嵌入式工控機概述

嵌入式工控機定義及應用場景

工控機（Industrial Personal Computer，簡稱IPC）是20世紀90年代出現的增強型微型計算機，廣泛應用于工業現場監測和控制。工業個人計算機通常在惡劣的環境中運行。數據安全性要求也更高，所以工控機通常會專門設計加固、防塵、防潮、防腐蝕、防輻射等。到現在為止，X86+Windows（Wintel）架構仍然是主流工業計算機的主流解決方案。可以定義為傳統的工控機。一般來說

傳統工控機在工控領域的自動化、信息化進程中發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，嵌入式系統發展迅速。憑借其低功耗、低成本和不斷提升的高性能，成為移動設備（手機、PAD）的唯一解決方案；各行業數據采集和處理的理想選擇。ARM架構的嵌入式系統具有靈活高效定制軟硬件方案的特點。目前已經形成了完整的產業鏈生態系統，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品；當用戶需求逐漸超過現有產品的能力時，通過快速的程序設計和迭代，不斷提供滿足用戶需求的新產品，

與傳統工控機相比，基于嵌入式計算機架構而專門設計的系統稱為嵌入式工控機。

傳統工控機與嵌入式工控機的主要特點對比如下：

主要特點

嵌入式工控機已經成為傳統工控機的有力競爭者。未來前者對后者形成壓倒性優勢，毫無懸念

嵌入式工控機應用場景

工業互聯網、物聯網的快速發展，不僅是眾多計算機軟硬件廠商（包括通信解決方案和產品廠商，本質上是計算機系統，甚至嵌入式系統軟硬件廠商）試圖進入的一場戰斗。利潤比較高的行業。是行業市場監測的一次又一次嘗試；也是一場開啟“民智民智”，普及專業知識的啟蒙運動。這場持續了十余年的大風暴，將普羅大眾對監控應用的需求和想象擴展到了各行各業的各個角落

“云-管-邊-端”概念是基于互聯網思維和術語對監控原理的經典總結和歸納；幾十年來各行業監控應用采用的主流模型和架構

主流模型和架構

云：實現監控中心系統和更先進的應用軟件和算法的計算機系統。這里的“云”既包括互聯網上的“公有云”，也包括企業局域網上的“私有云”。構建“云”計算機系統，目前主要是高端X86+Windows/Linux服務器及其集群

管道：為設備兩側提供各種高效、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、4G/5G等；在應用現場的“邊”和“端”之間，也有適合現場應用場景的管道。有線/無線“管道”的存在，如本地以太網、串口、高速電力線載波（HPLC）、LoRa、ZigBee、WIFI等。

邊緣：用于執行現場計算任務的計算機系統。“邊緣”的主要角色早期由傳統工業計算機承擔，或者在要求不那么嚴格時由一般臺式機和服務器承擔；現在有一種用中高端ARM架構嵌入式系統構建嵌入式工控機的趨勢

終端：工業應用中用于監控主設備（primary device）的設備（secondary device），物聯網環境中用于監控各種主設備的設備（secondary device）。“端”的主要作用早期是通過低端的嵌入式單片機系統實現的；目前逐步過渡到低端嵌入式系統（主頻1GMHz以下）為主流方案

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

通過專門設計的工業級低端嵌入式計算機系統實現網關、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配置及狀態顯示功能

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

嵌入式工控機典型應用場景

智能配電房、機房動力環境、泵站、智能園區、智能園區、智能制造等邊緣“大腦”，實現與現場數據采集單元、測控裝置、保護設備、 PLC設備、CNC設備、機器人設備接入、協議解析、報警處理、轉換、綜合傳輸與控制

嵌入式SCADA系統（C/S、B/S模式）

100ms級軟PLC

工控/物聯網領域小數據服務器

企業車間級工業看板/OEE看板，滿足“智能化轉型、數字化轉型”需求的輕量化MES前端數據采集與展示

基于行業應用的第三方算法和模型開發運營平臺

視頻前端設備接入與推送、視頻錄制與聯動、視頻AI分析接口與分析結果綜合聯動

現場網絡安全和審計

應用場景

BPI-6202嵌入式單板工控機

PCBA硬件

PCBA硬件

產品描述

關于 BPI-6202 產品

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

工業級產品，性能強，功耗低：工業級標準，性能超越賽揚；低功耗無散熱，可長期運行

抗干擾設計，適合惡劣工況：電源/網口/串口均按EMC3~4等級設計

單板結構，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

產業鏈的整合保證了質優價廉。通過優化產業鏈環節，保證量產質量，極度降低成本。

創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，長期穩定供貨，CPU原廠承諾10年供貨，保障研發投入的最大回報

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，還可以提供多種數據接口，為更多行業應用優化算法提供理想的計算環境和二次開發能力。

CS6202包括機箱在內的外觀如下圖所示。

如圖所示

BPI-6202接口說明

如圖

BPI-6202 產品關鍵特性

1、工業產品及應用開發平臺BPI-6202嵌入式單板工控機，可發揮以下作用：

工控應用成品：憑借其豐富的硬件資源（網絡、串口、4G/5G/WiFi、HDMI/USB顯示交互、SSD硬盤）和應用軟件（協議網關/視頻網關、C/S+B/ S模式SCADA、應用發布、PLC編程、網關安全和審計功能），直接應用于工程現場

