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摘  要：本文主要介紹工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在棉紡廠的綜合應(yīng)用及其在工廠設(shè)備運(yùn)行管理中的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)介紹臺(tái)達(dá)全系列網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：紡紗 紡機(jī)信息集成 以太網(wǎng)  GSM無線通訊

 

    我國(guó)是紡織工業(yè)大國(guó)，在世界紡織工業(yè)市場(chǎng)扮演了重要腳色。紡織工業(yè)是我國(guó)最早產(chǎn)生的民族工業(yè)，在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，同時(shí)紡織機(jī)械自動(dòng)化也是我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的重要領(lǐng)域。在20世紀(jì)早期以傳統(tǒng)的繼電器控制方式逐步過渡到以電子裝置和自動(dòng)化儀表為主的控制系統(tǒng)，稱為電子工業(yè)時(shí)代，到了20世紀(jì)末，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，實(shí)際應(yīng)用對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來越高，同時(shí)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展及應(yīng)用，紡紗廠自動(dòng)化系統(tǒng)也迎來了信息工業(yè)時(shí)代，在這一時(shí)期各種紡機(jī)通訊手段被廣泛使用，信息化成為重要特色，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，也使紡織機(jī)械自動(dòng)化控制翻開了新的篇章，本文主要介紹工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)品在紡織廠的具體應(yīng)用。

目前在我國(guó)紡織機(jī)械工業(yè)中，單體設(shè)備控制的自動(dòng)化程度已相對(duì)比較成熟，可編程控制器、變頻器、伺服電機(jī)、人機(jī)界面、自動(dòng)化儀表等產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用，能夠滿足獨(dú)立工藝設(shè)備的控制需求，如以細(xì)紗機(jī)為例，由于這些產(chǎn)品的應(yīng)用，操作工人可以通過人機(jī)界面對(duì)設(shè)備工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可編程控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)以及外部傳感器信號(hào)控制變頻器、伺服電機(jī)完成細(xì)紗工藝過程，包括了實(shí)現(xiàn)需要的錠速曲線以及自動(dòng)集體落紗等等工藝要求。

    但是單機(jī)自動(dòng)化這對(duì)于紡織廠的生產(chǎn)及管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。中國(guó)的紡織產(chǎn)業(yè)處于勞動(dòng)密集型向設(shè)備與資本密集型的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型階段。要提高生產(chǎn)效率，必須協(xié)調(diào)好各種設(shè)備及人員，而目前的狀況是雖然單機(jī)設(shè)備有較高的自動(dòng)化程度，但工廠綜合自動(dòng)化程度往往都很低，各個(gè)工序之間、設(shè)備之間包括操作員之間不能相互協(xié)調(diào)，成為信息孤島，造成資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)管理的缺失。還是以細(xì)紗機(jī)為例，一個(gè)紡織企業(yè)中，根據(jù)產(chǎn)量情況一般細(xì)紗機(jī)的臺(tái)數(shù)可達(dá)幾十臺(tái)甚至更多，為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化，要求調(diào)整設(shè)備紡紗支數(shù)，涉及到相關(guān)的工藝參數(shù)需要變動(dòng)，過去通過人工的方式對(duì)設(shè)備逐臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，而現(xiàn)在完全可以通過網(wǎng)絡(luò)快速的更換其工藝需求，減少錯(cuò)誤，提高效率和可靠性。隨著我國(guó)紡織工業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，紡織機(jī)械工業(yè)將以信息技術(shù)為主導(dǎo)，以智能化生產(chǎn)為主要特征進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化控制，帶來人力成本的節(jié)約，生產(chǎn)管理效率和產(chǎn)品品質(zhì)的提高，通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)也可大大提高設(shè)備的開機(jī)率，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

