嵌入式工控機概述

嵌入式工控機的定義與應用場景

工控機（Industrial Personal Computer，簡稱IPC），是上世紀90年代開始出現的、廣泛應用于工業現場監視與控制的加固、增強型微型計算機，工控機常常會在環境比較惡劣的環境下運行，對數據的安全性要求也更高，所以工控機通常會進行加固、防塵、防潮、防腐蝕、防輻射等特別設計 截止到目前，X86+Windows（Wintel）架構，依然是工控機的主流方案，可被定義為傳統工控機。一般而言

在傳統工控機在工控領域的自動化和信息化方面發揮重要作用的同時，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，嵌入式系統發展迅速，以其具有的低功耗、低成本及不斷提升的高性能等特點，已經成為移動設備（手機、PAD）的唯一方案；也成為包括工業控制在內的各行業實現數據采集處理的理想選擇ARM架構的嵌入式系統，具有的靈活高效的軟硬件方案定制特點，目前已經形成完整的產業鏈生態圈，能夠為用戶提供滿足其現實需求、并有一定超前擴展余度的產品，且價格更有競爭優勢的產品；當用戶需求逐漸超出目前產品的能力時，又能夠通過快速的方案設計與迭代，不斷提供滿足用戶要求的新產品，能夠實現“需求——技術——方案——產品——市場——用戶——需求“不斷上升的良性循環

相對于傳統工控機，經特殊設計的基于嵌入式計算機架構的系統，被稱為嵌入式工控機

傳統工控機與嵌入式工控機的主要特點對比如下：

序號	關鍵要素	傳統工控機（Windows+X86）	嵌入式工控機（Linux+LoongArch/ARM）
1	性能	商用級賽揚或商業/工業級酷睿i3~I5	工業級，性能高于賽揚，弱于I3
2	安全性	漏洞多，易受病毒和黑客攻擊	系統穩定、較少升級，安全性高
3	實時性	實時響應能力較差	實時響應能力能夠滿足要求
4	可靠性	高功耗必須強散熱，可靠性低	低功耗無需考慮散熱，可靠性高
5	擴展性	在主板上擴展各類接口復雜	在核心板/開發板上擴展各類接口較為方便
6	工業級	實現真正工業級產品較為困難	實現真正工業級產品較為容易
7	定制化	定制化效率低、成本高	面向應用快速高效訂制與迭代
8	性能	對工業應用而言性能不足或過剩	針對應用，具有最佳性能方案
9	總體價格	較高	針對應用，具有價格優勢
10	運維成本	功耗高、運維成本高	低功耗低成本，綠色環保
11	生命周期	換代頻繁，庫存難以保證	CPU生命周期較長，可保證庫存

嵌入式工控機已經成為傳統工控機的強力競爭對手。在未來，前者形成對后者的壓倒性優勢，毫無懸念

嵌入式工控機的應用場景

工業互聯網及物聯網的迅速發展，既是一場眾多的計算機軟硬件廠家（也包括通訊方案和產品廠家，其本質也是計算機系統，甚至是嵌入式系統的軟硬件廠家）嘗試進入利潤相對較高的行業監控市場的前赴后繼的嘗試；也是一場開啟“民覺民智”，普及專業知識的啟蒙運動。這個已經持續了十數年的大風暴，使普羅大眾對監視和控制的應用需求和想象，擴展到了各行各業的每個角落

“云—管—邊—端”的概念，是以互聯網思維和術語，對監視控制原理做了經典的總結與歸納；但從技術發展歷史看，它遠非全新概念和新技術，實際上是數十年來各行業監控應用所采用的主流模式和架構

云：實現監控中心系統及更多高級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”的計算機系統，目前主要為高端X86+Windows/Linux服務器，及其集群

管：為設備兩側提供各種效率、可靠、便捷、高性價比的有線/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有線/無線的“管”的存在，比如局域以太網、串口、高速電力線載波（HPLC）、LoRa、ZigBee、WIFI等

邊：用于完成現場計算任務的計算機系統。邊”的主要角色，早期由傳統工控機、或者在要求不那么嚴格時，用一般的臺式機及服務器來承擔；目前開始出現以中高端ARM架構嵌入式系統構建嵌入式工控機的趨勢

