嵌入式工控機(jī)概述

嵌入式工控機(jī)的定義與應(yīng)用場景

工控機(jī)（Industrial Personal Computer，簡稱IPC），是上世紀(jì)90年代開始出現(xiàn)的、廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)視與控制的加固、增強(qiáng)型微型計(jì)算機(jī)，工控機(jī)常常會在環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，對數(shù)據(jù)的安全性要求也更高，所以工控機(jī)通常會進(jìn)行加固、防塵、防潮、防腐蝕、防輻射等特別設(shè)計(jì) 截止到目前，X86+Windows（Wintel）架構(gòu)，依然是工控機(jī)的主流方案，可被定義為傳統(tǒng)工控機(jī)。一般而言

在傳統(tǒng)工控機(jī)在工控領(lǐng)域的自動化和信息化方面發(fā)揮重要作用的同時(shí)，其先天弱勢也一直困擾著廠家、集成商和用戶。大家都在尋找更好的方案

近十年來，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展迅速，以其具有的低功耗、低成本及不斷提升的高性能等特點(diǎn)，已經(jīng)成為移動設(shè)備（手機(jī)、PAD）的唯一方案；也成為包括工業(yè)控制在內(nèi)的各行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理的理想選擇ARM架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)，具有的靈活高效的軟硬件方案定制特點(diǎn)，目前已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，能夠?yàn)橛脩籼峁M足其現(xiàn)實(shí)需求、并有一定超前擴(kuò)展余度的產(chǎn)品，且價(jià)格更有競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品；當(dāng)用戶需求逐漸超出目前產(chǎn)品的能力時(shí)，又能夠通過快速的方案設(shè)計(jì)與迭代，不斷提供滿足用戶要求的新產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)“需求——技術(shù)——方案——產(chǎn)品——市場——用戶——需求“不斷上升的良性循環(huán)

相對于傳統(tǒng)工控機(jī)，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的基于嵌入式計(jì)算機(jī)架構(gòu)的系統(tǒng)，被稱為嵌入式工控機(jī)

傳統(tǒng)工控機(jī)與嵌入式工控機(jī)的主要特點(diǎn)對比如下：

嵌入式工控機(jī)已經(jīng)成為傳統(tǒng)工控機(jī)的強(qiáng)力競爭對手。在未來，前者形成對后者的壓倒性優(yōu)勢，毫無懸念

嵌入式工控機(jī)的應(yīng)用場景

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，既是一場眾多的計(jì)算機(jī)軟硬件廠家（也包括通訊方案和產(chǎn)品廠家，其本質(zhì)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，甚至是嵌入式系統(tǒng)的軟硬件廠家）嘗試進(jìn)入利潤相對較高的行業(yè)監(jiān)控市場的前赴后繼的嘗試；也是一場開啟“民覺民智”，普及專業(yè)知識的啟蒙運(yùn)動。這個(gè)已經(jīng)持續(xù)了十?dāng)?shù)年的大風(fēng)暴，使普羅大眾對監(jiān)視和控制的應(yīng)用需求和想象，擴(kuò)展到了各行各業(yè)的每個(gè)角落

“云—管—邊—端”的概念，是以互聯(lián)網(wǎng)思維和術(shù)語，對監(jiān)視控制原理做了經(jīng)典的總結(jié)與歸納；但從技術(shù)發(fā)展歷史看，它遠(yuǎn)非全新概念和新技術(shù)，實(shí)際上是數(shù)十年來各行業(yè)監(jiān)控應(yīng)用所采用的主流模式和架構(gòu)

云：實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心系統(tǒng)及更多高級應(yīng)用軟件和算法的計(jì)算機(jī)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”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，目前主要為高端X86+Windows/Linux服務(wù)器，及其集群

管：為設(shè)備兩側(cè)提供各種效率、可靠、便捷、高性價(jià)比的有線/無線通道。不僅在“云”和”邊“之間有“管”的存在，例如廣域以太網(wǎng)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)用場景的有線/無線的“管”的存在，比如局域以太網(wǎng)、串口、高速電力線載波（HPLC）、LoRa、ZigBee、WIFI等

