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，同時(shí)介紹臺達(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

 

    我國是紡織工業(yè)大國，在世界紡織工業(yè)市場扮演了重要腳色。紡織工業(yè)是我國最早產(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)械自動化也是我國工業(yè)自動化發(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。

目前在我國紡織機(jī)械工業(yè)中，單體設(shè)備控制的自動化程度已相對比較成熟，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集體落紗等等工藝要求。

    但是單機(jī)自動化這對于紡織廠的生產(chǎn)及管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。中國的紡織產(chǎn)業(yè)處于勞動密集型向設(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)備有較高的自動化程度，但工廠綜合自動化程度往往都很低，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)的臺數(shù)可達(dá)幾十臺甚至更多，為了應(yīng)對市場需求的變化，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，過去通過人工的方式對設(shè)備逐臺進(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)的競爭力。

    串行通訊：串行通訊是現(xiàn)場總線的物理子集。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)及自動化控制相關(guān)領(lǐng)域。低成本是串行通訊方式的優(yōu)勢，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)控制要求較低的場合。

    現(xiàn)場總線：現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(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)�，F(xiàn)場總線技術(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，如過程自動化、制造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。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。

    目前市場中主流現(xiàn)場總線包括DeviceNet、F.F、CANopen、ControlNet、Profibus等等，現(xiàn)場總線具有快速響應(yīng)及高可靠性，支持主/從式、多主式及對等式多種通訊架構(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)是簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易為人們所掌握。與現(xiàn)場總線相比，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。基于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)競爭能力，國內(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臺梳棉機(jī)；2套并條機(jī)（分為頭并、二并）；3臺懸錠式粗紗機(jī)；20臺細(xì)紗機(jī)；2臺絡(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：對梳棉機(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)行檢測和設(shè)置。

·設(shè)備控制：對各設(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：對每臺設(shè)備的各種故障進(jìn)行分級處理，根據(jù)不同級別進(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，為生產(chǎn)管理提供現(xiàn)場數(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）臺達(dá)FCS主控制系統(tǒng)。該方案配置為臺達(dá)FCS系統(tǒng)作為主控制系統(tǒng)，對設(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。臺達(dá)長期以來一直致力于自動化控制系統(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)場總線（Fieldbus）技術(shù)，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對點(diǎn)”式的模擬信號或數(shù)字—模擬信號控制的局限性，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、分析、管理。甚至可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程IE監(jiān)控和MODEM撥號監(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，針對各類設(shè)備共配置5套，主要實(shí)現(xiàn)對每類設(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)到每臺設(shè)備。