復合材料自動鋪絲技術是航空航天、風電葉片等高端制造領域的核心工藝，其控制精度直接決定最終產品的力學性能與質量一致性。面對日益復雜的構件幾何形狀與嚴格的工藝要求，傳統鋪絲機控制系統在柔性、精度與智能化方面面臨嚴峻挑戰。本文將闡述基于鋇錸技術ARMxy BL370系列邊緣工業計算機及其模塊化IO系統的一體化解決方案，如何通過集成的控制、感知與數據能力，賦能鋪絲機實現高精度、可追溯的智能化生產。
一、傳統鋪絲機控制系統的核心痛點
1.多系統“信息孤島”，協同控制困難：傳統方案通常由獨立的運動控制系統（控制多軸機械臂與送絲機構）、溫控系統（控制加熱輥）和膠量控制系統組成。這些系統通過不同的總線（如脈沖、模擬量、現場總線）通信，存在毫秒級的同步誤差與復雜的標定問題，導致纖維鋪設位置、溫度與樹脂含量無法在微觀層面精確匹配，影響層間結合質量。
2.工藝參數固化，柔性生產受阻：不同鋪層設計（鋪放角度、順序、厚度）對應著海量的工藝參數（軸運動軌跡、加熱溫度曲線、樹脂擠出量）。傳統系統依賴人工在多個界面分別設置和切換，效率低下且極易出錯，無法快速響應小批量、多品種的先進復合材料構件生產需求。
3.過程數據割裂，質量追溯無門：運動軌跡、實時溫度、實際膠量等關鍵工藝數據分散在各個子系統中，缺乏統一時標，難以關聯分析。一旦構件發生缺陷，無法精準回溯生產過程中的每一幀數據，根源分析困難，工藝優化缺乏數據支撐。
4.系統架構復雜，維護升級成本高：多供應商硬件與軟件堆疊導致系統臃腫、接線繁雜，可靠性面臨挑戰。任何部件的升級或改造都可能引發復雜的連鎖調試，全生命周期成本高昂。
二、解決方案概述：BL370驅動的“運-溫-膠”一體化智能平臺
本方案以BL370系列作為鋪絲機的統一控制與計算核心，構建一個深度集成、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、數據管理和通信，Cortex-M0實時核心確保硬實時任務的確定性執行，1TOPS NPU為未來集成視覺定位或工藝優化AI算法預留算力。
2.統一控制網絡：通過內置IgH EtherCAT主站，將所有的伺服軸（機械臂各關節、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。EtherCAT的分布式時鐘機制可確保所有從站設備達到納秒級同步，從根本上解決多系統協同問題。
3.精準工藝執行：利用Y系列模塊化IO，其中Y43板（AO模塊） 實現膠量的精密比例控制，Y58板（TC模塊） 實現加熱輥溫度的精確測量與閉環控制。
4.軟件智能賦能：QuickConfig作為中央工藝數據庫，管理復雜的鋪層配方；BLIoTLink作為數據橋梁，實現與產品生命周期管理（PLM）、制造執行系統（MES）的深度集成。
三、具體IO需求與精準選型配置
為實現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網口，1個X板槽，2個Y板槽）。網口一用于核心運動控制網絡，網口二可連接遠程IO站（如現場操作面板），網口三用于工廠網絡通信。
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據記錄的流暢處理。
系統基礎：Linux-RT-5.10.198實時操作系統，保障所有控制任務的微秒級周期確定性。
2. 關鍵工藝IO選型與功能實現
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功能模塊
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信號需求
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選型型號
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功能說明與價值
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樹脂膠量精密控制
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高精度模擬量輸出，控制計量泵或比例閥，調節樹脂輸出流量（通常為0-10V或4-20mA信號）。
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Y43板（4路0-5/10V AO模塊）
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實現膠量與線速度的實時動態匹配。BL370根據實時鋪放速度和配方中設定的纖維樹脂含量（FVR），通過Y43板動態、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，這是保證復合材料質量均勻性的關鍵。
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加熱輥溫度精確控制
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多路熱電偶信號輸入，用于監測并閉環控制加熱輥表面溫度。
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Y58板（4路TC熱電偶模塊）
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實現溫度場的穩定與均勻。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Y58的反饋實時調節加熱輥的功率輸出，確保纖維預浸料在鋪放時處于最佳黏度窗口，提升層間結合力。
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纖維張力與斷絲檢測
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模擬量輸入（張力傳感器）與高速數字輸入（斷絲傳感器）。
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Y33板（AI模塊）與 X14板（高速DI模塊）
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Y33板采集張力傳感器信號，實現恒張力放卷控制；X14板的高速DI能及時捕獲斷絲傳感器的脈沖信號，立即觸發停機，防止缺陷鋪放。
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輔助與安全IO