    串行通訊：串行通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線的物理子集。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行接口一般包括RS232/422/485，其技術(shù)簡(jiǎn)單成熟，性能可靠，價(jià)格低廉，所要求的軟硬件環(huán)境或條件都很低，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化控制相關(guān)領(lǐng)域。低成本是串行通訊方式的優(yōu)勢(shì)，但他也存在數(shù)據(jù)傳輸效率低，較易受外部干擾影響等問題，多用于通訊數(shù)據(jù)量不大，實(shí)時(shí)控制要求較低的場(chǎng)合。

    現(xiàn)場(chǎng)總線：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制裝置之間實(shí)行雙向、多結(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是控制、計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓半自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等等。它的出現(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)�降低成本、提高可靠性、增�?qiáng)可維護(hù)性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化要求。

    目前市場(chǎng)中主流現(xiàn)場(chǎng)總線包括DeviceNet、F.F、CANopen、ControlNet、Profibus等等，現(xiàn)場(chǎng)總線具有快速響應(yīng)及高可靠性，支持主/從式、多主式及對(duì)等式多種通訊架構(gòu)，易于連接各分布式控制器。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線還沒有一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但如CANopen、DeviceNet這樣的完全開放式總線標(biāo)準(zhǔn)受到大家的青睞，越來越多的應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合。

    工業(yè)以太網(wǎng)是商用信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，慣指IEEE 802.3協(xié)議。如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+TCP/IP”來表示，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)。以太網(wǎng)支持的傳輸介質(zhì)為粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、雙絞線、光纖等，其最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易為人們所掌握。與現(xiàn)場(chǎng)總線相比，以太網(wǎng)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):

（1） 兼容性好，有廣泛的技術(shù)支�；�于TCP/IP的以太網(wǎng)是一種標(biāo)準(zhǔn)的開放式網(wǎng)絡(luò)，適合于解決控制系統(tǒng)中不同廠商設(shè)備的兼容和互操作的問題，不同廠商的設(shè)備很容易互聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的信息無縫集成。

（2） 易于與Internet連接。以太網(wǎng)支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠在任何地方通過Internet對(duì)企業(yè)進(jìn)行監(jiān)控，能便捷地訪問遠(yuǎn)程系統(tǒng)，共享/訪問多數(shù)據(jù)庫。

（3） 成本低廉。由于以太網(wǎng)的大量應(yīng)用，因此其硬件成本相對(duì)低廉。

（4）可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ�。以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和吸引大量的技術(shù)投入。并且，在信息瞬息萬變的時(shí)代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò)，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，保證了以太網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

（5） 通信速率高。目前以太網(wǎng)的通信速率為10M或100M，其速率比目前的現(xiàn)場(chǎng)總線為高，可以滿足大數(shù)據(jù)量通訊要求。

    為提高紡織廠生產(chǎn)管理效率，降低成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)，增強(qiáng)行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)能力，國(guó)內(nèi)一部分紡機(jī)設(shè)備廠家已率先采用網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)用于設(shè)備中，整合生產(chǎn)過程各部分控制機(jī)能，實(shí)現(xiàn)了紡織廠設(shè)備運(yùn)行的綜合管理。下面以河北一間紡織廠實(shí)際控制方案為例，說明網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的自動(dòng)化控制中的綜合應(yīng)用。

本方案設(shè)計(jì)首先是考慮設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，以此保證設(shè)備的正常無故障運(yùn)行。其次是保證自控系統(tǒng)的先進(jìn)性、可維護(hù)性以及可擴(kuò)展性，這是保障系統(tǒng)在將來技術(shù)的領(lǐng)先和設(shè)備易于維護(hù)、擴(kuò)展。

（1）紡機(jī)設(shè)備。方案是根據(jù)紡織廠生產(chǎn)的具體要求，按國(guó)家相關(guān)規(guī)定而設(shè)計(jì)的開放式集散控制系統(tǒng)，體現(xiàn)了現(xiàn)代控制系統(tǒng)的集中管理、分散控制、信息共享的思想。方案采用臺(tái)達(dá)DVP系列產(chǎn)品配置網(wǎng)絡(luò)自控系統(tǒng)。該紡織廠網(wǎng)絡(luò)自控工程包括從梳棉到絡(luò)筒的各種設(shè)備，具體如下：6臺(tái)梳棉機(jī)；2套并條機(jī)（分為頭并、二并）；3臺(tái)懸錠式粗紗機(jī)；20臺(tái)細(xì)紗機(jī)；2臺(tái)絡(luò)筒機(jī)。