邊：用于完成現(xiàn)場計(jì)算任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。邊”的主要角色，早期由傳統(tǒng)工控機(jī)、或者在要求不那么嚴(yán)格時(shí)，用一般的臺式機(jī)及服務(wù)器來承擔(dān)；目前開始出現(xiàn)以中高端ARM架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式工控機(jī)的趨勢

端：用于實(shí)現(xiàn)對行業(yè)應(yīng)用中對主設(shè)備（一次設(shè)備）進(jìn)行監(jiān)視和控制的裝置（二次設(shè)備）、以及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中對各類主設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的設(shè)備（二次設(shè)備）。“端”的主要角色，早期由低端的嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；目前以逐漸過渡到以中低端嵌入式系統(tǒng)（主頻1GMHz以下）為主流方案

從以上的分析不難看出，工控機(jī)的應(yīng)用，主要定位在“邊”的層面。作為“邊”的具體應(yīng)用，嵌入式工控機(jī)主要承載以下兩種類型的功能：

自動運(yùn)行類，如網(wǎng)關(guān)、NVR、路由器、防火墻等，通過特別設(shè)計(jì)的工業(yè)級中低檔嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。部分具有簡單的基于字符/位圖的展示和特殊按鍵的參數(shù)配置和狀態(tài)顯示功能

交互運(yùn)行類，完成監(jiān)控和系統(tǒng)（含HMI人機(jī)交互界面）等功能，通過特別設(shè)計(jì)的工業(yè)級中高檔嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具有矢量化圖形系統(tǒng)的交互能力

嵌入式工控機(jī)的典型應(yīng)用場景

智能配電房、機(jī)房動力環(huán)境、泵站、智慧園區(qū)、智慧校園、智能制造等現(xiàn)場的邊緣“大腦”，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場數(shù)采單元、測控裝置、保護(hù)設(shè)備、PLC設(shè)備、CNC設(shè)備、機(jī)器人設(shè)備的接入、協(xié)議解析、報(bào)警處理、轉(zhuǎn)換、整合傳輸與控制

嵌入式SCADA系統(tǒng)（C/S、B/S模式）

100ms級別的軟PLC

工控/物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場小型數(shù)據(jù)服務(wù)器

滿足“智改數(shù)轉(zhuǎn)”要求的企業(yè)車間級工業(yè)看板/OEE看板、輕量級MES前端數(shù)采和展示

基于行業(yè)應(yīng)用的第三方算法、模型的開發(fā)與運(yùn)行平臺

視頻前端設(shè)備的接入與推送、視頻錄像與聯(lián)動、視頻AI分析接口及分析結(jié)果的綜合聯(lián)動

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)安全及審計(jì)

BPI-6202 嵌入式單板工控機(jī)介紹

產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品概述

BPI-6202，是Banana Pi 社區(qū)與吉斯凱達(dá)公司面向各種工業(yè)控制領(lǐng)域需求研發(fā)的、高性價(jià)比的通用嵌入式單板工控機(jī)，對標(biāo)J1800/J1900及其它同類嵌入式產(chǎn)品，具有如下優(yōu)勢：

工業(yè)級產(chǎn)品，性能強(qiáng)功耗低：工規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)，性能超越賽揚(yáng)；低功耗無散熱，長期運(yùn)行

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

單板式結(jié)構(gòu)，無接插更可靠：集核心板功能與底板功能一體，可靠性更高、壽命更長

產(chǎn)業(yè)鏈整合，確保質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，保障量產(chǎn)品質(zhì)，極致降低成本

創(chuàng)新性組合，滿足不同需求，開放硬件資料、單板件/整機(jī)/工控軟件，任意選擇

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

由于BPI-6202具有較強(qiáng)的算力和較多的資源，，在完成上述功能外，還能夠提供各種數(shù)據(jù)接口，為更多的行業(yè)應(yīng)用優(yōu)化算法提供理想的計(jì)算環(huán)境和二次開發(fā)能力。

含機(jī)殼的CS6202外觀如下圖所示。

BPI-6202接口說明

主要特點(diǎn)

