一、傳統(tǒng)鋪絲機控制系統(tǒng)的核心痛點
1.多系統(tǒng)“信息孤島”，協(xié)同控制困難：傳統(tǒng)方案通常由獨立的運動控制系統(tǒng)（控制多軸機械臂與送絲機構(gòu)）、溫控系統(tǒng)（控制加熱輥）和膠量控制系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)通過不同的總線（如脈沖、模擬量、現(xiàn)場總線）通信，存在毫秒級的同步誤差與復(fù)雜的標定問題，導(dǎo)致纖維鋪設(shè)位置、溫度與樹脂含量無法在微觀層面精確匹配，影響層間結(jié)合質(zhì)量。
2.工藝參數(shù)固化，柔性生產(chǎn)受阻：不同鋪層設(shè)計（鋪放角度、順序、厚度）對應(yīng)著海量的工藝參數(shù)（軸運動軌跡、加熱溫度曲線、樹脂擠出量）。傳統(tǒng)系統(tǒng)依賴人工在多個界面分別設(shè)置和切換，效率低下且極易出錯，無法快速響應(yīng)小批量、多品種的先進復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)需求。
3.過程數(shù)據(jù)割裂，質(zhì)量追溯無門：運動軌跡、實時溫度、實際膠量等關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)分散在各個子系統(tǒng)中，缺乏統(tǒng)一時標，難以關(guān)聯(lián)分析。一旦構(gòu)件發(fā)生缺陷，無法精準回溯生產(chǎn)過程中的每一幀數(shù)據(jù)，根源分析困難，工藝優(yōu)化缺乏數(shù)據(jù)支撐。
4.系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，維護升級成本高：多供應(yīng)商硬件與軟件堆疊導(dǎo)致系統(tǒng)臃腫、接線繁雜，可靠性面臨挑戰(zhàn)。任何部件的升級或改造都可能引發(fā)復(fù)雜的連鎖調(diào)試，全生命周期成本高昂。
二、解決方案概述：BL370驅(qū)動的“運-溫-膠”一體化智能平臺
本方案以BL370系列作為鋪絲機的統(tǒng)一控制與計算核心，構(gòu)建一個深度集成、確定性的智能控制平臺。
1.核心大腦：采用搭載瑞芯微RK3562J處理器的BL372B主機，其四核Cortex-A53負責上層配方解析、數(shù)據(jù)管理和通信，Cortex-M0實時核心確保硬實時任務(wù)的確定性執(zhí)行，1TOPS NPU為未來集成視覺定位或工藝優(yōu)化AI算法預(yù)留算力。
2.統(tǒng)一控制網(wǎng)絡(luò)：通過內(nèi)置IgH EtherCAT主站，將所有的伺服軸（機械臂各關(guān)節(jié)、送絲牽引軸）、加熱輥溫控模塊、樹脂泵控制單元以及擴展IO全部納入一個硬實時通信環(huán)。EtherCAT的分布式時鐘機制可確保所有從站設(shè)備達到納秒級同步，從根本上解決多系統(tǒng)協(xié)同問題。
3.精準工藝執(zhí)行：利用Y系列模塊化IO，其中Y43板（AO模塊） 實現(xiàn)膠量的精密比例控制，Y58板（TC模塊） 實現(xiàn)加熱輥溫度的精確測量與閉環(huán)控制。
4.軟件智能賦能：QuickConfig作為中央工藝數(shù)據(jù)庫，管理復(fù)雜的鋪層配方；BLIoTLink作為數(shù)據(jù)橋梁，實現(xiàn)與產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的深度集成。
三、具體IO需求與精準選型配置
為實現(xiàn)對鋪絲工藝三大核心要素（運動、溫度、膠量）的精準控制，需進行以下IO配置。
1. 核心控制單元選型
主控制器：BL372B（3個EtherCAT網(wǎng)口，1個X板槽，2個Y板槽）。網(wǎng)口一用于核心運動控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)口二可連接遠程IO站（如現(xiàn)場操作面板），網(wǎng)口三用于工廠網(wǎng)絡(luò)通信。
計算核心（SOM）：SOM372（RK3562J，四核A53 + M0，32GB eMMC，4GB LPDDR4X），確保大型鋪層配方和高速數(shù)據(jù)記錄的流暢處理。