端：用于實現對行業應用中對主設備（一次設備）進行監視和控制的裝置（二次設備）、以及物聯網環境中對各類主設備進行監控的設備（二次設備）。“端”的主要角色，早期由低端的嵌入式單片機系統實現；目前以逐漸過渡到以中低端嵌入式系統（主頻1GMHz以下）為主流方案

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

自動運行類，如網關、NVR、路由器、防火墻等，通過特別設計的工業級中低檔嵌入式計算機系統實現。部分具有簡單的基于字符/位圖的展示和特殊按鍵的參數配置和狀態顯示功能

交互運行類，完成監控和系統（含HMI人機交互界面）等功能，通過特別設計的工業級中高檔嵌入式計算機系統實現，具有矢量化圖形系統的交互能力

嵌入式工控機的典型應用場景

智能配電房、機房動力環境、泵站、智慧園區、智慧校園、智能制造等現場的邊緣“大腦”，實現與現場數采單元、測控裝置、保護設備、PLC設備、CNC設備、機器人設備的接入、協議解析、報警處理、轉換、整合傳輸與控制

嵌入式SCADA系統（C/S、B/S模式）

100ms級別的軟PLC

工控/物聯網現場小型數據服務器

滿足“智改數轉”要求的企業車間級工業看板/OEE看板、輕量級MES前端數采和展示

基于行業應用的第三方算法、模型的開發與運行平臺

視頻前端設備的接入與推送、視頻錄像與聯動、視頻AI分析接口及分析結果的綜合聯動

現場網絡安全及審計

BPI-6202 嵌入式單板工控機介紹

產品介紹

產品概述

BPI-6202，是Banana Pi 社區與吉斯凱達公司面向各種工業控制領域需求研發的、高性價比的通用嵌入式單板工控機，對標J1800/J1900及其它同類嵌入式產品，具有如下優勢：

工業級產品，性能強功耗低：工規級標準，性能超越賽揚；低功耗無散熱，長期運行

抗干擾設計，適應惡劣工況：電源/網口/串口均按EMC3~4級設計

單板式結構，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

產業鏈整合，確保質優價廉，通過優化產業鏈環節，保障量產品質，極致降低成本

創新性組合，滿足不同需求，開放硬件資料、單板件/整機/工控軟件，任意選擇

長生命周期，長期穩定供貨，CPU原廠承諾10年供貨，保證研發投入的最大回報

由于BPI-6202具有較強的算力和較多的資源，，在完成上述功能外，還能夠提供各種數據接口，為更多的行業應用優化算法提供理想的計算環境和二次開發能力。

含機殼的CS6202外觀如下圖所示。

BPI-6202接口說明

序號	端口	說明
1	HDMI 1.4接口	如需輸出視頻，使用HDMI視頻線纜連接視頻輸出端口和顯示器。說明:HDMI視頻線纜不在安裝附件包中，需要用戶自行購買，請選擇長度小于3M的屏蔽線
2	USB接口	使用USB接口連接鍵盤/鼠標/觸摸屏、以及連接U盤。說明：USB接口不支持存儲設備熱插拔。
3	以太網口	使用網線連接設備以太網口到交換機,支持1 x 1000M + 1 x 100M
4	RS232/RS485串口	鳳凰端子，RS232 x 1+ RS485 x 2,將線纜端子與CS6202的鳳凰端子接口相連接，并確保對端設備和BPI-6202都已經連接地線。
5	直流電源端子	鳳凰端子，采用24V直流供電
6	WiFi天線座	SMA-K（外螺紋+內孔),如需使用天線連接網絡，將天線設備通過天線接口連接至BPI-6202。標配1根天線,Wifi天線，4G+WiFi；
7	4G/5G天線座	標配一根4G天線，如需擴展5G，需采用定制機箱并另外配置4根天線
8	3個指示燈	自上至下，分別為：系統運行燈，正常運行時定時閃爍;預留燈(編程可控）;4G/5G運行燈，顯示蜂窩通訊狀態

