嵌入式工控機(jī)概述
嵌入式工控機(jī)定義及應(yīng)用場(chǎng)景
工控機(jī)(Industrial Personal Computer,簡(jiǎn)稱IPC)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的增強(qiáng)型微型計(jì)算機(jī),廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和控制。工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)通常在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行。數(shù)據(jù)安全性要求也更高,所以工控機(jī)通常會(huì)專門設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)的主流解決方案??梢远x為傳統(tǒng)的工控機(jī)。一般來說
傳統(tǒng)工控機(jī)在工控領(lǐng)域的自動(dòng)化、信息化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用的同時(shí),其固有的弱點(diǎn)也一直困擾著制造商、集成商和用戶。每個(gè)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(dòng)設(shè)備(手機(jī)、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(diǎn)。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(shí)際需求并具有一定超前性的解決方案。利潤(rùn)率更高、價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)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(shí),通過快速的程序設(shè)計(jì)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(jī)相比,基于嵌入式計(jì)算機(jī)架構(gòu)而專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng)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(duì)比如下:
主要特點(diǎn)
嵌入式工控機(jī)已經(jīng)成為傳統(tǒng)工控機(jī)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。未來前者對(duì)后者形成壓倒性優(yōu)勢(shì),毫無懸念
嵌入式工控機(jī)應(yīng)用場(chǎng)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng),甚至嵌入式系統(tǒng)軟硬件廠商)試圖進(jìn)入的一場(chǎng)戰(zhàn)斗。利潤(rùn)比較高的行業(yè)。是行業(yè)市場(chǎng)監(jiān)測(cè)的一次又一次嘗試;也是一場(chǎng)開啟“民智民智”,普及專業(yè)知識(shí)的啟蒙運(yùn)動(dòng)。這場(chǎng)持續(xù)了十余年的大風(fēng)暴,將普羅大眾對(duì)監(jiān)控應(yīng)用的需求和想象擴(kuò)展到了各行各業(yè)的各個(gè)角落
“云-管-邊-端”概念是基于互聯(lián)網(wǎng)思維和術(shù)語(yǔ)對(duì)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心系統(tǒng)和更先進(jìn)的應(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”計(jì)算機(jī)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(jià)比的有線/無線通道?!霸啤迸c“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(chǎng)的“邊”和“端”之間,也有適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)計(jì)算任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。“邊緣”的主要角色早期由傳統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)承擔(dān),或者在要求不那么嚴(yán)格時(shí)由一般臺(tái)式機(jī)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(jī)的趨勢(shì)
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(jī)系統(tǒng)實(shí)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(jī)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(jī)主要承載以下兩類功能:
通過專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)低端嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)、NVR、路由器、防火墻等自動(dòng)化操作。部分具有簡(jiǎn)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(jī)交互界面)等功能,通過專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)中高端嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),具有矢量圖形系統(tǒng)的交互能力
嵌入式工控機(jī)典型應(yīng)用場(chǎng)景
智能配電房、機(jī)房動(dòng)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元、測(cè)控裝置、保護(hù)設(shè)備、 PLC設(shè)備、CNC設(shè)備、機(jī)器人設(shè)備接入、協(xié)議解析、報(bào)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(jí)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(jí)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(yùn)營(yíng)平臺(tái)
視頻前端設(shè)備接入與推送、視頻錄制與聯(lián)動(dòng)、視頻AI分析接口與分析結(jié)果綜合聯(lián)動(dòng)
現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)安全和審計(jì)
應(yīng)用場(chǎng)景
BPI-6202嵌入式單板工控機(jī)
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(dá)公司針對(duì)各個(gè)工控領(lǐng)域開發(fā)的一款高性價(jià)比的通用嵌入式單板工控機(jī)。與J1800/J1900等同類嵌入式產(chǎn)品相比,具有以下優(yōu)勢(shì):
工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,性能強(qiáng),功耗低:工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),性能超越賽揚(yáng);低功耗無散熱,可長(zhǎng)期運(yùn)行
抗干擾設(shè)計(jì),適合惡劣工況:電源/網(wǎng)口/串口均按EMC3~4等級(jí)設(shè)計(jì)
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(zhǎng)
產(chǎn)業(yè)鏈的整合保證了質(zhì)優(yōu)價(jià)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(jī)/工控軟件,可選
超長(zhǎng)生命周期,長(zhǎng)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(bào)
