摘要：染缸集控系统通过染缸集控仪对染缸进行自动控制，实现对染料助剂配方的自动配比并输送至染缸工作槽，继而根据上位机下发的工艺路线，实现对温度、染助剂上料速度、进水流量、缸内液位等工艺参数的自动控制。在中央监控室，染缸的实时信息采集由上位机(或上位监控电脑)完成，上位机可通过CAN总线、485总线或企业局域网，实现对染缸集控仪的工艺指令下发及相关工艺参数的实时采集。项目产品可编制工艺路线、监视运行状态、查询工艺数据、统计报表、查看温度曲线等。

    关键词：染化料  助剂  智能集中控制  节能减排

    发达国家印染企业已普遍应用数字化技术，抓住源头，从工艺、物料、设备等多渠道入手，优化工艺，进行印染生产全流程的工艺检测与控制，严格生产执行和过程控制、确保产品质量，提升生产效率，控制生产成本。但国内大部分印染企业的生产设备，还停留在局部简单仪表控制、人工现场调整的阶段，特别在间隙式染色过程中，仅实现了温度的集中控制，没有实现流量、液位、压力及阀门开关状态等工艺参数的控制，及生产执行过程的科学有效监控，并且无法根据订单的生产要求，自动制定生产工艺和配方，导致了订单返修率高、原材料、能源和水资源浪费严重、品质不稳定、废水排放对环境造成了严重污染。提高染整企业数控技术水平和创新能力，提高纺织品附加值，减少染整生产过程中的能源消耗，减轻污染物排放对环境的压力，实现清洁生产，己成为行业科技进步工作中的重中之重。

    1 国内外研究现状和发展趋势

    1.1 国内外研究现状

项目产品的国内主要同类产品有：

(1) 佛山天富电子有限公司的染缸集中控制系统；

(2) 台北流亚的染缸集中控制系统；

(3) 鞍山新华的染缸集中控制系统系统等。

同类产品仅实现了温度的集中控制，缺乏流量、液位、压力及阀门开关状态等工艺参数的控制，无法根据订单的生产要求自动制定生产工艺和配方。

    项目产品不仅可实现同类产品温度集中控制的功能，还可实现同类产品不具备的流量、液位、压力及阀门开关状态等参数的集中控制；项目产品将建立染色工艺管理模块，可根据订单要求自动制定染色工艺路线和工艺配方；项目产品可实现间歇式染色过程中的染化料／助剂的自动储存、自动化料上料、合成分配计量和自动化料配送等功能。

    1.2 技术发展趋势    

    根据目前世界经济技术以及纺织印染工业技术发展的要求，本项目产品的技术发展趋势是：

   （1）应建立间隙式染色的工艺专家系统，可根据订单的生产和工艺要求自动制定染色工艺路线和工艺配方来指导生产；

   （2）应实现间隙式染色过程中温度、流量、液位、压力及阀门开关状态等多种参数的集中控制；

   （3）研究将染化料／助剂自动配送技术应用到间歇式染色生产过程中，实现染化料/助剂的自动计量与配送等功能。

    2 主要研究内容、技术关键及主要创新

    2.1 主要研究内容

    项目产品结合染整工艺，运用计算机、网络、范例推理、自动控制等技术，科学制定间隙式染色的工艺和配方，精确在线控制间隙式染色生产过程中的关键工艺参数及助化剂染料配送。项目产品应用后，可大大提升应用企业在间隙式染色生产过程控制、节能减排等方面的信息化应用水平。

   （1） 研发开发印染企业生产与工艺管理子系统

    a.研究建立染色工艺管理模块。收集订单染色工艺的基础数据、过程数据和结果数据，提炼成标准范例存储到染色工艺管理模块的范例库中。

    b.研究自学技术，实现染色工艺管理模块的范例库持续的积累和优化。

    c.根据订单的生产和工艺要求，集控中心机准确快速地制定科学的染色工艺路线和工艺配方，并下载到底层染色机智能电脑。

    (2) 研究开发间歇式染色机智能集中控制子系统

    a.研究开发染色机单机控制系统。在印染企业现有的染色机控制柜上集成染色机智能电脑，实现染色机单机控制系统的自定义编程、修改、存储、上传、下载染色程序等功能。

    b.在染色机单机控制系统的基础上，研究开发染色机集中控制系统，实现温度、流量、液位、压力及阀门开关状态等的集中控制。

    c.运用CAN总线或LAN组网技术，实现底层染色机智能电脑与集控中心机之间双向数据的即时通讯及生产作业的实时调度。

    (3) 研究开发染化料／助剂智能调度子系统

    a.研究将染化料／助剂自动配送技术应用于间歇式染色机智能化管理控制系统，实现间歇式染色过程中的染化料、助剂的自动储存、自动化料上料、合成分配计量和自动化料配送等功能。