1,工業(yè)成品與應(yīng)用開發(fā)平臺,BPI-6202嵌入式單板工控機(jī)，可以扮演如下角色：

工控應(yīng)用成品：以其所具有的豐富硬件資源（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模式的SCADA、應(yīng)用發(fā)布、PLC編程、網(wǎng)關(guān)安全及審計(jì)等功能），直接應(yīng)用于工程現(xiàn)場

行業(yè)應(yīng)用二次開發(fā)的基礎(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、接口及應(yīng)用環(huán)境，滿足各類應(yīng)用開發(fā)者需要

小型數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器：提供安全可靠、價(jià)格低廉、具有充裕算力和存儲能力（大容量SSD硬盤）的邊緣計(jì)算/控制節(jié)點(diǎn)

硬件/操作系統(tǒng)的開源項(xiàng)目:向生態(tài)伙伴提供完全的硬件板卡級開源，提供6202單板工控機(jī)的原理圖、PCB圖等完整的硬件資料和基本操作系統(tǒng)，支持用戶在6202單板工控機(jī)的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)更多的單板應(yīng)用系統(tǒng)

2,工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn):

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

支持-40℃~+70℃寬溫運(yùn)行

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

3,可擴(kuò)展功能

支持定制外殼的板卡擴(kuò)展，包括電氣IO模塊（AI / AO /DI /DO模塊）、擴(kuò)展串口模塊、擴(kuò)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，以及其他行業(yè)應(yīng)用的定制模塊，采用內(nèi)部高速總線與6202主板通信

4,數(shù)據(jù)+視頻現(xiàn)場整合

多年積累的300+國際/國家/行業(yè)/企業(yè)協(xié)議庫，即插即連，提高接入效率，解析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

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(bào)警錄像功能，攝像頭AI分析事件捕獲/上傳功能（近期發(fā)布），數(shù)據(jù)OSD打碼功能（近期發(fā)布）

解決長期以來視頻監(jiān)控獨(dú)立于數(shù)據(jù)監(jiān)控、需要視頻廠家前端+后端綁定方案痼疾和痛點(diǎn)

5,輕量級PLC功能（近期發(fā)布）

通過IEC61131-3編程語言，可針對網(wǎng)關(guān)內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行PLC方式編程，通過電氣IO模塊，實(shí)現(xiàn)輕量級PLC功能

6,多種南向/北向通信方式

支持2個(gè)獨(dú)立IP網(wǎng)口（1G+100M）*支持2路RS485串口+1路RS232 Console

支持WIFI、4G/5G通信

可擴(kuò)展支持CAN、ZigBee、Lora通信

7,HMI及上位機(jī)功能集成

通過HDMI/USB接口連接觸摸屏/大屏-鍵盤-鼠標(biāo)，應(yīng)用程序可實(shí)現(xiàn)友好的HMI交互

配合內(nèi)置的全功能SCADA系統(tǒng)（C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)），取代現(xiàn)場X86+Windows架構(gòu)的上位機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，適合無人值守環(huán)境，具有極高的性價(jià)比

8,多核架構(gòu)、資源豐富、算力充裕

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

內(nèi)置大容量SSD硬盤

豐富的計(jì)算資源，確保更多的邊緣計(jì)算能力

內(nèi)置軟件狗加密芯片

內(nèi)置國網(wǎng)通信專用加密芯片

9,多種二次開發(fā)接口

C、表達(dá)式、梯形圖、Java、Python、SqLite編程接口

Docker功能

內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

外部連接方式

技術(shù)說明

BPI-6202嵌入式單板工控機(jī)，配置2個(gè)獨(dú)立MAC以太網(wǎng)端口（1G+100M）、2個(gè)RS485+1個(gè)RS232端口、HDMI/USB，可加裝大容量SDD硬盤，功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、尺寸小，導(dǎo)軌安裝方便，提供最具性價(jià)比的現(xiàn)場工控解決方案。作為邊緣計(jì)算的主控節(jié)點(diǎn)，CS6202充分利用了嵌入式多核計(jì)算的強(qiáng)勁功能，能夠接入、處理并展示大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；取代常規(guī)的網(wǎng)關(guān)+小型監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的解決方案。

