我國印染行業(yè)自動化起步于上世紀80年代初，經(jīng)過20多年的發(fā)展，印染企業(yè)的自動化應用取得了顯著的成效。印染自動化建設主要有兩個目的：一是機械化代替人工化，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人工成本；二是加強印染工藝流程的自動精確控制，減少人為誤差，提升產(chǎn)品品質(zhì)，并減少染化料、能源等的不合理消耗，實現(xiàn)低投入高產(chǎn)出。目前，我國印染行業(yè)自動化發(fā)展正在經(jīng)歷從成長期向成熟期過渡，印染企業(yè)逐步由大規(guī)模擴張式的發(fā)展向精細化過渡，企業(yè)的自動化投資將從以往的大規(guī)模購置印染生產(chǎn)主設備向綜合利用信息化手段、引進印染輔助自動化設備轉(zhuǎn)變，從而達到節(jié)能增效、提升印染布品質(zhì)和生產(chǎn)效率的目的。

    目前國內(nèi)印染企業(yè)大多采用人工制定工藝參數(shù)和助劑配方、人工秤量和配送，只有少數(shù)企業(yè)在前處理工藝的部分環(huán)節(jié)采用自動或半自動的控制方式，導致前處理織物的白度、PH值、毛效、強力、絲光鋇值、退漿率等內(nèi)在質(zhì)量的不一致，且前處理工序能耗大，幾乎占染整加工總能耗的70%。手工染液助劑的配制、輸送對印染生產(chǎn)過程造成成本，質(zhì)量，效率，管理和環(huán)保等一系列問題。

    2.集中配送概述

    助劑配送系統(tǒng)是一種新型的工業(yè)自動化解決方案，該系統(tǒng)的應用能使企業(yè)減少浪費、節(jié)約成本、削減勞動力、提高產(chǎn)品的一致性，同時有利于環(huán)保，有利于提高產(chǎn)品的競爭力等。但其推廣應用還未受到普遍的關(guān)注。目前市場上較成熟的國外系統(tǒng)主要有：意大利拉沃公司的Dos-Chem全自動配液系統(tǒng);韓國的TADS-LS2001染/助劑供給自動化系統(tǒng);瑞士貝寧格的染助劑稱量系統(tǒng);香港立信代理的德產(chǎn)CHD-distribution system;另外還有最近進入中國市場的UPSON公司的助劑自動移送系統(tǒng)等。根據(jù)本司長期的市場調(diào)研與用戶使用情況反饋，國外設備總體具以下特點：a、功能強大;b、生產(chǎn)效率高;c、自動化程度高等。但是還不能完全滿足國內(nèi)印染企業(yè)的要求。其一，文化上的差異。其二，售后服務無法滿足中國印染企業(yè)的要求。例如，零配件的供應、售后的技術(shù)服務、系統(tǒng)的升級、與其它設備的銜接等都存在一定的問題。其三，操作工藝及流程的不同。與國內(nèi)習慣工藝不同的新設備，無法使企業(yè)的操作人員快速適應，更談不上靈活運用，從而不僅發(fā)揮不出國外設備的優(yōu)勢，甚至造成巨大的浪費。其四，引進設備成本高。這一方面抑制了國內(nèi)印染企業(yè)的購買欲望，另一方面使國外紡設備放低了進入中國市場的腳步�？傮w來說，由于國外設備存在的種種弊端，該系統(tǒng)在國內(nèi)的市場占有額還相當小。據(jù)此，杭州開源電腦技術(shù)有限公司根據(jù)目前狀況開發(fā)了適合于國內(nèi)印染企業(yè)工藝的助劑自動配送系統(tǒng)。同時該系統(tǒng)完全國內(nèi)開發(fā)、國內(nèi)生產(chǎn)，所以在文化、售后服務、價格上占盡了優(yōu)勢，因此國內(nèi)印染企業(yè)可放下種種顧慮，安全使用該產(chǎn)品。

    助劑自動配送系統(tǒng)包括從助劑的化料、上料、稱量、自動輸送、助劑濃度的在線檢測等，也包括染料的自動稱量、輸送與檢測，同時附帶有與染料化料配套的自動或半自動稱粉系統(tǒng)，還包括其他特殊化工原料的檢測系統(tǒng)（如片堿濃度、雙氧水濃度檢測、PH值檢測等），另外可與企業(yè)的ERP管理系統(tǒng)無縫連接。該系統(tǒng)主要適用于印染前處理、染色、后整理等各個工序，同時也適用于食品、化工、醫(yī)藥、飲料等行業(yè)的整體控制，是一套多元化產(chǎn)品。