由于BPI-6202具有強(qiáng)大的計(jì)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(jì)算環(huán)境和二次開發(fā)能力。
CS6202包括機(jī)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(tái)BPI-6202嵌入式單板工控機(jī),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(jì)功能),直接應(yīng)用于工程現(xiàn)場(chǎng)
行業(yè)應(yīng)用二次開發(fā)基礎(chǔ)平臺(tái):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(jià)格低廉的邊緣計(jì)算/控制節(jié)點(diǎn),并有足夠的計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量(大容量SSD硬盤)
硬件/操作系統(tǒng)開源項(xiàng)目:向生態(tài)伙伴提供完整的硬件板級(jí)開源,提供6202單板工控機(jī)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(jī)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(jí)標(biāo)準(zhǔn):
工業(yè)級(jí)低功耗無風(fēng)扇設(shè)計(jì),現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)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(jí)
3、可擴(kuò)展功能
支持定制機(jī)箱板卡擴(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、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(chǎng)整合
300+國(guó)際/國(guó)家/行業(yè)/企業(yè)多年積累的協(xié)議庫(kù),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(dòng)短視頻聯(lián)動(dòng)報(bào)警錄像功能、攝像機(jī)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(zhǎng)期以來視頻監(jiān)控獨(dú)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(diǎn)
5、輕量級(jí)PLC功能(近期發(fā)布)
通過IEC61131-3編程語(yǔ)言,可對(duì)網(wǎng)關(guān)內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行PLC編程,通過電氣IO模塊實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)PLC功能
6、多種通訊方式
支持2個(gè)獨(dú)立IP網(wǎng)口(1G+100M) *支持2個(gè)RS485串口+1個(gè)RS232 Console
支持WIFI、4G/5G通訊
可擴(kuò)展支持CAN、ZigBee、Lora通信
7、HMI與上位機(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)用可實(shí)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(chǎng)X86+Windows架構(gòu)上位機(jī)系統(tǒng),適用于無人值守環(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(jì)算資源保證更多的邊緣計(jì)算能力
內(nèi)置加密狗加密芯片
內(nèi)置國(guó)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(dá)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(jī),配備2個(gè)獨(dú)立MAC以太網(wǎng)口(1G+100M),2個(gè)RS485+1個(gè)RS232口,HDMI/USB,可安裝大容量SDD硬盤,功能強(qiáng)大,價(jià)格低廉,體積小,導(dǎo)軌安裝方便,提供最具性價(jià)比的現(xiàn)場(chǎng)工控解決方案。CS6202作為邊緣計(jì)算的主控節(jié)點(diǎn),充分利用了嵌入式多核計(jì)算的強(qiáng)大功能,可以對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(jí)MES/工業(yè)看板、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景。
BPI-6202內(nèi)置300+協(xié)議解釋庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),可接入國(guó)內(nèi)外各種保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、IED等設(shè)備,支持IEC61850??筛鶕?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(tái)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(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)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(shí)現(xiàn)錄像和回放功能。獨(dú)有的基于數(shù)據(jù)+視頻的聯(lián)動(dòng)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(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 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(yè)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(yuǎn)程管理,通過云端對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置和診斷,實(shí)現(xiàn)固件和應(yīng)用升級(jí)
BPI-6202采用獨(dú)創(chuàng)的iCoupler?數(shù)字隔離技術(shù)、RS485自動(dòng)方向控制、RS485零延時(shí)傳輸技術(shù)。設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng),兼容性好,能適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng),保證通信和各種IO信號(hào)量的可靠性。
筆記:
主要功能
1)內(nèi)置300+通訊協(xié)議庫(kù)(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(jī)器人設(shè)備
4) 支持IEC61850 Server/Client功能,實(shí)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(tái)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(dòng)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)電磁兼容設(shè)計(jì),符合相關(guān)國(guó)際標(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(jì)、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(jí)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(duì)BPI-6202進(jìn)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(jí)支持。
審核編輯:湯梓紅
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