（2）紡機(jī)信息項(xiàng)目。工程控制系統(tǒng)內(nèi)容。各設(shè)備的系統(tǒng)工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)及設(shè)置，各運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、處理及管理。具體內(nèi)容包括：

·設(shè)備監(jiān)測(cè)：對(duì)梳棉機(jī)、并條機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、絡(luò)筒機(jī)設(shè)備的各種工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和設(shè)置。

·設(shè)備控制：對(duì)各設(shè)備控制回路按工藝流程實(shí)施優(yōu)化閉環(huán)控制，根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況調(diào)整相關(guān)其他設(shè)備。

·聯(lián)鎖報(bào)警：對(duì)每臺(tái)設(shè)備的各種故障進(jìn)行分級(jí)處理，根據(jù)不同級(jí)別進(jìn)行本體報(bào)警，關(guān)聯(lián)設(shè)備報(bào)警處理，并可建立設(shè)備運(yùn)行檔案，提高設(shè)備開機(jī)率。

·歷史數(shù)據(jù)：對(duì)生產(chǎn)過程關(guān)鍵參數(shù)、每班生產(chǎn)狀況進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為生產(chǎn)管理提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

·品質(zhì)追溯：通過生產(chǎn)全過程的監(jiān)控以及歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢，當(dāng)成品或后工序產(chǎn)品出現(xiàn)品質(zhì)問題時(shí)，可通過追溯的方式查找出現(xiàn)故障的工藝環(huán)節(jié)，從而快速排除和調(diào)整，避免更大的損失。

（3）臺(tái)達(dá)FCS主控制系統(tǒng)。該方案配置為臺(tái)達(dá)FCS系統(tǒng)作為主控制系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面控制和監(jiān)視，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化。臺(tái)達(dá)長(zhǎng)期以來一直致力于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，在各行業(yè)中有廣泛應(yīng)用，提供客戶完善的綜合解決方案，取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。通過多年的實(shí)踐和大量項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，DVP系列產(chǎn)品具有可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定，運(yùn)算速度快，操作界面友好等優(yōu)點(diǎn)，是自動(dòng)化控制優(yōu)選方案，并且由于產(chǎn)品運(yùn)用的廣泛性，所以維護(hù)、備品、備件都十分容易。FCS（Fieldbus Control System）系統(tǒng)是具有數(shù)字化的通信方式、全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、多種傳輸媒介和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高度的環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）技術(shù)，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字—模擬信號(hào)控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能化、雙向、互連、多變量、多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。相應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化。FCS的典型結(jié)構(gòu)分為設(shè)備層、控制層和信息層。DVP系列FCS系統(tǒng)的基本組成包括上位機(jī)監(jiān)控管理站、設(shè)備操作站和三層通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1所示。

 

            

圖1 臺(tái)達(dá)FCS系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖

 

信息層由上位計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和組態(tài)軟件構(gòu)成，采用EtherNet網(wǎng)絡(luò)通訊，一方面實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和交換，另一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、管理。甚至可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程IE監(jiān)控和MODEM撥號(hào)監(jiān)控，如圖2所示。

                                      圖2 信息層畫面

                   

控制層由DVP系列網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品構(gòu)成，包括主機(jī)、以太網(wǎng)模塊、總線模塊等，針對(duì)各類設(shè)備共配置5套，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)每類設(shè)備的管理和控制，并且將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，同時(shí)將上位機(jī)的控制命令和數(shù)據(jù)下達(dá)到每臺(tái)設(shè)備。