嵌入式工控機，引領未來工控機市場

本刊記者/宋慧欣

嵌入式系統無疑是當前最熱門最有發展前途的IT應用技術之一。其應用領域日益親民，特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。如手機、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3 Player、數字相機(DC)、數字攝像機(DV)、U-Disk、機頂盒(Set Top Box)、高清電視(HDTV)、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數控設備或儀表、汽車電子、家電控制系統、醫療儀器、航天航空設備等等都是典型的嵌入式系統。而隨著嵌入式技術的發展，基于嵌入式系統的工控機產品也成為了近年來工控行業的一大發展趨勢，小型化、低功耗、無風扇、寬溫設計、適應惡劣工作環境的種種優勢使其迅速得到新興市場領域的青睞，而傳統機架式IPC“一統天下”的原有市場局面正在發生翻天覆地的變化。

嵌入式工控機與傳統工控機之爭

與傳統工控機相比，嵌入式工控機以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本，體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。主要的優勢在于：

（1）產品功能適配性好，與被測被控對象功能幾乎完全匹配，具有一定的擴展性但不以擴展為主要目的，因而產品性價比很高；

（2）裝置小型化是主要體現之一，體現為緊湊型設計，結構設計沒有標準可參考，要充分考慮對外接口及安裝空間合理利用；

（3）可靠性要求高，在電氣功能滿足可靠性設計基礎上，要仔細考慮散熱設計、電磁兼容設計、防塵防水設計、抗震動設計等可靠性設計內容；

（4）超低功耗無風扇設計為主流。由于裝置小型化后，散熱能力有限，且嵌入式系統MTBF（平均無故障工作時間）要求也很高，特別在無人值守類應用，超低功耗無風扇設計成為必須。

當前，嵌入式工控機在應用數量上遠遠超過了各種傳統工控機，制造工業、過程控制、網絡、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備等均是嵌入式工控機的應用領域。

正是基于嵌入式工控機的強大優勢，其將替代傳統工控機產品，“一統天下”之說日益盛行，對此研華（中國）公司工業自動化事業群產品經理王海波表示：“與傳統工控機相比嵌入式產品提供了更高的可靠性，更加適應工業的復雜、苛刻的現場環境。隨著用戶對工業計算機要求的不斷提高及嵌入式技術的發展，嵌入式工控機替代傳統工控機是產業趨勢?！?/p>

而Moxa嵌入式產品銷售總監張彝懋卻認為這兩者各有所長，并不是單純的替代關系：“傳統的工控機在中國擁有廣泛且堅實的基礎，因其價格低、系統組成彈性較高，已被廣大的技術人員所熟悉和認可。主要組成部分包括工業機箱、無源底板及可插入其上的各種板卡組成，如CPU卡、I/O卡等。而嵌入式計算機通俗的說，則是針對某類特殊應用，以計算機技術為基礎，提供軟/硬件整合的平臺，適合對可靠性、性價比、體積和功耗等要求更高的應用。我們認為這兩者各有所長，而不是單純的替代關系。市場需求很大，在合適的應用下應該選擇合適的產品。但是，我們建議在一些特定環境的應用，例如工業環境、關鍵應用、苛刻條件下，應當選擇一臺合適的嵌入式計算機，不僅可以滿足應用的需求，也是具有高性價比，以及降低維運和人力成本的一個最佳選擇?！?/p>

北京康拓科技有限公司工控事業部總經理王迎春分析認為：“嵌入式工控機的發展迅猛，已在很多領域替代了傳統工控機產品，但是并不能完全替代傳統工控機。首先，嵌入式工控機在整個測控系統中所處的位置，往往在前端，嵌入式工控機向上的連接往往是傳統工控機，傳統工控機的運算能力、軟件資源、數據庫支持等方面都是嵌入式工控機難以企及的；其次，在大型系統構建中，傳統工控機的系統擴展能力、網絡通訊能力也是嵌入式工控機難以替代的；還有，在可視化設計、流程監控、數據統計、科學計算、原型仿真設計、在環仿真等領域，傳統工控機具有先天的優勢?！?/p>