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

BPI-6202內(nèi)置300+規(guī)約解釋庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，可連接國內(nèi)外各種保護(hù)裝置、測控裝置、IEDs等設(shè)備，并支持IEC61850。可根據(jù)用戶要求定制特殊規(guī)約；提供開放的API，方便用戶自行開發(fā)規(guī)約軟件，規(guī)約軟件可獨(dú)立下載。

BPI-6202支持?jǐn)?shù)百臺設(shè)備的接入，數(shù)據(jù)協(xié)議解析、轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一傳輸。

BPI-6202具有強(qiáng)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(shí)現(xiàn)對多廠家視頻前端設(shè)備（IPC、NVR）的兼容接入，配置大容量硬盤后可取代NVR，實(shí)現(xiàn)視頻錄像及回放功能。獨(dú)有的基于數(shù)據(jù)+視頻的聯(lián)動功能，提供了業(yè)界唯一的數(shù)據(jù)+視頻完美融合的解決方案。

BPI-6202通過HDMI顯示接口和USB鍵盤鼠標(biāo)（或觸摸屏），支持2048點(diǎn)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方式的SCADA功能，通過C/S+B/S模式的混合組態(tài)工具，可靈活選擇C/S及B/S風(fēng)格的

BPI-6202支持如下配置方式：

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

專用的配置軟件配置設(shè)備參數(shù)

云端遠(yuǎn)程管理，通過云端對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置和診斷，實(shí)現(xiàn)固件和應(yīng)用程序的升級

BPI-6202使用了獨(dú)創(chuàng)的iCoupler?數(shù)字隔離技術(shù)、RS485自動方向控制、RS485零延時(shí)傳送技術(shù)，在設(shè)計(jì)上充分考慮了工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的特殊性，遵循EMI/EMC設(shè)計(jì)規(guī)范，對不同類型的RS485設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)、兼容性好，能夠適應(yīng)各種嚴(yán)酷的工業(yè)現(xiàn)場和物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場，保障通信以及各種IO信號量的可靠。

注：

BPI-6202的供電，為DC24V

主要功能

1)內(nèi)置300+通訊規(guī)約庫（詳見協(xié)議列表清單），包括：MQTT及其它物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、BACNET、OPC UA、IEC 60870-5-101/103/104、CDT、SPABUS、標(biāo)準(zhǔn)MODBUS及數(shù)十個(gè)變種，即插即通；可根據(jù)需求快速定制特殊協(xié)議，可提供二次開發(fā)環(huán)境

2)支持西門子/AB/施耐德/三菱等各類PLC連接

3)支持主流CNC設(shè)備接入、主流機(jī)器人設(shè)備接入

4)支持IEC61850 Server/Client功能，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)規(guī)約與61850的雙向轉(zhuǎn)換

5)視頻流獲取、傳輸、分發(fā)，云臺控制、本地流媒體服務(wù)器功能

6)加密傳輸、斷點(diǎn)續(xù)傳

7)內(nèi)置RTC，提供高精度時(shí)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(qiáng)電磁兼容性設(shè)計(jì)，符合國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的抗干擾能力

13)可進(jìn)行二次開發(fā)，提供完整的協(xié)議開發(fā)工具、各種API接口，可自由定制協(xié)議、部署各種行業(yè)應(yīng)用app

14)導(dǎo)軌式安裝，造型美觀，組屏方便

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，支持黑白名單及協(xié)議安全控制、審計(jì)、日志功能

技術(shù)規(guī)格

環(huán)境規(guī)格

物理規(guī)格

合作方式

1,BPI-6206為一款開源硬件產(chǎn)品，Banana Pi 社區(qū)提供所有的BSP板級支持代碼，并在代碼中支持Docker容器。 有技術(shù)開發(fā)能力的客戶，直接在BPI-6202上進(jìn)行二次應(yīng)用開發(fā)。

2，BPI-6202為完整工控產(chǎn)品，客戶可以直接用來進(jìn)行工業(yè)控制，提供完全的產(chǎn)品級支持。

審核編輯黃宇