系統(tǒng)基礎(chǔ)：Linux-RT-5.10.198實時操作系統(tǒng)，保障所有控制任務(wù)的微秒級周期確定性。
2. 關(guān)鍵工藝IO選型與功能實現(xiàn)
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功能模塊 |
信號需求 |
選型型號 |
功能說明與價值 |
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樹脂膠量精密控制 |
高精度模擬量輸出，控制計量泵或比例閥，調(diào)節(jié)樹脂輸出流量（通常為0-10V或4-20mA信號）。 |
Y43板（4路0-5/10V AO模塊） |
實現(xiàn)膠量與線速度的實時動態(tài)匹配。BL370根據(jù)實時鋪放速度和配方中設(shè)定的纖維樹脂含量（FVR），通過Y43板動態(tài)、無滯后地輸出控制信號，確保單位長度纖維上的樹脂含量恒定，這是保證復(fù)合材料質(zhì)量均勻性的關(guān)鍵。 |
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加熱輥溫度精確控制 |
多路熱電偶信號輸入，用于監(jiān)測并閉環(huán)控制加熱輥表面溫度。 |
Y58板（4路TC熱電偶模塊） |
實現(xiàn)溫度場的穩(wěn)定與均勻。Y58板直接采集J/K型熱電偶信號，精度高、抗干擾能力強。BL370通過PID算法，根據(jù)Y58的反饋實時調(diào)節(jié)加熱輥的功率輸出，確保纖維預(yù)浸料在鋪放時處于最佳黏度窗口，提升層間結(jié)合力。 |
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纖維張力與斷絲檢測 |
模擬量輸入（張力傳感器）與高速數(shù)字輸入（斷絲傳感器）。 |
Y33板（AI模塊）與 X14板（高速DI模塊） |
Y33板采集張力傳感器信號，實現(xiàn)恒張力放卷控制；X14板的高速DI能及時捕獲斷絲傳感器的脈沖信號，立即觸發(fā)停機，防止缺陷鋪放。 |
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輔助與安全IO |
數(shù)字輸入/輸出，用于系統(tǒng)啟停、安全門、氣壓檢測、指示燈等。 |
X23板 (4DI+4DO) 或 Y01/Y02板 (4DI+4DO) |
處理所有設(shè)備邏輯與安全聯(lián)鎖。 |
3. 軟件智能賦能與數(shù)據(jù)集成
QuickConfig中央工藝庫：以三維CAD模型和鋪層設(shè)計文件為源頭，將每一鋪層的運動軌跡、同步的加熱溫度曲線、對應(yīng)的樹脂流量曲線打包成一個完整的“數(shù)字工藝包”。操作員在生產(chǎn)時只需調(diào)用構(gòu)件號和鋪層號，所有參數(shù)自動下發(fā)執(zhí)行，實現(xiàn)“一鍵換產(chǎn)”，將配方準備時間從數(shù)小時縮短至分鐘級。
BLIoTLink實現(xiàn)縱向集成與數(shù)據(jù)包絡(luò)：作為數(shù)據(jù)中樞，BL370通過BLIoTLink執(zhí)行兩項關(guān)鍵任務(wù)：一是上行集成，將生產(chǎn)計劃從MES/PLM接收，并實時上報任務(wù)進度、工藝參數(shù)執(zhí)行情況、質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)（如溫度超差報警）；二是生成數(shù)字孿生數(shù)據(jù)包，為每一個實際生產(chǎn)的鋪層，記錄其完整的“軌跡-溫度-膠量”時間序列數(shù)據(jù)，并打上唯一標識，上傳至PLM系統(tǒng)，與設(shè)計模型綁定，形成可追溯的“產(chǎn)品數(shù)字孿生”。
邊緣計算潛力：BL370內(nèi)置的NPU為在邊緣側(cè)實現(xiàn)在線工藝監(jiān)控提供了可能，例如，通過分析實時溫度與膠量曲線的細微波動，可預(yù)警潛在的粘合質(zhì)量問題。
四、選擇鋇錸邊緣IO模塊（IOy系列）的壓倒性優(yōu)勢
與傳統(tǒng)“運動控制柜+溫控儀表+PLC+數(shù)據(jù)采集卡”的分散式架構(gòu)相比，本方案具備顛覆性優(yōu)勢。