    該系統(tǒng)在技術(shù)上，主要應用當前流行的集散控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、高性能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、在線采集控制技術(shù)、工廠自動化技術(shù)、可編程控制器多層網(wǎng)絡架構(gòu)技術(shù)等，綜合運用以上各項技術(shù)實現(xiàn)了印染前處理、染色、后整理等整個車間染、助劑的自動化稱量、配送、實時檢測與控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時記錄與在線管理等各項功能，是一套較完整的國產(chǎn)技術(shù)的工廠自動化解決系統(tǒng)。

    本系統(tǒng)軟件功能主要有原始配方管理、原始數(shù)據(jù)錄入、參數(shù)自初使化、物料管理、染助劑配方計量、報表統(tǒng)計、打印管理、系統(tǒng)報警、語音提示、機臺發(fā)料隊列管理、歷史記錄、優(yōu)先級請求、系統(tǒng)監(jiān)控、工程調(diào)試、其他數(shù)據(jù)管理等功能。

    3.實現(xiàn)技術(shù)原理

    系統(tǒng)自動化流程圖如下(圖2-1所示)：

圖2-1 系統(tǒng)自動化流程圖

    該系統(tǒng)以20種助劑作為基本配置，具體配置可按要求擴展。分配系統(tǒng)可根據(jù)網(wǎng)絡提供的信息實時檢測機臺高位用液量情況，輸送方便。在出現(xiàn)多個機臺同時請求加料時，系統(tǒng)自動采取優(yōu)先加料機制。

    總體操作流程

    化料攪拌——>上料——>儲存——>發(fā)料——>檢測——>反饋控制——>加料

    本系統(tǒng)主要分化料攪拌、上料、儲存、發(fā)料等操作，其他在線檢測控制為輔操作。

    化料攪拌

    將高濃度或粉末狀助劑與水按一定比例混合，攪拌，使其配置或稀釋成生產(chǎn)用助劑。

    上料

    將攪拌好的助劑通過上料泵輸送到儲罐，上料過程可通過上料指示報警裝置反饋是否繼續(xù)上料，上料過多，報警裝置進行高位報警，儲罐液位過低，報警裝置進行低位報警。

    儲存

    儲存即將化料好的助劑，通過上料裝置，將助劑儲存到儲罐，儲罐上裝有液位傳感器，儲存過程通過該傳感器指示液位的高低以及是否報警。

    發(fā)料

    該操作實現(xiàn)助劑的自動秤量與配送，各機臺在確認發(fā)料請求時，中央控制中心將發(fā)料請求按照各機臺的請求順序排列后依次發(fā)料。對于急需發(fā)料的機臺，可通過優(yōu)先請求方式進行優(yōu)先發(fā)料。比如，A、B、C、D、E、F、G為七個機臺請求的初使隊列，A是當前正在分配的機臺，如果這時有其它機臺（如E）請求最高優(yōu)先級，那么隊列變?yōu)椋篈、E、B、C、D、F、G，E自動插入到A與B之間，待A發(fā)料完畢，E開始發(fā)料，此時隊列變?yōu)镋、B、C、D、F、G。若某機臺F欲對隊列進行取消操作，亦即該機臺不運行或無需添加助劑，那么F將從隊列中移除，隊列變?yōu)椋篍、B、C、D、G，若F又發(fā)來請求要求入隊，則排在隊列最后，隊列變?yōu)椋篍、B、C、D、G、F。具體的發(fā)料動作由中央控制中心處理，完成機臺配方（各助劑與水或燒堿等的混合物）的自動秤量及遠程輸送。

    檢測

    檢測指對高位槽液位的檢測，當高位槽達到低液位時，報警裝置開啟，提示工作人員補充該高位槽的助劑配方。

    反饋控制

    指對浸漬槽各助劑濃度的反饋控制。如對退漿工藝的生物酶、滲透劑、NAOH等元素濃度的控制，煮練工藝NaOH、Na2SO3、精練劑等元素濃度的控制，氧漂工藝NaOH(50-55g/L)、H2O2(16-18g/L)、穩(wěn)定劑、鰲合劑等元素濃度的控制，絲光工藝NaOH濃度和酸堿平衡值的控制等等。

    加料過程

    加料過程是反饋控制的后繼動作，反饋控制裝置檢測到浸漬槽溶液濃度偏離標準液濃度時，會自動調(diào)整加料速度（或流量），使浸漬槽溶液濃度趨于標準液濃度。

    化料攪拌系統(tǒng)、指示報警系統(tǒng)、助劑上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示

    在線合成分配秤量系統(tǒng)

    為保證計量的準確性和耐用性，采用耐酸堿、耐腐蝕的高揚程動力泵作為遠

    程輸送裝置，助劑計量采用高精度流量計和合成分配器以變頻方式控制計量。結(jié)構(gòu)如左(圖2-3)所示。

    智能儲料系統(tǒng)

