嵌入式工控機概述

嵌入式工控機定義及應(yīng)用場景

工控機（Industrial Personal Computer，簡稱IPC）是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的增強型微型計算機，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測和控制。工業(yè)個人計算機通常在惡劣的環(huán)境中運行。數(shù)據(jù)安全性要求也更高，所以工控機通常會專門設(shè)計加固、防塵、防潮、防腐蝕、防輻射等。到現(xiàn)在為止，X86+Windows（Wintel）架構(gòu)仍然是主流工業(yè)計算機的主流解決方案。可以定義為傳統(tǒng)的工控機。一般來說

傳統(tǒng)工控機在工控領(lǐng)域的自動化、信息化進程中發(fā)揮著重要作用的同時，其固有的弱點也一直困擾著制造商、集成商和用戶。每個人都在尋找更好的解決方案

近十年來，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展迅速。憑借其低功耗、低成本和不斷提升的高性能，成為移動設(shè)備（手機、PAD）的唯一解決方案；各行業(yè)數(shù)據(jù)采集和處理的理想選擇。ARM架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)具有靈活高效定制軟硬件方案的特點。目前已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)，可以為用戶提供符合其實際需求并具有一定超前性的解決方案。利潤率更高、價格更具競爭力的產(chǎn)品；當(dāng)用戶需求逐漸超過現(xiàn)有產(chǎn)品的能力時，通過快速的程序設(shè)計和迭代，不斷提供滿足用戶需求的新產(chǎn)品，

與傳統(tǒng)工控機相比，基于嵌入式計算機架構(gòu)而專門設(shè)計的系統(tǒng)稱為嵌入式工控機。

傳統(tǒng)工控機與嵌入式工控機的主要特點對比如下：

主要特點

嵌入式工控機已經(jīng)成為傳統(tǒng)工控機的有力競爭者。未來前者對后者形成壓倒性優(yōu)勢，毫無懸念

嵌入式工控機應(yīng)用場景

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，不僅是眾多計算機軟硬件廠商（包括通信解決方案和產(chǎn)品廠商，本質(zhì)上是計算機系統(tǒng)，甚至嵌入式系統(tǒng)軟硬件廠商）試圖進入的一場戰(zhàn)斗。利潤比較高的行業(yè)。是行業(yè)市場監(jiān)測的一次又一次嘗試；也是一場開啟“民智民智”，普及專業(yè)知識的啟蒙運動。這場持續(xù)了十余年的大風(fēng)暴，將普羅大眾對監(jiān)控應(yīng)用的需求和想象擴展到了各行各業(yè)的各個角落

“云-管-邊-端”概念是基于互聯(lián)網(wǎng)思維和術(shù)語對監(jiān)控原理的經(jīng)典總結(jié)和歸納；幾十年來各行業(yè)監(jiān)控應(yīng)用采用的主流模型和架構(gòu)

主流模型和架構(gòu)

云：實現(xiàn)監(jiān)控中心系統(tǒng)和更先進的應(yīng)用軟件和算法的計算機系統(tǒng)。這里的“云”既包括互聯(lián)網(wǎng)上的“公有云”，也包括企業(yè)局域網(wǎng)上的“私有云”。構(gòu)建“云”計算機系統(tǒng)，目前主要是高端X86+Windows/Linux服務(wù)器及其集群

管道：為設(shè)備兩側(cè)提供各種高效、可靠、便捷、高性價比的有線/無線通道。“云”與“邊”之間不僅有“管道”，如廣域以太網(wǎng)、4G/5G等；在應(yīng)用現(xiàn)場的“邊”和“端”之間，也有適合現(xiàn)場應(yīng)用場景的管道。有線/無線“管道”的存在，如本地以太網(wǎng)、串口、高速電力線載波（HPLC）、LoRa、ZigBee、WIFI等。

邊緣：用于執(zhí)行現(xiàn)場計算任務(wù)的計算機系統(tǒng)。“邊緣”的主要角色早期由傳統(tǒng)工業(yè)計算機承擔(dān)，或者在要求不那么嚴(yán)格時由一般臺式機和服務(wù)器承擔(dān)；現(xiàn)在有一種用中高端ARM架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式工控機的趨勢

終端：工業(yè)應(yīng)用中用于監(jiān)控主設(shè)備（primary device）的設(shè)備（secondary device），物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中用于監(jiān)控各種主設(shè)備的設(shè)備（secondary device）。“端”的主要作用早期是通過低端的嵌入式單片機系統(tǒng)實現(xiàn)的；目前逐步過渡到低端嵌入式系統(tǒng)（主頻1GMHz以下）為主流方案

