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BECKHOFF CX51x0 系列嵌入式 PC 硬件手册
时间: 2026-06-08浏览次数：
BECKHOFF CX51x0 系列嵌入式 PC 硬件手册
BECKHOFF CX51x0 系列嵌入式 PC 硬件手册
产品整体概述
产品定位与机型划分
CX51x0 为模块化 DIN 导轨安装嵌入式 PC，基于英特尔 Atom 架构，分为CX5120、CX5130、CX5140三款硬件机型，核心差异为处理器、内存：
| 机型 | 处理器 | 核心 | 内存 |
| CX5120 | Intel Atom E3815 1.46GHz | 单核 | 2GB DDR3 |
| CX5130 | Intel Atom E3827 1.75GHz | 双核 | 4GB DDR3 |
| CX5140 | Intel Atom E3845 1.91GHz | 四核 | 4GB DDR3 |
全系标配fTPM 2.0 安全芯片、内置 1 秒超级电容 UPS、双千兆网口、4 路 USB2.0、DVI-I 接口，搭载 CFast 与 MicroSD 双存储插槽，内存不可后期扩容。
硬件架构
芯片组：CPU 集成显卡、内存控制器，搭配 Intel i210 千兆网卡、FPGA 实现 E/K 总线；
总线体系：PCIE 总线承载网口、串行接口、FPGA；SATA 对接 CFast，IDE 对接 MicroSD；
供电：外部 24VDC 输入，整机通过电源模块为板卡、总线端子统一供电。
系统与软件选配
支持操作系统：Windows Embedded Compact 7、Windows Embedded Standard 7 P、Windows 10 IoT Enterprise 各 LTSB/LTSC 版本、TwinCAT/BSD；其中 WinCE 已停止安全更新。
TwinCAT 软件：支持 TwinCAT 2/3，可实现 IEC 61131-3 标准 PLC、多轴运动控制（电子齿轮、飞锯、凸轮等）。
命名规则：机型后缀区分操作系统、TwinCAT 授权，出厂预装不同组合，不可现场随意更换。
标配 + 可选接口
标准内置接口（出厂标配）
USB(X100~X103)：4 路 USB2.0 Type-A，单口最大 500mA，用于键鼠、U 盘、外设。
双千兆以太网 (X000/X001)：独立 10/100/1000M 网口，带链路 / 速率指示灯，默认用于 EtherCAT 通讯。
DVI-I(X200)：兼容数字 + 模拟信号，最长 5m，最高分辨率 1920×1200，可转接 VGA 显示器。
原厂选配接口（仅出厂预装，不可现场加装）
共 10 类扩展接口，覆盖视频、串口、音频、主流现场总线：
N010（DVI-D）：纯数字视频接口，最大分辨率 1920×1200；
N011（DisplayPort）：音视频一体，最高 2560×1600，可转接 DVI/HDMI；
N020（音频）：3.5mm 接口，含线路输入、麦克风、线路输出（最大 200mW），防爆区禁用；
N030（RS232）：9 针 D-Sub，最高 115k 波特率；
N031（RS422/RS485）：光电隔离，支持终端电阻、回声等多种模式，波特率 115k；
M112（EtherCAT 主站）、B110（EtherCAT 从站）：RJ45 接口，支持 EtherCAT 环网冗余；
M310/B310（PROFIBUS 主 / 从）：9 针接口，速率 9.6k~12M；
M510/B510（CANopen 主 / 从）：9 针接口；
M930/B930（PROFINET RT 控制器 / 设备）：双 RJ45 网口。
安装、接线与上电
机械安装要求
安装导轨：适配 TS35/7.5、TS35/15 标准 DIN 导轨。
安装姿态：仅允许水平安装；设备上下必须预留30mm通风间隙，保证散热；环境温度范围 - 25℃ ~ +60℃。
防振：振动场景需额外加装固定支架，防止设备滑落。
端子安装禁忌：无源 EtherCAT 端子（如 EL9195）不可直接紧靠电源端安装，会干扰 E-bus 信号，可在 TwinCAT 中识别无源端子。
存储卡拆装（CFast/MicroSD）
操作前提：必须整机断电，禁止热插拔；
拆装方式：按压式弹开结构，推入卡听到卡扣声即为安装到位；
要求：仅使用倍福工业级存储卡，具备宽温、高擦写寿命，第三方卡易损坏、丢数据。
电源接线
输入规格：外部24V DC，电压允许波动 - 15% ~ +20%。
端子区分：
Us 24V：为嵌入式 PC、总线系统供电；
Up 24V：为总线端子、传感器 / 执行器供电。
线缆规范：线径 0.5~2.5mm²（AWG20~14），剥线长度 8~9mm；
安全规范：
断电接线，0V 与保护地短接（符合 EN 60204-1 PELV 标准）；
UL 要求：前端配最大 4A 熔断器，或使用 NEC Class2 隔离电源；
断电操作：仅断开 24V 正极，严禁断开地线，避免杂流损坏设备。
上电判断：两路电源指示灯均亮绿色，代表供电正常。
开关机流程