主要特點

1,工業成品與應用開發平臺,BPI-6202嵌入式單板工控機，可以扮演如下角色：

工控應用成品：以其所具有的豐富硬件資源（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模式的SCADA、應用發布、PLC編程、網關安全及審計等功能），直接應用于工程現場

行業應用二次開發的基礎平臺：提供基于Linux + Ngnix/HTTPS+ C/Python/Java/JS + MySQL/Sqlite/InfluxDB + Docker的開發環境、接口及應用環境，滿足各類應用開發者需要

小型數據應用服務器：提供安全可靠、價格低廉、具有充裕算力和存儲能力（大容量SSD硬盤）的邊緣計算/控制節點

硬件/操作系統的開源項目:向生態伙伴提供完全的硬件板卡級開源，提供6202單板工控機的原理圖、PCB圖等完整的硬件資料和基本操作系統，支持用戶在6202單板工控機的基礎上，自行開發更多的單板應用系統

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℃寬溫運行

執行GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5標準，EMC III級

3,可擴展功能

支持定制外殼的板卡擴展，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，以及其他行業應用的定制模塊，采用內部高速總線與6202主板通信

4,數據+視頻現場整合

多年積累的300+國際/國家/行業/企業協議庫，即插即連，提高接入效率，解析數據準確

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，攝像頭AI分析事件捕獲/上傳功能（近期發布），數據OSD打碼功能（近期發布）

解決長期以來視頻監控獨立于數據監控、需要視頻廠家前端+后端綁定方案痼疾和痛點

5,輕量級PLC功能（近期發布）

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

6,多種南向/北向通信方式

支持2個獨立IP網口（1G+100M）*支持2路RS485串口+1路RS232 Console

支持WIFI、4G/5G通信

可擴展支持CAN、ZigBee、Lora通信

7,HMI及上位機功能集成

通過HDMI/USB接口連接觸摸屏/大屏-鍵盤-鼠標，應用程序可實現友好的HMI交互

配合內置的全功能SCADA系統（C/S架構和B/S架構），取代現場X86+Windows架構的上位機計算機系統，適合無人值守環境，具有極高的性價比

8,多核架構、資源豐富、算力充裕

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

內置大容量SSD硬盤

豐富的計算資源，確保更多的邊緣計算能力

內置軟件狗加密芯片

內置國網通信專用加密芯片

9,多種二次開發接口

C、表達式、梯形圖、Java、Python、SqLite編程接口

Docker功能

內部邏輯結構

外部連接方式

技術說明

BPI-6202嵌入式單板工控機，配置2個獨立MAC以太網端口（1G+100M）、2個RS485+1個RS232端口、HDMI/USB，可加裝大容量SDD硬盤，功能強大、價格低廉、尺寸小，導軌安裝方便，提供最具性價比的現場工控解決方案。作為邊緣計算的主控節點，CS6202充分利用了嵌入式多核計算的強勁功能，能夠接入、處理并展示大量的現場數據；取代常規的網關+小型監控系統，實現最優的解決方案。

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

BPI-6202內置300+規約解釋庫和實時數據庫，可連接國內外各種保護裝置、測控裝置、IEDs等設備，并支持IEC61850。可根據用戶要求定制特殊規約；提供開放的API，方便用戶自行開發規約軟件，規約軟件可獨立下載。

BPI-6202支持數百臺設備的接入，數據協議解析、轉換與統一傳輸。

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，實現對多廠家視頻前端設備（IPC、NVR）的兼容接入，配置大容量硬盤后可取代NVR，實現視頻錄像及回放功能。獨有的基于數據+視頻的聯動功能，提供了業界唯一的數據+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（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方式的SCADA功能，通過C/S+B/S模式的混合組態工具，可靈活選擇C/S及B/S風格的