從以上分析不難看出，工控機的應(yīng)用主要位于“邊緣”層面。作為“邊緣”的具體應(yīng)用，嵌入式工控機主要承載以下兩類功能：

通過專門設(shè)計的工業(yè)級低端嵌入式計算機系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)、NVR、路由器、防火墻等自動化操作。部分具有簡單的字符/位圖顯示和特殊按鍵參數(shù)配置及狀態(tài)顯示功能

交互式操作類，完整的監(jiān)控和系統(tǒng)（含HMI人機交互界面）等功能，通過專門設(shè)計的工業(yè)級中高端嵌入式計算機系統(tǒng)實現(xiàn)，具有矢量圖形系統(tǒng)的交互能力

嵌入式工控機典型應(yīng)用場景

智能配電房、機房動力環(huán)境、泵站、智能園區(qū)、智能園區(qū)、智能制造等邊緣“大腦”，實現(xiàn)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元、測控裝置、保護設(shè)備、 PLC設(shè)備、CNC設(shè)備、機器人設(shè)備接入、協(xié)議解析、報警處理、轉(zhuǎn)換、綜合傳輸與控制

嵌入式SCADA系統(tǒng)（C/S、B/S模式）

100ms級軟PLC

工控/物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域小數(shù)據(jù)服務(wù)器

企業(yè)車間級工業(yè)看板/OEE看板，滿足“智能化轉(zhuǎn)型、數(shù)字化轉(zhuǎn)型”需求的輕量化MES前端數(shù)據(jù)采集與展示

基于行業(yè)應(yīng)用的第三方算法和模型開發(fā)運營平臺

視頻前端設(shè)備接入與推送、視頻錄制與聯(lián)動、視頻AI分析接口與分析結(jié)果綜合聯(lián)動

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)安全和審計

應(yīng)用場景

BPI-6202嵌入式單板工控機

PCBA硬件

PCBA硬件

產(chǎn)品描述

關(guān)于 BPI-6202 產(chǎn)品

BPI-6202是香蕉派社區(qū)和極開達公司針對各個工控領(lǐng)域開發(fā)的一款高性價比的通用嵌入式單板工控機。與J1800/J1900等同類嵌入式產(chǎn)品相比，具有以下優(yōu)勢：

工業(yè)級產(chǎn)品，性能強，功耗低：工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，性能超越賽揚；低功耗無散熱，可長期運行

抗干擾設(shè)計，適合惡劣工況：電源/網(wǎng)口/串口均按EMC3~4等級設(shè)計

單板結(jié)構(gòu)，不插拔更可靠：集成核心板和底板功能，可靠性更高，壽命更長

產(chǎn)業(yè)鏈的整合保證了質(zhì)優(yōu)價廉。通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，保證量產(chǎn)質(zhì)量，極度降低成本。

創(chuàng)新組合滿足不同需求，開放硬件信息，單板/整機/工控軟件，可選

超長生命周期，長期穩(wěn)定供貨，CPU原廠承諾10年供貨，保障研發(fā)投入的最大回報

由于BPI-6202具有強大的計算能力和更多的資源，除了可以完成上述功能外，還可以提供多種數(shù)據(jù)接口，為更多行業(yè)應(yīng)用優(yōu)化算法提供理想的計算環(huán)境和二次開發(fā)能力。

CS6202包括機箱在內(nèi)的外觀如下圖所示。

如圖所示

BPI-6202接口說明

如圖

BPI-6202 產(chǎn)品關(guān)鍵特性

1、工業(yè)產(chǎn)品及應(yīng)用開發(fā)平臺BPI-6202嵌入式單板工控機，可發(fā)揮以下作用：

工控應(yīng)用成品：憑借其豐富的硬件資源（網(wǎng)絡(luò)、串口、4G/5G/WiFi、HDMI/USB顯示交互、SSD硬盤）和應(yīng)用軟件（協(xié)議網(wǎng)關(guān)/視頻網(wǎng)關(guān)、C/S+B/ S模式SCADA、應(yīng)用發(fā)布、PLC編程、網(wǎng)關(guān)安全和審計功能），直接應(yīng)用于工程現(xiàn)場