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王海波

我們看到，在中國制造業疲軟情況下，我們的客戶轉而更多的投入到生產線自動化升級、提高生產效率的自動化項目建設中，提升因高速發展而忽略的一些環節。進行自動化升級、建設的客戶群正在逐漸增大，此外，應用現場的前移也成為必然的需求，也就要求嵌入式工控機必須具備更高的可靠性、更強的環境適應能力、更多的安裝方式等特性。未來，我們將面對更加廣泛的市場，同時對嵌入式工控機制造商提出了更高的要求。

張彝懋

傳統的工控機在中國擁有廣泛且堅實的基礎，因其價格低、系統組成彈性較高，已被廣大的技術人員所熟悉和認可。主要組成部分包括工業機箱、無源底板及可插入其上的各種板卡組成，如CPU卡、I/O卡等。而嵌入式計算機通俗的說，則是針對某類特殊應用，以計算機技術為基礎，提供軟/硬件整合的平臺，適合對可靠性、性價比、體積和功耗等要求更高的應用。我們認為這兩者產品各有所長，而不是單純的替代關系。市場需求很大，在合適的應用下應該選擇合適的產品。但是，我們建議在一些特定環境的應用，例如工業環境、關鍵應用、苛刻條件下，應當選擇一臺合適的嵌入式計算機，不僅可以滿足應用的需求，也是具有高性價比，以及降低維運和人力成本的一個最佳選擇。

王迎春

我認為嵌入式工控機技術的未來發展趨勢體現在兩個高度結合上，一個是和行業發展對工控機的需求高度結合，無論是電力、鐵路、機械制造等行業，提高裝備智能化水平是大勢所趨，但如何將嵌入式工控機深入應用到這些裝備中，和行業特點緊密結合，是擺在工控機同行面前的課題；另一個是和嵌入式操作系統的高度結合，嵌入式工控機的應用一般都需要配置嵌入式實時多任務操作系統，這就需要在工控機主板設計階段就要考慮選擇什么樣的操作系統，如何實現硬件底層的驅動和操作系統任務的同步，這是目前很多行業應用所涉及的共性問題。

市場之變

近年來，國際上FCS、DCS、PLC、IPC、NC以及各類嵌入式控制裝置正處在快速發展之中，市場規模以每年10%～15%的速度增長，而我國的發展速度更居于世界前列，目前我國工控機的市場規模約200億元。但2012年受全球金融環境影響，中國經濟增速明顯放緩，中國自動化行業受此影響，增長率下滑明顯。這讓我們面對未來市場發展，不得不趨于理性，但提及未來中國嵌入式工控機市場前景，工控機廠商顯然充滿樂觀。

北京康拓科技有限公司工控事業部總經理王迎春表示：“總體來說，嵌入式工控機的未來市場發展前景十分樂觀，市場潛力相當巨大。無論國家“十二五”針對高端裝備的規劃，還是國家對智能電網的大力支持和推廣，這些行業和領域的發展都離不開嵌入式工控機的影子，僅就智能電網來說，整個數字化變電站控制層分為過程層、間隔層和站控層，過程層中的變壓器、高壓開關等一次設備需要智能化，而且需要強大的數據通訊和處理能力，這就需要采用嵌入式工控機技術來設計和應用，以滿足技術和工作環境的需要，這對嵌入式工控機的需求量是非常大的。”

研華（中國）公司工業自動化事業群產品經理王海波認為客戶需求的轉變將給嵌入式工控機帶來廣泛的市場：“我們看到，在中國制造業疲軟情況下，我們的客戶轉而更多的投入到生產線自動化升級、提高生產效率的自動化項目建設中，提升因高速發展而忽略的一些環節。進行自動化升級、建設的客戶群正在逐漸增大，此外，應用現場的前移也成為必然的需求，也就要求嵌入式工控機必須具備更高的可靠性、更強的環境適應能力、更多的安裝方式等特性。未來，我們將面對更加廣泛的市場，同時對嵌入式工控機制造商提出了更高的要求。”