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對比維度 |
傳統(tǒng)鋪絲機IO與控制方案 |
鋇錸BL370 + IOy邊緣IO方案 |
核心優(yōu)勢解讀 |
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系統(tǒng)架構(gòu)與同步性 |
多套獨立系統(tǒng)，通過不同速率和協(xié)議的總線連接，存在難以校準的同步誤差。 |
全系統(tǒng)一體化硬實時同步。運動、溫度、膠量指令作為同一EtherCAT周期內(nèi)的過程數(shù)據(jù)，納秒級同步下發(fā)與采集。 |
從根本上確保了“位置-溫度-材料”的工藝協(xié)同一致性，這是實現(xiàn)高端復(fù)合材料高質(zhì)量成型的前提。 |
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控制精度與響應(yīng) |
溫控儀表和PLC的循環(huán)周期慢（100ms級），模擬量信號傳輸易受干擾，動態(tài)響應(yīng)差。 |
微秒級控制閉環(huán)。Y43、Y58等模塊通過EtherCAT背板與處理器直連，信號數(shù)字化傳輸，抗干擾強。控制周期可達1ms甚至更低。 |
實現(xiàn)了對溫度和膠量的高動態(tài)、高精度閉環(huán)控制，能快速補償因環(huán)境或速度變化帶來的工藝波動。 |
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數(shù)據(jù)融合與追溯 |
數(shù)據(jù)分散，需額外軟件和硬件進行費時的數(shù)據(jù)對齊與整合，追溯數(shù)據(jù)不完整、不可信。 |
原生、同源、帶時標的數(shù)據(jù)融合。所有工藝數(shù)據(jù)在BL370內(nèi)部生成并帶有統(tǒng)一的高精度時間戳。 |
產(chǎn)出高質(zhì)量、可直接用于分析與追溯的“數(shù)據(jù)包絡(luò)”，為工藝優(yōu)化與數(shù)字化質(zhì)量體系提供基石。 |
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柔性配置與總成本 |
系統(tǒng)剛性，擴展或修改工藝（如增加一個溫控點）需增加硬件、重新接線編程，成本高、周期長。 |
軟件定義功能，模塊化靈活配置。IOy系列提供超過26種即插即用模塊。需求變更時，通常只需在軟件中配置并更換相應(yīng)IO板。 |
大幅提升產(chǎn)線柔性，降低全生命周期的維護與升級成本，適應(yīng)快速迭代的研發(fā)與生產(chǎn)需求。 |
五、總結(jié)：開啟復(fù)合材料數(shù)字化智能鋪放新篇章
鋇錸技術(shù)BL370邊緣智能控制平臺，通過其強大的異構(gòu)計算能力、納秒級同步的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和精細化的模塊化IO系統(tǒng)，成功地將復(fù)合材料鋪絲機中彼此割裂的運動控制、溫度控制與材料控制三大系統(tǒng)融合為一個有機整體。
該方案不僅解決了高端制造中對精度、同步與可靠性的極致要求，更通過QuickConfig與BLIoTLink將鋪絲工藝全面數(shù)字化、模型化，并實現(xiàn)了與上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫集成。這使得復(fù)合材料鋪放從一項依賴設(shè)備和人工經(jīng)驗的“復(fù)雜技藝”，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€可精準預(yù)測、嚴格復(fù)現(xiàn)、全面追溯的“現(xiàn)代工業(yè)流程”，為航空航天、新能源等戰(zhàn)略行業(yè)提升構(gòu)件性能、縮短研制周期、實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了至關(guān)重要的核心裝備技術(shù)支撐。
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