行業(yè)應(yīng)用二次開發(fā)基礎(chǔ)平臺：提供基于Linux+Ngnix/HTTPS+C/Python/Java/JS+MySQL/Sqlite/InfluxDB+Docker的開發(fā)環(huán)境、接口和應(yīng)用環(huán)境，滿足各類應(yīng)用開發(fā)者的需求

小數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器：提供安全可靠、價格低廉的邊緣計算/控制節(jié)點，并有足夠的計算能力和存儲容量（大容量SSD硬盤）

硬件/操作系統(tǒng)開源項目：向生態(tài)伙伴提供完整的硬件板級開源，提供6202單板工控機原理圖、PCB圖等完整的硬件資料和基礎(chǔ)操作系統(tǒng)，支持6202單板用戶- 單板工控機在自主開發(fā)更多單板應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上

2、工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)：

工業(yè)級低功耗無風(fēng)扇設(shè)計，現(xiàn)場長期穩(wěn)定運行

支持-40℃~+70℃寬溫工作

執(zhí)行GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5標(biāo)準(zhǔn)，EMC III級

3、可擴展功能

支持定制機箱板卡擴展，包括電氣IO模塊（AI/AO/DI/DO模塊）、擴展串口模塊、擴展以太網(wǎng)交換模塊、HPLC通信模塊、CAN通信模塊、Zigbee通信模塊、Lora通信模塊、定制化其他行業(yè)應(yīng)用模塊，使用內(nèi)部高速總線與6202主板通信

4、數(shù)據(jù)+視頻現(xiàn)場整合

300+國際/國家/行業(yè)/企業(yè)多年積累的協(xié)議庫，即插即用，提高訪問效率，精準(zhǔn)分析數(shù)據(jù)

視頻RTSP/RTMP、Onvif/GB28181功能、流媒體服務(wù)器功能、H.264/H.265播放功能、數(shù)據(jù)聯(lián)動短視頻聯(lián)動報警錄像功能、攝像機AI分析事件抓拍/上傳功能（近期發(fā)布）、數(shù)據(jù)OSD打印代碼函數(shù)（即將發(fā)布）

解決長期以來視頻監(jiān)控獨立于數(shù)據(jù)監(jiān)控，需要視頻廠商前端+后端綁定解決方案的問題和痛點

5、輕量級PLC功能（近期發(fā)布）

通過IEC61131-3編程語言，可對網(wǎng)關(guān)內(nèi)所有數(shù)據(jù)進行PLC編程，通過電氣IO模塊實現(xiàn)輕量級PLC功能

6、多種通訊方式

支持2個獨立IP網(wǎng)口（1G+100M） *支持2個RS485串口+1個RS232 Console

支持WIFI、4G/5G通訊

可擴展支持CAN、ZigBee、Lora通信

7、HMI與上位機功能集成

通過HDMI/USB接口連接觸摸屏/大屏-鍵盤-鼠標(biāo)，應(yīng)用可實現(xiàn)友好的HMI交互

內(nèi)置全功能SCADA系統(tǒng)（C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)），替代現(xiàn)場X86+Windows架構(gòu)上位機系統(tǒng)，適用于無人值守環(huán)境，具有極高的性價比

8、多核架構(gòu)，資源豐富，算力充足

全志 A40i ARM Cortex-A7 四核 1.2GHz + 2G DDR3 + 8G eMMC

支持內(nèi)置大容量SSD硬盤

豐富的計算資源保證更多的邊緣計算能力

內(nèi)置加密狗加密芯片

內(nèi)置國家網(wǎng)絡(luò)通信專用加密芯片

9、多種二次開發(fā)接口

C、表達式、梯形圖、Java、Python、SqLite編程接口

泊塢窗功能

內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

如圖

外部連接

如圖所示

技術(shù)說明

BPI-6202嵌入式單板工控機，配備2個獨立MAC以太網(wǎng)口（1G+100M），2個RS485+1個RS232口，HDMI/USB，可安裝大容量SDD硬盤，功能強大，價格低廉，體積小，導(dǎo)軌安裝方便，提供最具性價比的現(xiàn)場工控解決方案。CS6202作為邊緣計算的主控節(jié)點，充分利用了嵌入式多核計算的強大功能，可以對大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行訪問、處理和展示；替代常規(guī)網(wǎng)關(guān)+小型監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)方案。

BPI-6202廣泛應(yīng)用于新能源、電力、石油、軌道交通、企業(yè)輕量級MES/工業(yè)看板、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控現(xiàn)場自動化應(yīng)用場景。

