Difference between revisions of "基于BPI-M2 Ultra 的工业控制网关设计"

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这是香蕉派[[BPI 4.0 定制服务]]案例，基于[[香蕉派 BPI-M2 Berry]]和[[香蕉派 BPI-M2U]]开发，采用 Allwinner A40i 工业级芯片设计。
 
这是香蕉派[[BPI 4.0 定制服务]]案例，基于[[香蕉派 BPI-M2 Berry]]和[[香蕉派 BPI-M2U]]开发，采用 Allwinner A40i 工业级芯片设计。
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==产品特色==
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==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”
 
*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
 
*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
 
*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
 
*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
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==应用场景==
 
==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。
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*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。
 
*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。
 
*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。
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==主要功能==
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*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
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*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
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*3)支持IEC61850 Server/Client功能，实现传统规约与61850的双向转换
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*4)视频流获取、传输、分发，云台控制、本地流媒体服务器功能
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*5)加密传输、断点续传
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*6)内置RTC，提供高精度时间参考
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*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：
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::8xRS485模块，带隔离
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::8xDI模块（开关输入模块），无源输入（最多支持3个模块混插）
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::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）
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::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）
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::可根据需求定制Rola、433M无线传输模块、电力线载波模块
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*8)HDMI/USB接口，配合嵌入式SCADA系统的UI操作
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*9)本地设备配置管理，云端设备配置管理
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*10)Telnet、SNMP服务
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*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
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*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
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*13)标准19 英寸 1U 上架式外型，造型美观，组屏方便
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*14)嵌入式SCADA功能
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*15)容器功能（近期发布）
  
 
=硬件=
 
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| style="background: PaleTurquoise; color: black" colspan="4"| '''HardWare  Specification '''
 
| style="background: PaleTurquoise; color: black" colspan="4"| '''HardWare  Specification '''
 
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|Performance ||CPU: ARM Cortex -- A7 4-core, 1.2GHz, Linux,1GB/2GB DDR3, 8GB EMMC;Large capacity SD and large capacity hard disk can be built in
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|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
 
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|Basic communication unit|| 100BASE-T Ethernet interface : 2-way;RS485: 8-way, with isolation
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|基本通信单元||100Base-T以太网接口：2路，RS485:8路，带隔离
 
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|Expansion communication unit|| number of slots: 3, combination mode: any combination,Type of board: 8XRS485:8-way 485, with isolation;  8XDI: Passive input type, board card provides 24V isolated power supply; 8XDO: Relay output type, NC, COM, NO node;8xAI: 0-5V or 4-20mA, 2-wire or 3-wire input, board card provides 24V isolated power supply
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|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
 
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|Display interface||HDMI1.4, support 1080P ，USB supports keyboard and mouse;Or resistive/capacitive display interface
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|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
 
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|Data processing function||Device access capacity: <=64 sets (adjustable according to bandwidth and sampling period);Analog quantity <10000;Digital quantity <10000;Control quantity <10000;expression calculation definition, alarm processing;Video RTSP/RTMP, ONVIF, GB28181, voice intercom;C/C++ expression/ladder diagram /Java/Python edge computing secondary development environment;Built-in SCADA software function, (SCADA processing points <2000 points);Docker feature (recently released)
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|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）
 
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|Application environment||Operating temperature: -40℃~+80℃;Storage temperature: -40℃~+70℃,Relative humidity: less than 85%, no condensation; Working power supply: AC 85-265V, 50Hz;Power consumption: less than 20W
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|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
 
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|Size and installation ||482mm×270mm×44mm (length × width × height); Rack type standard 19 inches 1U
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|尺寸及安装方式 ||482mm×270mm×44mm（长×宽×高）,机架式标准19寸1U
 
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|Weight ||Net weight: 2.5kg
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|重量 ||净重：2.5Kg
 
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[[File:Industrial_control_gateway_8.jpg]]
 
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==Exterior industrial design==
 
  
 
=软件功能=
 
=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。
 
*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。
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*为满足现场复杂的电气量接入需求，CS6000N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。
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*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。
 
*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。
 
*支持数百台设备的接入，数据协议解析、转换与统一传输。
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::2网关支持AC/DC双电源冗余供电。
 
::2网关支持AC/DC双电源冗余供电。
  
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== Application Sites==
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==应用示意图==
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[[File:工业控制网关解决方案.png]]
  
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[[File:Industrial_control_gateway_9.png]]
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==网关组网示意图==
  
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==Gateway connection==
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[[File:工业控制网关组网.png]]
  
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[[File:Industrial_control_gateway_10.jpg]]
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==香蕉派开源资料 ==
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网关设计基于BPI-M2 Ultra设计开发 ,二次开发可以参考[[香蕉派 BPI-M2U]]开源开发资料
  
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==Open Source  resource ==
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开源开发入门 ： [[快速上手 香蕉派 BPI-M2 Ultra / BPI-M2 Berry]]
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this board base on BPI-M2 Ultra ,you can reference [[Banana Pi BPI-M2U]]
 
  
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how to begin ： [[Getting Started with M2 Ultra / Berry]]
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==定制应用开发==
  
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==Custom application==
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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。
  
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=cooperative partner =
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=技术合作=
  
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*Hardware OEM&ODM please contact : [email protected]
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*硬件OEM&ODM定制开发，请联系: [email protected]
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*Total solution : https://www.aixiaocao.com/en/index.html
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*深圳小草科技提供产品整体解决方案: https://www.aixiaocao.com/

Latest revision as of 19:54, 24 March 2023

设计介绍

基于BPI-M2 Ultra 的工业控制网关设计
香蕉派 BPI-M2U Allwinner R40/V40/A40i
BPI-6202 嵌入式单板工控机
BPI 4.0 成功案例

这是香蕉派BPI 4.0 定制服务案例，基于香蕉派 BPI-M2 Berry和香蕉派 BPI-M2U开发，采用 Allwinner A40i 工业级芯片设计。

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 ,二次开发可以参考香蕉派 BPI-M2U开源开发资料

开源开发入门 ： 快速上手 香蕉派 BPI-M2 Ultra / BPI-M2 Berry

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

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