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數字輸入/輸出，用于系統啟停、安全門、氣壓檢測、指示燈等。
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X23板 (4DI+4DO) 或 Y01/Y02板 (4DI+4DO)
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處理所有設備邏輯與安全聯鎖。
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3. 軟件智能賦能與數據集成
QuickConfig中央工藝庫：以三維CAD模型和鋪層設計文件為源頭，將每一鋪層的運動軌跡、同步的加熱溫度曲線、對應的樹脂流量曲線打包成一個完整的“數字工藝包”。操作員在生產時只需調用構件號和鋪層號，所有參數自動下發執行，實現“一鍵換產”，將配方準備時間從數小時縮短至分鐘級。
BLIoTLink實現縱向集成與數據包絡：作為數據中樞，BL370通過BLIoTLink執行兩項關鍵任務：一是上行集成，將生產計劃從MES/PLM接收，并實時上報任務進度、工藝參數執行情況、質量統計數據（如溫度超差報警）；二是生成數字孿生數據包，為每一個實際生產的鋪層，記錄其完整的“軌跡-溫度-膠量”時間序列數據，并打上唯一標識，上傳至PLM系統，與設計模型綁定，形成可追溯的“產品數字孿生”。
邊緣計算潛力：BL370內置的NPU為在邊緣側實現在線工藝監控提供了可能，例如，通過分析實時溫度與膠量曲線的細微波動，可預警潛在的粘合質量問題。
四、選擇鋇錸邊緣IO模塊（IOy系列）的壓倒性優勢
與傳統“運動控制柜+溫控儀表+PLC+數據采集卡”的分散式架構相比，本方案具備顛覆性優勢。
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對比維度
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傳統鋪絲機IO與控制方案
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鋇錸BL370 + IOy邊緣IO方案
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核心優勢解讀
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系統架構與同步性
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多套獨立系統，通過不同速率和協議的總線連接，存在難以校準的同步誤差。
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全系統一體化硬實時同步。運動、溫度、膠量指令作為同一EtherCAT周期內的過程數據，納秒級同步下發與采集。
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從根本上確保了“位置-溫度-材料”的工藝協同一致性，這是實現高端復合材料高質量成型的前提。
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控制精度與響應
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溫控儀表和PLC的循環周期慢（100ms級），模擬量信號傳輸易受干擾，動態響應差。
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微秒級控制閉環。Y43、Y58等模塊通過EtherCAT背板與處理器直連，信號數字化傳輸，抗干擾強。控制周期可達1ms甚至更低。
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實現了對溫度和膠量的高動態、高精度閉環控制，能快速補償因環境或速度變化帶來的工藝波動。
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數據融合與追溯
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數據分散，需額外軟件和硬件進行費時的數據對齊與整合，追溯數據不完整、不可信。
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原生、同源、帶時標的數據融合。所有工藝數據在BL370內部生成并帶有統一的高精度時間戳。
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產出高質量、可直接用于分析與追溯的“數據包絡”，為工藝優化與數字化質量體系提供基石。
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柔性配置與總成本
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系統剛性，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。
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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IO板。
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大幅提升產線柔性，降低全生命周期的維護與升級成本，適應快速迭代的研發與生產需求。
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五、總結：開啟復合材料數字化智能鋪放新篇章
鋇錸技術BL370邊緣智能控制平臺，通過其強大的異構計算能力、納秒級同步的EtherCAT網絡和精細化的模塊化IO系統，成功地將復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將鋪絲工藝全面數字化、模型化，并實現了與上層業務系統的無縫集成。這使得復合材料鋪放從一項依賴設備和人工經驗的“復雜技藝”，轉變為一個可精準預測、嚴格復現、全面追溯的“現代工業流程”，為航空航天、新能源等戰略行業提升構件性能、縮短研制周期、實現數字化轉型提供了至關重要的核心裝備技術支撐。
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