基于BL370边缘控制器的灌装旋盖一体机智能化解决方案

在食品、饮料、制药及日化行业中，灌装旋盖一体机是产线后端的关键设备，其工作效率、灌装精度、封盖质量直接关系到生产速率与产品合格率。随着市场对产品多样化、生产批次小型化以及质量追溯体系要求的提升，传统设备的控制方式在柔性、精度与数据化层面面临诸多挑战。以下将探讨基于钡铼技术ARMxy BL370系列边缘控制器的改进方案，旨在提升设备的综合性能。
一、当前灌装旋盖一体机面临的主要挑战
1.多单元协同性不足：设备的输送带、灌装泵、旋盖头等单元通常由独立电机驱动，采用机械轴、离合器或简单的速度指令同步。这种方式在多单元联动时易产生累积误差，导致瓶子定位不准、灌装嘴对位偏差或旋盖时机错位，在高速运行时易引发卡瓶、喷溅或旋盖不牢等问题，限制了整线速度的提升。
2.工艺参数调节繁琐，换产效率低：不同规格的产品（如瓶型、灌装量、旋盖扭矩要求）对应着大量需要调整的参数。传统设备依赖人工在现场多个独立的仪表或控制器上逐一设置灌装时间、泵速、旋盖转速与目标扭矩等，过程耗时且易出错，设备综合利用率（OEE）因换产停机而难以提高。
3.过程监控与质量追溯薄弱：灌装的净含量是否精确、旋盖的松紧度是否达标，是核心质量指标。传统系统往往缺乏高精度的实时监测手段，或仅有简单的合格/不合格判断，无法记录每一瓶的实际灌装量曲线与旋盖过程的实时扭矩曲线。当出现批量性质量偏差时，难以进行有效的数据回溯与根因分析。
4.控制与数据系统分离：生产数据（如产量、灌装量统计、故障报警）通常停留在本地人机界面（HMI），或仅以简单计数形式上传。设备状态、工艺参数、质量数据与上层的制造执行系统（MES）或数据库之间存在壁垒，无法实现生产过程的透明化管理和质量数据的深度利用。
二、解决方案概述：基于BL370的集成化智能控制平台
本方案以ARMxy BL370系列边缘工业计算机作为核心控制器，构建一个集高精度同步运动控制、实时过程感知与生产数据集成于一体的平台。
1.控制核心：采用BL372B型号，搭载瑞芯微RK3562J处理器。其四核ARM Cortex-A53负责运行复杂的应用逻辑、算法和人机交互；ARM Cortex-M0协处理器与Linux-RT-5.10.198实时内核共同保障对运动控制和关键IO响应的确定性。
2.同步控制架构：通过内置的IgH EtherCAT主站，将输送带伺服电机、灌装计量泵伺服电机、旋盖伺服电机等所有执行单元接入同一高速实时工业网络。利用EtherCAT的分布式时钟和电子凸轮功能，以一个虚拟主轴为基准，实现所有物理轴的严格相位同步，确保各工位动作精准协同。
3.过程感知与数据集成：利用Y系列模块化IO板卡实现关键工艺信号的精确采集；通过BLIoTLink软件实现生产数据向云端或数据库的无缝流动；QuickConfig工具则提供友好的工艺参数管理界面。
三、具体IO需求与选型配置
为达成精准控制与质量监控，系统需对关键模拟量信号进行采集与处理。
1.核心控制单元选型
主控制器：BL372B（具备3个EtherCAT网口，1个X板槽，2个Y板槽），满足多轴控制与网络通信需求。
计算核心：SOM372（RK3562J，四核A53 + M0，32GB eMMC，4GB LPDDR4X），提供充足的程序与数据存储空间。
操作系统：搭载Linux-RT-5.10.198实时内核，确保控制任务周期的稳定性和低延迟。
2.关键工艺IO选型与功能