BPI-6202支持如下配置方式：

內置WEB管理，通過網頁查詢／配置設備的工作參數

專用的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，實現固件和應用程序的升級

BPI-6202使用了獨創的iCoupler?數字隔離技術、RS485自動方向控制、RS485零延時傳送技術，在設計上充分考慮了工業現場應用的特殊性，遵循EMI/EMC設計規范，對不同類型的RS485設備適應性強、兼容性好，能夠適應各種嚴酷的工業現場和物聯網現場，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)內置300+通訊規約庫（詳見協議列表清單），包括：MQTT及其它物聯網協議、BACNET、OPC UA、IEC 60870-5-101/103/104、CDT、SPABUS、標準MODBUS及數十個變種，即插即通；可根據需求快速定制特殊協議，可提供二次開發環境

2)支持西門子/AB/施耐德/三菱等各類PLC連接

3)支持主流CNC設備接入、主流機器人設備接入

4)支持IEC61850 Server/Client功能，實現傳統規約與61850的雙向轉換

5)視頻流獲取、傳輸、分發，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)強電磁兼容性設計，符合國際相關標準，具有良好的抗干擾能力

13)可進行二次開發，提供完整的協議開發工具、各種API接口，可自由定制協議、部署各種行業應用app

14)導軌式安裝，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)內置網絡安全模塊，支持黑白名單及協議安全控制、審計、日志功能

技術規格

處理器及OS	全志A40I ARM Cortex-A7 四核1.2GHz，Ubuntu/Mate
內存	2GB DDR3，8GB EMMC ；可配大容量SSD硬盤
基本通信功能	?以太網口：1 x 1000M + 1 x 100M，獨立MAC,2 x RS485，帶隔離 + 1 x RS232 Consoel帶隔離,4G/5G全網通+WiFi
擴展功能模塊	預留橫向擴展能力，可定制各種功能模塊的擴展，先期包括：RS485：帶隔離;DI：無源輸入型，模塊提供24V隔離電源;?DO：繼電器輸出型，NC、COM、NO節點;AI：0-5V/4-20mA，2線/3線輸入，板卡提供24V隔離電源;?AO：0-5V/4-20mA，2線/3線輸出，外部提供24V隔離電源;AI + AO：0-5V/4-20mA，2線/3線輸入/出。電源同上;其它定制模塊
HMI接口	?HDMI1.4，支持1080p@60fps;USB支持鍵盤、鼠標；或電阻/電容顯示屏接口
數據處理能力	?設備接入能力：<=128臺（根據帶寬和采樣周期可調）;模擬量<10000;數字量<10000;控制量<10000;表達式計算定義、報警處理
視頻處理能力	?視頻RTSP/RTMP、Onvif、GB28181;視頻錄像、回放;數據觸發片段視頻錄像、上傳;視頻AI事件回傳并聯動、數據OSD打碼;本地流媒體服務;H.264/H.265播放
SCADA功能	全功能SCADA系統，處理點數：2048點，C/S或B/S模式
開發環境	C/表達式/梯形圖/Java/Python等邊緣計算二次開發環境
加密芯片	?軟件許可證授權加密芯片（SMEC98SP）;國網通信專用加密芯片（SC1161Y）
電源 ?	DC：24V

環境規格

項目	說明
工作溫度	-40~+60℃
存儲溫度	-40~+75℃
工作濕度（RH）	5%~95%無冷凝
存儲濕度（RH）	5%~95%無冷凝
海拔高度	<5000m
防雷	內置防雷元件，支持戶外使用，符合高等級EMC標準
防護等級	IP40
散熱方式	無風扇自然散熱
電磁兼容	EMC III級，GB/T17626、GB/T15153、IEC61850-3、EN61000-6-5
安規	GB/T7621-2008
認證	CE認證

物理規格

尺寸（寬x深x高）	36mm x105mm x 145mm，導軌式安裝,定制擴展的寬度為30mm x n+6（n≥2，為定制擴展時的寬度）
重量	0.5kg
功耗	典型功耗：5W ,最大功耗：10W

合作方式

1,BPI-6206為一款開源硬件產品，Banana Pi 社區提供所有的BSP板級支持代碼，并在代碼中支持Docker容器。 有技術開發能力的客戶，直接在BPI-6202上進行二次應用開發。

2，BPI-6202為完整工控產品，客戶可以直接用來進行工業控制，提供完全的產品級支持。

審核編輯黃宇