Moxa嵌入式產品銷售總監張彝懋則告訴我們隨著市場需求的變化Moxa已做好了全方位的準備：“隨著市場需求的多樣化，僅僅提供泛用型產品早已不能完全滿足客戶的需要，M oxa認為針對行業的客制化需求會大量增加，專用機的概念會更加盛行。Moxa的專業設計服務（PDS）包含兩類，一個是全范圍客制化服務，也就是說需要一個全新的硬件和軟件開發；另一個是局部客制化服務，也就是對硬件或軟件進行部分調整。而其中Moxa提供了多種軟件和硬件的技術，包括多種接口通訊技術、立即可用的Rcore軟件開發平臺、全面的散熱技術、多種行業認證、高可用性和保形涂層的設計，可以為用戶帶來高質量的硬件+軟件增值服務。而用戶只需將精力放在自身核心競爭力的提升?！?/p>

隨著嵌入式技術的發展，基于嵌入式系統的工控機產品也成為了近年來工控行業的一大發展趨勢，小型化、低功耗、無風扇、寬溫設計、適應惡劣工作環境的種種優勢使其迅速得到新興市場領域的青睞，而傳統機架式IPC‘一統天下’的原有市場局面正在發生翻天覆地的變化。

技術之變

隨著市場需求的增長也必然帶來激烈的市場競爭，對于嵌入式工控機供應商來說，如何把握技術發展趨勢，為客戶提供滿足需求的高性價比產品和解決方案是制勝關鍵。

對嵌入式工控機技術的未來發展趨勢，M oxa嵌入式產品銷售總監張彝懋表示：“對于產品而言，Moxa認為x86會持續遵循主流CPU制造商的發展路線，未來在兼容性、處理性和低功耗上持續推出更多的產品。而RISC架構具有時鐘頻率低、功率消耗少、溫升少等特點，提高了系統可靠性，未來也會發展出更多的應用平臺和產品。用戶對于基于Linux的嵌入式計算機的需求會與日俱增，甚至會發展到ANDROID系統。所以為了迎合主流的OS系統，驅動開發和Linux平臺的應用軟件也會大量推出。

以前IPC比較多的是監測終端設備，現在M oxa提倡嵌入式計算機也要可以被監測，更提出了一個“智能自愈（Smart Recovery）”的概念。Smart Recovery 可以實現嵌入式計算機的定期保養、快速復原和定期復原等功能，避免因系統日常運行而帶來的運行不暢或系統損毀的故障。另外，Moxa嵌入式計算機可提供自我健康管理的設定，一旦數據超過設定范圍，會主動發出報警。這樣的功能也使得M oxa嵌入式計算機可以在系統中穩定運行，以提升整體可靠性?！?/p>

對此研華（中國）公司工業自動化事業群產品經理王海波的答案則言簡意賅：“符合用戶應用就是發展趨勢。研華也必將在這方面提升產品。我們以全生命周期費用管理的角度，給用戶提供最適用的產品。希望通過我們的努力也能幫用戶以最少的投入獲得最大的收益?！?/p>

北京康拓科技有限公司工控事業部總經理王迎春認為嵌入式工控機技術的未來發展趨勢體現在兩個高度結合上：“一個是和行業發展對工控機的需求高度結合，無論是電力、鐵路、機械制造等行業，提高裝備智能化水平是大勢所趨，但如何將嵌入式工控機深入應用到這些裝備中，和行業特點緊密結合，是擺在工控機同行面前的課題；另一個是和嵌入式操作系統的高度結合，嵌入式工控機的應用一般都需要配置嵌入式實時多任務操作系統，這就需要在工控機主板設計階段就要考慮選擇什么樣的操作系統，如何實現硬件底層的驅動和操作系統任務的同步，這是目前很多行業應用所涉及的共性問題。康拓工控未來嵌入式工控機產品將在兩個方面進行創新和提升：一方面是提升產品的品質，另一方面是提升產品的安全性?！?/p>