期以来视频监控独立于数据监控之外,并被视频厂家昂贵的整体方案绑架的痼疾和痛点,能够取代现场X86+Windows架构的计算机监控计算机系统,具有最佳的性价比。 丰富的协议库,即插即连,极大提高现场接入效率;工业级的品质,保证在现场长期稳定运行;体积小、安装方式多样,价格低廉,适用于大规模的分布式现场应用部署

Industrial control gateway 1.jpg

设计特色

  • 数据协议处理、视频协议处理、电气IO量处理、嵌入式SCADA系统“四合一”
  • 协议与边缘计算功能二次开发能力,支持C/表达式/梯形图/Java/Python应用编程
  • 1000+台实际应用案例,适合众多工业以太网、物联网应用场景
  • 嵌入式SCADA功能,连接显示屏或通过WEB发布,取代原有X86+Windows的常规SCADA系统功能

应用场景

  • 大中型变电站/配电间自动化系统中各类(串口/网口/IO电气量)数据采集单元、测控装置、保护设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制。
  • 大中型机房动环监控、泵房监控系统中各类(串口/网口/IO电气量)自动化控制设备、PLC、变频器设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制。
  • 智慧城市、智慧园区、智慧校园系统中各类(串口/网口/电气量IO)物联网传感器设备、控制设备的接入、协议解析、报警处理、转换、整合传输与控制。
  • 大中型智能配电房、机房动环、泵站、智慧园区、智慧校园、智能制造等现场的视频前段设备接入,配合后台API和平台,为应用开发商和用户提供不依赖视频厂家SDK和后台系统的低成本、易开发的独立安全的视频监控整合方案。

主要功能

  • 1)内置200+通讯规约库(详见协议列表清单),包括:MQTT及其它物联网协议、OPC UA、IEC 60870-5-101/103/104、CDT、SPABUS、标准MODBUS及数十个变种,即插即通;可根据需求快速定制特殊协议,可提供二次开发环境
  • 2)支持西门子全系列PLC通过工业以太网通信;支持其它型号的PLC内部规约通信
  • 3)支持IEC61850 Server/Client功能,实现传统规约与61850的双向转换
  • 4)视频流获取、传输、分发,云台控制、本地流媒体服务器功能
  • 5)加密传输、断点续传
  • 6)内置RTC,提供高精度时间参考
  • 7)模块化设计,基本单元+3个扩展单元,支持按需配置。扩展IO单元模块包括:
8xRS485模块,带隔离
8xDI模块(开关输入模块),无源输入(最多支持3个模块混插)
8xDO模块(开关输出模块),8路继电器输出(最多支持3个模块混插)
8xAI模块(模拟量输入模块),支持0-5V、0-20mA输入(最多支持3个模块混插)
可根据需求定制Rola、433M无线传输模块、电力线载波模块
  • 8)HDMI/USB接口,配合嵌入式SCADA系统的UI操作
  • 9)本地设备配置管理,云端设备配置管理
  • 10)Telnet、SNMP服务
  • 11)强电磁兼容性设计,符合国际相关标准,具有良好的抗干扰能力
  • 12)可进行二次开发,提供完整的协议开发包,可定制各种协议
  • 13)标准19 英寸 1U 上架式外型,造型美观,组屏方便
  • 14)嵌入式SCADA功能
  • 15)容器功能(近期发布)

硬件

硬件规格

HardWare Specification
性能 CPU:ARM Cortex–A7 4核,1.2GHz,Linux操作系统,1GB/2GB DDR3,8GB EMMC ;可内置大容量SD和大容量硬盘

基本通信单元 100Base-T以太网接口:2路,RS485:8路,带隔离

扩展通信单元 槽位数量:3,组合方式:任意组合,板卡种类:8xRS485:8路485,带隔离;8xDI:无源输入型,板卡提供24V隔离电源,8xDO:继电器输出型,NC、COM、NO节点,8xAI:0-5V 或4-20mA,2线或3线输入,板卡提供24V隔离电源

显示接口 HDMI1.4,支持1080p@60fps,USB支持键盘、鼠标;或电阻/电容显示屏接口

数据处理功能 设备接入能力:<=64台(根据带宽和采样周期可调),模拟量<10000,数字量<10000,控制量<10000,表达式计算定义、报警处理,视频RTSP/RTMP、Onvif、GB28181,语音对讲,C/C++表达式/梯形图/Java/Python边缘计算二次开发环境,内置嵌入式SCADA软件功能,(SCADA处理点数<2000点),Docker功能(近期发布)

应用环境 运行温度:-40℃~+80℃;贮存温度:-40℃~+70℃,相对湿度:小于 85%,无冷凝;工作电源:AC 85-265V,50Hz;功耗:小于20W

尺寸及安装方式 482mm×270mm×44mm(长×宽×高),机架式标准19寸1U

重量 净重:2.5Kg

硬件接口 [ ]

Industrial control gateway 7.jpg

Industrial control gateway 8.jpg

软件功能

  • 工业物联网智能网关是新一代物联网接入设备,配备2个独立IP以太网和8个RS485接口,配置灵活,广泛适用于电力、石油、厂矿、及物联网行业的自动化监控场合。
  • 为满足现场复杂的电气量接入需求,硬件设计了3个可扩展IO槽位,每个IO槽位可根据需要配置为8xRS485、8xDI、8xDO或8xAI中的任意一种IO板卡,配合提供灵活多变的配置组合方式。
  • 内置海量规约解释库和实时数据库,可连接国内外各种保护装置、测控装置、IEDs等设备,并支持IEC61850。可根据用户要求定制特殊规约;提供开放的API,方便用户自行开发规约软件,规约软件可独立下载。
  • 支持数百台设备的接入,数据协议解析、转换与统一传输。
  • 网关设计另一大特点,就是强大的视频处理能力,包括RTSP/RTMP视频推拉流、Onvif/GB28181协议栈等视频监控传输功能,实现对多厂家视频前端设备(IPC、NVR)的兼容接入,配置大容量硬盘后可取代NVR,实现视频录像及回放功能,提供了业界唯一的数据+视频完美融合的解决方案。
  • 网关通过HDMI显示接口和USB键盘鼠标(或触摸屏),支持5000点以下完整的SCADA系统功能。
  • 支持三种配置方式:内置WEB管理,通过浏览器查询/配置设备的工作参数,专用的配置软件配置设备参数
  • 云端远程管理,通过网关对网关进行配置和诊断,实现固件和应用程序的升级
  • 使用了先进的iCoupler®数字隔离技术、RS485自动方向控制、RS485零延时传送技术,在设计上充分考虑了工业现场应用的特殊性,遵循EMI/EMC设计规范,适应各种严酷的工业现场和物联网现场,保障通信以及各种IO信号量的可靠。
  • 注:
1网关支持DC110V、AC110V~AC220V供电。
2网关支持AC/DC双电源冗余供电。

应用示意图

工业控制网关解决方案.png

网关组网示意图

工业控制网关组网.png

香蕉派开源资料

网关设计基于BPI-M2 Ultra设计开发 ,二次开发可以参考 开源开发资料

开源开发入门 : 

定制应用开发 [ ]

本设计方案支持客户的二次定制应用开发。可以根据需求进行硬件与软件的二次定制开发。

技术合作 [ ]

  • 硬件OEM&ODM定制开发,请联系: judyhuang@banana-pi.com
  • 深圳小草科技提供产品整体解决方案: 


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