功能模块	信号需求	选型型号	功能说明
灌装液位/流量监控	模拟量输入，接收来自灌装泵后端的流量计或称重模块的反馈信号（通常为4-20mA）。	Y31板（4路AI单端输入0/4-20mA模块）	实时监测实际灌装流量或累计重量。控制系统将此信号作为闭环反馈，与目标灌装量进行比对，动态调节灌装泵的速度或启停，实现高精度定量灌装，减少因压力或粘度变化带来的误差。
旋盖扭矩监测	模拟量输入，接收来自旋盖电机或扭矩传感器的反馈信号（通常为0-10V或4-20mA）。	Y31板（另一路通道）	实时采集旋盖过程中的扭矩值。系统可设定扭矩目标范围与斜坡曲线，当实时扭矩达到预设值时，控制旋盖电机停止，确保旋盖紧度一致且符合标准，既能保证密封性，又能防止因过紧导致的瓶盖或瓶身损伤。
辅助检测与控制	数字输入/输出，用于检测瓶在位、瓶盖有无、安全门状态，以及控制气缸、指示灯等。	X23板 (4DI+4DO) 或 Y01板 (4DI+4DO NPN)	处理设备的通用逻辑控制与安全互锁。

3.软件功能实现
QuickConfig参数配方管理：将不同产品的灌装目标量、灌装速度曲线、旋盖目标扭矩、旋盖转速等数十个参数，打包成独立的“产品配方”。操作人员换产时，只需在HMI界面选择相应配方并一键下载，系统自动完成所有相关参数的切换与伺服轴的定位，大幅简化操作并减少人为错误。
BLIoTLink生产数据集成：作为数据桥梁，BLIoTLink持续将生产过程中的关键信息，如每一瓶的实际灌装量、旋盖最终扭矩、生产时间戳、设备状态等，通过MQTT、OPC UA等标准协议，实时上传至中央数据库或MES系统。这为生产统计、质量追溯（支持“一瓶一码”数据关联）和实时生产看板提供了数据基础。
四、采用边缘IO模块（如Y31板）的技术考量
相较于传统的“PLC + 独立模拟量扩展模块 + 数据记录仪”的架构，基于BL370的集成化方案在多个方面展现出特点。

对比方面	传统分散式IO方案	基于BL370与Y系列模块的方案	方案特点分析
系统架构与响应	PLC与扩展模块通过背板或较慢的总线通信，模拟量采集周期较长，用于高速闭环控制的实时性受限。	高集成度设计。Y31等IO板通过高效内部总线或EtherCAT IO耦合器与处理器通信，信号采集延迟较低，有利于实现更快速的工艺闭环调节。	系统结构更紧凑，减少了不同硬件间的通信层级，有助于提升信号处理速度和控制回路的响应性。
信号同步与数据关联	运动控制数据与模拟量采集数据可能来自不同控制器，时间戳同步较为困难，不利于进行精细的工艺分析。	运动控制指令与Y31板采集的工艺数据在同一边缘控制器内处理，易于实现精准的时间戳对齐。这使得灌装量曲线能与灌装泵的运动曲线严格对应，扭矩曲线能与旋盖轴的角度位置关联。	为深入的过程分析与质量追溯提供了高一致性的数据基础，数据价值更高。
配置与扩展灵活性	IO点数与类型由所选模块固定，若需增加新的传感器类型（如温度），可能需要增加新的专用模块。	模块化自由组合。Y系列提供AI、AO、DI、DO、温度等多种专用模块。若未来工艺需要增加灌装液温度监测，只需在空闲Y槽增加一块Y58（TC）模块即可，无需改变主架构。	赋予了设备良好的功能可扩展性，能更灵活地适应未来工艺升级的需求。
数据到信息的路径	原始数据通常需要经过多次中转才能到达数据库，路径长，且数据模型可能不统一。	边缘侧初步数据整合。BL370可在将数据上传前进行预处理（如计算每瓶净重、判断扭矩是否合格），直接上传结构化的有效信息，减轻服务器压力。	优化了数据流，提升了整个数据系统的效率。

五、总结
以钡铼技术BL370边缘控制器为核心构建的灌装旋盖一体机解决方案，通过EtherCAT实现的多轴硬同步提升了设备运行的速度与协调性，通过高精度模拟量IO模块实现了对关键质量指标的闭环控制与过程追溯，并通过上层软件工具显著提升了设备的生产柔性与管理数字化水平。
该方案从工程角度出发，致力于解决设备在实际应用中的具体问题，通过增强设备的感知能力、控制精度和数据价值，为提升生产线效率、保证产品质量稳定性及构建数字化生产管理体系提供了可行的技术路径。

审核编辑 黄宇