BPI-6202內(nèi)置300+協(xié)議解釋庫和實時數(shù)據(jù)庫，可接入國內(nèi)外各種保護裝置、測控裝置、IED等設(shè)備，支持IEC61850。可根據(jù)用戶要求定制特殊協(xié)議；提供開放API，方便用戶自行開發(fā)協(xié)議軟件，協(xié)議軟件可自主下載。

BPI-6202支持上百臺設(shè)備接入，數(shù)據(jù)協(xié)議解析、轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一傳輸。

BPI-6202具有強大的視頻處理功能，支持RTSP/RTMP視頻推拉流、Onvif/GB28181協(xié)議棧等視頻監(jiān)控傳輸協(xié)議，實現(xiàn)兼容接入多廠商視頻前端設(shè)備（IPC、NVR），以及配置大容量硬盤后，可以替代NVR實現(xiàn)錄像和回放功能。獨有的基于數(shù)據(jù)+視頻的聯(lián)動功能，為數(shù)據(jù)+視頻的完美融合提供了業(yè)界唯一的解決方案。

BPI-6202通過HDMI顯示接口和USB鍵盤鼠標(biāo)（或觸摸屏）支持2048點以下完整的C/S架構(gòu)SCADA系統(tǒng)功能；CS6202通過Ngnix+Https提供B/S SCADA功能，通過C/S+B/S模式混合配置工具，靈活選擇C/S和B/S風(fēng)格

BPI-6202 支持以下配置方式：

內(nèi)置WEB管理，通過網(wǎng)頁查詢/配置設(shè)備工作參數(shù)

專用配置軟件配置設(shè)備參數(shù)

云端遠程管理，通過云端對網(wǎng)關(guān)進行配置和診斷，實現(xiàn)固件和應(yīng)用升級

BPI-6202采用獨創(chuàng)的iCoupler?數(shù)字隔離技術(shù)、RS485自動方向控制、RS485零延時傳輸技術(shù)。設(shè)備適應(yīng)性強，兼容性好，能適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場和物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場，保證通信和各種IO信號量的可靠性。

筆記：

BPI-6202供電電源為DC24V

主要功能

1）內(nèi)置300+通訊協(xié)議庫（詳見協(xié)議列表），包括：MQTT等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、BACNET、OPC UA、IEC 60870-5-101/103/104、CDT、SPABUS、標(biāo)準(zhǔn)MODBUS等數(shù)十種一種變體，即插即用；可根據(jù)需要快速定制特殊協(xié)議，并提供二次開發(fā)環(huán)境

2）支持Siemens/AB/Schneider/Mitsubishi等各種PLC連接

3）支持接入主流數(shù)控設(shè)備和主流機器人設(shè)備

4) 支持IEC61850 Server/Client功能，實現(xiàn)傳統(tǒng)協(xié)議與61850的雙向轉(zhuǎn)換

5) 視頻流采集、傳輸、分配、云臺控制、本地流媒體服務(wù)器功能

6）加密傳輸，斷點續(xù)傳

7）內(nèi)置RTC，提供高精度時間參考

8) 4G/5G/WIFI功能

9）HDMI/USB接口，配合嵌入式SCADA系統(tǒng)的UI操作，可直接驅(qū)動看板/大屏

10）本地設(shè)備配置管理，云端設(shè)備配置管理

11) Telnet、SNMP服務(wù)

12）強電磁兼容設(shè)計，符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的抗干擾能力

13）可進行二次開發(fā)，提供完善的協(xié)議開發(fā)工具，豐富的API接口，自由定制協(xié)議，部署各類行業(yè)應(yīng)用APP

14）導(dǎo)軌安裝，外形美觀，屏幕組裝方便

15）全功能SCADA功能，包括C/S模式和B/S模式

16）容器（Docker）功能

17) 內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)安全模塊，支持黑白名單和協(xié)議安全控制、審計、日志功能

技術(shù)規(guī)格

如圖

環(huán)境指標(biāo)

如圖

物理規(guī)格

如圖

1. BPI-6206是一款開源硬件產(chǎn)品。Banana Pi 社區(qū)提供所有 BSP 板級支持代碼，并在代碼中支持 Docker 容器。具有技術(shù)開發(fā)能力的客戶可直接對BPI-6202進行二次應(yīng)用開發(fā)。

2. BPI-6202是完整的工控產(chǎn)品，客戶可直接用于工控，并提供完整的產(chǎn)品級支持。

審核編輯：湯梓紅