    每個儲罐均安裝有液位計，罐內(nèi)的助劑液位可通過液位計檢測并反饋給化料員，并在液位指示報警裝置中指示。儲罐采用一噸或二噸的耐腐蝕、耐酸堿塑料桶，對于個別助劑可在桶內(nèi)安裝攪拌裝置，示意圖如右(圖2-4所示)。

    堿濃度在線控制系統(tǒng)

    說明：

    利用比重法間接測量工藝液中較高濃度的堿溶液,自動實現(xiàn)在線閉環(huán)控制，無需人工干預；對于低濃度的堿溶液則采用自動滴定方式實現(xiàn)。利用間接法測量堿濃度性能穩(wěn)定，維護簡單，持久耐用，檢測探頭不易損壞，為較理想的濃度檢測法。如圖2-6所示：

    總線式管路系統(tǒng)

    系統(tǒng)采用總線式管路設計，即用一條管路實現(xiàn)對各種助劑的配送。所有管路均采用不銹鋼材料制成，管道內(nèi)部經(jīng)過拋光工藝處理，采用高流速泵輸送，管道布置講究，管道內(nèi)部不易殘留各種液相助劑，沖洗容易，效果好。同時，助劑分配裝置和管路到各機臺的分流裝置采用本公司自行研發(fā)的合成分配器和二位三通閥，氣控部件采用進口元件。本管路系統(tǒng)安裝、維護方便，成本低廉。

    對于機臺較多或助劑用量較大的用戶，可考慮多加一路水管，利用流量計計量，實現(xiàn)對助劑和水的同步秤量，提高分配效率。

    實現(xiàn)原理：

    對于某配方，先利用水管管路加1/3水。

    加助劑A+沖洗水+加助劑B+沖洗水+……，沖洗水同時為配方組成

    加剩余水，完成配送過程。

    以上3個步驟都由軟件進行嚴格控制，能按次序、按要求完成對某一配方的自動秤量及輸送。清洗時先用定量水沖洗，再用壓縮空氣吹洗。

    兩位三通閥與合成分配器實物圖如下（圖2-8、圖2-9所示）：

    終端監(jiān)控系統(tǒng)，如圖2-10所示（部分截屏）

    數(shù)據(jù)管理及實時統(tǒng)計軟件

    軟件名稱

    PRE-TREATMENT即前處理軟件，安裝于服務器，該軟件的作用是實時記錄客戶實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具有監(jiān)控、統(tǒng)計、報錯等功能。PRE-TREATMENT軟件簡單的說是三種功能的綜合：監(jiān)控、統(tǒng)計功能和報錯功能，其基本工作原理如下：服務器端通過該軟件的實時監(jiān)控功能與所有操作終端運行的觸摸屏軟件進行數(shù)據(jù)的在線交互，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集與統(tǒng)計。當某終端發(fā)生故障，該服務器利用軟件的報錯功能將故障終端的故障信息及時快速的反映出來。該軟件從具體功能上可分為染助劑管理、設備管理、配方管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表、輔助操作和用戶管理等。以下為主要功能模塊的軟件截屏（主要功能模塊如圖2-11所示）：

    軟件說明

    操作系統(tǒng)：win2000平臺。人機界面友好，開發(fā)周期短、穩(wěn)定性好。突然掉電對系統(tǒng)不會有任何影響，適合比較惡劣的工業(yè)環(huán)境。

    配方管理：配方庫管理模塊是本公司專門為印染企業(yè)開發(fā)的一套數(shù)據(jù)庫管理軟件。它通過計算機和網(wǎng)絡將企業(yè)銷售訂單，工藝，小樣制作，生產(chǎn)數(shù)據(jù)等進行全面的記錄和跟蹤，并進行統(tǒng)計分析，使企業(yè)能夠?qū)χ鷦┑氖褂们闆r清楚了解，大大方便企業(yè)改進生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率機臺信息互連功能：能在任意一個機臺查看其它機臺的助劑發(fā)送請求狀況及當前機臺某控制點的發(fā)料信息。

    動畫功能：人機界面采用圖形和文字，實現(xiàn)形象的動態(tài)顯示，易于理解和操作。對初學者來說，上手快，操作錯率低。

    先入先出功能：在輸入配方申請發(fā)料時，以排隊等候先請求先發(fā)的方式來滿足各控制點的發(fā)料要求，可通過該功能對各控制點作預先請求，可大大提高自動化程度及無人化操作。

    監(jiān)控功能：在中央控制中心的監(jiān)控電腦是用來監(jiān)控各機臺的用料情況，并實現(xiàn)對各控制點的處方集中管理，為上層管理者提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以便進行成本統(tǒng)計。