行業應用二次開發基礎平臺：提供基于Linux+Ngnix/HTTPS+C/Python/Java/JS+MySQL/Sqlite/InfluxDB+Docker的開發環境、接口和應用環境，滿足各類應用開發者的需求

小數據應用服務器：提供安全可靠、價格低廉的邊緣計算/控制節點，并有足夠的計算能力和存儲容量（大容量SSD硬盤）

硬件/操作系統開源項目：向生態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操作系統，支持6202單板用戶- 單板工控機在自主開發更多單板應用系統的基礎上

2、工業級標準：

工業級低功耗無風扇設計，現場長期穩定運行

支持-40℃~+70℃寬溫工作

執行GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5標準，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、定制化其他行業應用模塊，使用內部高速總線與6202主板通信

4、數據+視頻現場整合

300+國際/國家/行業/企業多年積累的協議庫，即插即用，提高訪問效率，精準分析數據

視頻RTSP/RTMP、Onvif/GB28181功能、流媒體服務器功能、H.264/H.265播放功能、數據聯動短視頻聯動報警錄像功能、攝像機AI分析事件抓拍/上傳功能（近期發布）、數據OSD打印代碼函數（即將發布）

解決長期以來視頻監控獨立于數據監控，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（近期發布）

通過IEC61131-3編程語言，可對網關內所有數據進行PLC編程，通過電氣IO模塊實現輕量級PLC功能

6、多種通訊方式

支持2個獨立IP網口（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，應用可實現友好的HMI交互

內置全功能SCADA系統（C/S架構和B/S架構），替代現場X86+Windows架構上位機系統，適用于無人值守環境，具有極高的性價比

8、多核架構，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

內置加密狗加密芯片

內置國家網絡通信專用加密芯片

9、多種二次開發接口

C、表達式、梯形圖、Java、Python、SqLite編程接口

泊塢窗功能

內部邏輯結構

如圖

外部連接

如圖所示

技術說明

BPI-6202嵌入式單板工控機，配備2個獨立MAC以太網口（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，導軌安裝方便，提供最具性價比的現場工控解決方案。CS6202作為邊緣計算的主控節點，充分利用了嵌入式多核計算的強大功能，可以對大量的現場數據進行訪問、處理和展示；替代常規網關+小型監控系統，實現最優方案。

BPI-6202廣泛應用于新能源、電力、石油、軌道交通、企業輕量級MES/工業看板、物聯網監控現場自動化應用場景。

BPI-6202內置300+協議解釋庫和實時數據庫，可接入國內外各種保護裝置、測控裝置、IED等設備，支持IEC61850。可根據用戶要求定制特殊協議；提供開放API，方便用戶自行開發協議軟件，協議軟件可自主下載。

BPI-6202支持上百臺設備接入，數據協議解析、轉換和統一傳輸。

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

BPI-6202通過HDMI顯示接口和USB鍵盤鼠標（或觸摸屏）支持2048點以下完整的C/S架構SCADA系統功能；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風格

BPI-6202 支持以下配置方式：

內置WEB管理，通過網頁查詢/配置設備工作參數

專用配置軟件配置設備參數

云端遠程管理，通過云端對網關進行配置和診斷，實現固件和應用升級

BPI-6202采用獨創的iCoupler?數字隔離技術、RS485自動方向控制、RS485零延時傳輸技術。設備適應性強，兼容性好，能適應各種惡劣的工業現場和物聯網現場，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）內置300+通訊協議庫（詳見協議列表），包括：MQTT等物聯網協議、BACNET、OPC UA、IEC 60870-5-101/103/104、CDT、SPABUS、標準MODBUS等數十種一種變體，即插即用；可根據需要快速定制特殊協議，并提供二次開發環境

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

3）支持接入主流數控設備和主流機器人設備

4) 支持IEC61850 Server/Client功能，實現傳統協議與61850的雙向轉換

5) 視頻流采集、傳輸、分配、云臺控制、本地流媒體服務器功能

6）加密傳輸，斷點續傳

7）內置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系統的UI操作，可直接驅動看板/大屏

10）本地設備配置管理，云端設備配置管理

11) Telnet、SNMP服務

12）強電磁兼容設計，符合相關國際標準，具有良好的抗干擾能力

13）可進行二次開發，提供完善的協議開發工具，豐富的API接口，自由定制協議，部署各類行業應用APP

14）導軌安裝，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) 內置網絡安全模塊，支持黑白名單和協議安全控制、審計、日志功能

技術規格

如圖

環境指標

如圖

物理規格

如圖

1. BPI-6206是一款開源硬件產品。Banana Pi 社區提供所有 BSP 板級支持代碼，并在代碼中支持 Docker 容器。具有技術開發能力的客戶可直接對BPI-6202進行二次應用開發。

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

審核編輯：湯梓紅