开机：确认接线、端子、安装无误后，接通外部 24V 电源，设备自动启动；
关机：先正常关闭软件、操作系统，再切断外部电源，禁止运行中直接断电，防止存储卡数据损坏。
系统配置与软件操作
操作系统相关配置
网络配置（Win7/Win10）
网口识别：系统设备管理器中可区分两路千兆网卡；
巨型帧（Jumbo Frames）：需安装原厂 Intel 网卡驱动（会卸载倍福实时驱动），支持 4088/9014 字节帧，适合大数据传输；
网卡聚合（NIC Teaming）：同样需原厂驱动，实现链路冗余、故障自动切换。
实时驱动恢复：使用TcRteInstall.exe工具重装倍福 EtherCAT 实时驱动。
串行接口（N030/N031）配置
串口存在两种工作模式，需在 BIOS 中切换，二选一不可混用：
TwinCAT 模式：BIOS 设为 PCI 模式，串口在系统设备管理器隐藏，TwinCAT 中识别为 COM99；
Windows 模式：BIOS 设为 ACPI 模式，系统内识别为标准 COM 口，TwinCAT 无法调用。
音频配置（WinCE）
通过 CX 配置工具开启音频设备，调节输入、输出音量与信号源。
远程管理（Beckhoff Device Manager）
访问方式：同网段浏览器访问，旧版用 HTTP (80 端口)，新版用 HTTPS (443)；
默认账号：用户名 Administrator，密码 1；
功能：查看设备温度、负载、风扇、固件，可开启远程桌面（CE 系统），搭配 CERHOST 工具实现远程控制。
TPM 安全芯片
整机搭载 fTPM 2.0 固件级安全芯片，默认关闭；需在 BIOS 中开启，仅支持 64 位 Win10 1809 及以上版本，用于数据加密、防篡改。
TwinCAT 组态与功能
设备扫描：TwinCAT 中通过 IP / 主机名搜索、扫描 CX51x0，自动识别 E-bus/K-bus 端子；
串口配置：在 TwinCAT 中选择 PCI 设备模式完成串口参数配置；
EtherCAT 电缆冗余：利用双网口搭建环网，线缆故障时自动切换，保障通讯连续；
硬件看门狗：调用FB_PcWatchdog_BAPI功能块，程序卡死 / PLC 停止时自动重启设备。
秒内置 UPS（超级电容）
功能说明
内置超级电容，断电后可维持约 1 秒供电，最多保存 1MB 持久化数据，防止断电数据丢失；仅作用于主控，不支持 K/E 总线供电。
配置要点
BIOS：开启 SUPS 功能，可设置充电延时、USB 断电等参数；
写过滤：Win 系统启用 EWF/FBWF/UWF 时，需将 TwinCAT 启动目录加入例外，否则无法保存数据；
PLC 编程：调用FB_S_UPS_CX51x0功能块，支持多种模式：保存数据后关机、仅存数据、直接关机、状态检测；
数据校验：通过系统变量判断持久化数据是否正常加载，支持备份文件调用。
故障诊断与指示灯说明
整机诊断 LED
指示灯 状态含义
PWR 电源正常亮绿色，启动阶段红 / 黄短暂亮起
TC TwinCAT 运行（绿）、停止（红）、故障 / 崩溃（黄）
HDD CFast 卡读写时红灯闪烁
FB1/FB2 现场总线状态指示灯
总线诊断
K-bus（总线端子）
K-BUS RUN：绿灯常亮 = 通讯正常；
K-BUS ERR：红灯闪烁代表故障，通过快闪起始 + 两段慢闪区分故障码与故障位置，支持端子断路、寄存器错误、配置不匹配等十余类故障，可断电复位；
软件诊断：TwinCAT 中读取 State 状态变量，按位解析总线错误、任务不同步等问题。
E-bus（EtherCAT 端子）
L/A 指示灯：熄灭 = 未连接；常亮 = 已连接无数据；闪烁 = 正常数据传输。
常见故障及处理
整机无反应：检查 24V 电源、熔断器、接线；
无法开机：检查存储卡是否插紧、系统文件损坏、BIOS 设置异常；
总线通讯异常：对照指示灯排查端子、线路、配置。
维护、拆卸与报废
定期维护与备件更换
官方建议更换周期：
主板电池、UPS 电池、风扇：5 年；
CFast/MicroSD/SSD：10 年；
工业硬盘：5 年（高温环境缩短周期）。
日常维护
清洁：断电后用软湿布擦拭机身，禁止高压气、腐蚀性清洁剂、硬质工具；保持通风口通畅。
电池更换：整机断电，更换 CR2032 3V 纽扣电池，更换后重新校准系统时间。
防静电：所有拆机、换件操作必须做好防静电措施。
拆机与报废
拆机步骤：关闭系统→切断电源→拆除所有线缆→解锁 DIN 导轨卡扣→取下设备；
报废：整机拆解后，电子元器件严格按照当地电子废弃物法规回收，禁止随意丢弃。
核心技术参数汇总
供电：24V DC（-15% ~ +20%），CX5120 最大功耗 11W，CX5140 最大 16W；
环境：运行 - 25℃~+60℃，存储 - 40℃~+85℃，湿度≤95%（无凝露），IP20；
抗扰：振动、冲击、EMC 符合对应 EN 标准；
总线容量：K-bus 最多 64 个端子（扩展 255 个），EtherCAT 支持 65534 个端子；
显示：DVI-I/DP 接口最高支持 2560×1600 分辨率；
防护认证：标配 CE、UL；可选 ATEX、IECEx、CCC 等防爆认证。