    配方存儲功能：每一個控制點都能存50種配方（可無限擴展），方便操作工隨時調(diào)用、檢查。

    4.網(wǎng)絡拓撲解析

    網(wǎng)絡拓樸如圖2-12所示

    信息管理層

    信息管理層主要指由工藝主管室、生產(chǎn)主管室、信息部門及高層領(lǐng)導等部門組成的網(wǎng)絡信息層，本層實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況、成本計算與統(tǒng)計等功能，結(jié)合本企業(yè)ERP系統(tǒng)更能實現(xiàn)其它功能如銷售分銷，生產(chǎn)計劃，車間作業(yè)，質(zhì)量管理，查詢決策等等，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享（但不同部門有不同的權(quán)限）同時能使企業(yè)的管理機制得到發(fā)展和完善。

    車間管理層

    車間辦公室配有一臺服務器，用于實時記錄設備運行情況及各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如每班產(chǎn)量，總產(chǎn)量，原材料消耗，溫度趨勢，儲料倉料位，機臺情況，指示報警參數(shù)等。通過PRE-TREATMENT軟件、SQL SERVER數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與中央控制層實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)交互，進行原材料的倉儲管理、消耗統(tǒng)計、生產(chǎn)統(tǒng)計等操作。

    中央控制層

    由上位計算機或中央處理終端、中央控制PLC、電氣控制系統(tǒng)、條碼讀取儀、打印機等組成，通過高數(shù)數(shù)據(jù)鏈接網(wǎng)絡（CONTROLLER LINK網(wǎng)）實現(xiàn)與各從站的信息通訊，完成對各從站點數(shù)據(jù)的實時采集與監(jiān)控。監(jiān)控軟件，以動態(tài)圖形方式顯示整個設備的平面圖，工藝配方，工藝流程,分配信息等，并配有各種參數(shù)值的設置和多種數(shù)據(jù)趨勢曲線顯示，如發(fā)料時間，歷史趨勢，閥門開度，瞬時流量和累計重量等。有故障報警和報警信息記錄，計算機在線檢測和診斷報警事件，采用報警窗口直接顯示故障部位和故障類型來準確通知維修人員，采用報警聲音來提醒操作人員，通過RS-232C和主站PLC的RS232端口連接。

    主站

    主站是一個設在中控室的按鈕站，負責與現(xiàn)場控制層之間交換和采集數(shù)據(jù)。通過按鈕控制可以開、�，F(xiàn)場的所有設備，選擇按鈕開停遠程設備。是因為按鈕比計算機控制更為直觀，方便，簡單，更加有效的避免了因為計算機死機、重起動、癱瘓等故障造成的停機事故和誤操作等各種可能。

    現(xiàn)場控制層(即從站)

    主站通過 controller link網(wǎng)絡與現(xiàn)場控制層的多個從站相連，并且各從站PLC可以與主站實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳送與共享。各從站PLC負責按工藝要求實現(xiàn)對現(xiàn)場各設備的調(diào)節(jié)和控制，采集現(xiàn)場儀表、傳感器等數(shù)據(jù)。

    5.技術(shù)優(yōu)勢

    1. 節(jié)能增效 提升品質(zhì)

    處方用料準確計量、最大誤差10g，計量一致、穩(wěn)定，減少疵病，提升品質(zhì)；

    實時統(tǒng)計染化料消耗，提供成本控制依據(jù)，減少10%染化料及助劑使用量；

    實現(xiàn)多機臺、多點同時化料，多個處方同時錄入，及時送達機臺，提高配料效率；

    開源公司根據(jù)企業(yè)情況提供業(yè)務流程簡化方案，減少人員依賴性，并降低人工成本。

    2. 技術(shù)先進 過程可控

    系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標達到國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平；

    先進的過程控制與監(jiān)控功能，保證工藝配方在生產(chǎn)過程中穩(wěn)定，減少人為誤差。

    3. 解放勞動 清潔生產(chǎn)

    全天24小時按計算機設定的要求自動配送各種濃度染液、助劑，告別繁重的體力勞動；

    智能儲罐系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的助劑堆放場地，總線式管路系統(tǒng)代替了料桶及人工搬運，車間環(huán)境整潔有序，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

    6.小結(jié)

    大量實驗和實際生產(chǎn)實踐證明使用該產(chǎn)品可有效提高染色一等品率1%-3%，降低返工率5%-20%，節(jié)省水電汽消耗5%-10%。

    該產(chǎn)品已在佛山市順德金紡集團有限公司投入使用，根據(jù)目前運行狀況，該系統(tǒng)將染化料及助劑的用量減少5%，水的用量比以往的生產(chǎn)減少10%，有效減少化料崗位20余個（額外新增加機臺不加人），生產(chǎn)勞動強度大大降低，員工滿意度提高，染色返工率降低7%，一等品率提高1%，客戶使用反映良好。

    作者：杭州開源電腦技術(shù)有限公司 張朝峰 許昌元