b.建立染化料/助剂智能调度子系统控制软件，实现染化料/助剂加料、配送等过程的全闭环控制。  

    2.2 关键技术  

(1) 通过研究自学技术来实现染色工艺管理模块的范例库持续的积累和优化。          

   (2) 利用TCP/IP的SOCKET通讯技术，实现集控中心与所有染色机智能电脑的即时通讯功能。

   (3) 染色机智能电脑支持双总线自动切换。主总线采用以太网络，辅总线采用CAN或485网络，当主网络出现故障时可自动切换到辅网络。   

    (4) 染色机智能电脑采用多模块插拔架构方式，当某一模块发生故障时，可灵活更换扩展板。

   (5) 建立基于不同染化料/助剂粘度、配送压力与流量关系的多阶变量曲线数学控制模型，应用，控制转子泵的定量输出，并配以高精度流量计进行在线校核，形成闭环的控制系统，实现同一个转子泵对多种特性染化料/助剂的精确计量。

(6) 利用流体在线合成分配器、物料配送的节点阀等专利。

技术和总线式管理技术，实现不同染化料/助剂通过同一管路的定点高效配送。针对不易配伍、不同离子性的染化料/助剂，将采用隔水分段配送技术，确保配送的安全性。

    2.3 创新点

   (1) 首次将印染工艺专家库引入到间歇式染色机智能化管理控制系统。根据订单的生产要求自动制定生产工艺和配方，实现生产工艺与产品生产要求柔性匹配。

   (2) 实现染色机台主要工艺参数，如温度、流量、液位、压力及阀门开关状态等的集成控制。

   (3) 将SOCKET网络通讯技术应用于间歇式染色机智能化管理控制系统，大大提高了系统控制的实时性。

    传统的染色机集控系统采用485网络技术，其工作方式是半双工通讯方式，即集控中心以轮询或被动接受数据的方式实现数据的收或发，不能在同一时刻即发送数据又接收数据，因此染色机的数量越多，轮询周期就越长，控制时间就会大大滞后。485网络技术理论上可接255个接点，但在工业现场最多只可接ll0个接点，为保证即时性，每个染色机集控中心最多只能接50个染色机台。而运用SOCKET网络通讯技术后，可使染色机的机台节点无限扩展，实现了全双工通讯方式，同时染色机集控的实时性比485网络技术提高了一个数量级。

   (4) 将染化料／助剂自动配送系统引入到间歇式染色机智能化管理控制系统。根据订单的工艺要求与染化料／助剂自动配送系统进行实时交互，实现染化料／助剂的自动配送。

   (5) 建立染化料／助剂粘度、压力和流量的多阶变量曲线数学控制模型，开发总线式管路技术，实现同一转子泵对多种特性染化料／助剂在同一管路的在线准确计量和定点高效配送。

    助剂的粘度范围很宽，从0到3000cst不等。为防止离心泵输送助剂时发生剪切效应破坏化学品性能，保证助剂组份的稳定性，开源采用转子泵输送助剂。但转子泵制造时存在啮合间隙，在输送不同粘度助剂时，内泄漏大小、输出流量和压力等各不相同，无法实现同一台转子泵对不同粘度介质的有效输送，影响化学品的精确计量。目前普遍采用的是PID变量控制技术，但该技术采样、积分或微分时间存在滞后，达不到精确计量的要求。为此开源开发了基于不同染化料／助剂粘度、配送压力与流量关系的多阶变量曲线数学控制模型，首次应用于控制转子泵的定量输出，并配以高精度流量计进行在线校核，形成一个闭环的控制系统，实现同一个转子泵对多种特性染化料/助剂的精确计量。由于模型的导入，位转子泵输送介质柔性变大，流量稳态性大大提高。   

传统印染企业染化料／助剂依靠人工输送，部分企业利用多管路输送助剂到机台，管路多、投资大，仅应用于部分工艺段。开源利用自有的专利技术一合成分配器、两位三通节点阀，实现不同染化料／助剂通过同一管路的定点高效配送。针对不易配伍、不同离子性的染化料／助剂，采用隔水分段配送技术，确保配送的安全性。

    3 技术运用前景

    3.1 技术指标

    (1) 系统请求和控制响应时间≤1s；

    (2) 间歇式染色机温度控制误差≤5％，检测精度<1℃；

    (3) 染化料称重精度：0．02g；

    (4) 助剂分配计量误差≤2％。

    3.2 经济指标

    用户应用项目产品后，车间平均综合能耗成本下降5％以上，染化料／助剂消耗减少l0％以上，废水排放降低12％以上。

    3.3 社会效益   

    (1) 降低能源消耗和废水排放，促进纺织印染企业的清洁生产。项目产品能精确控制每个订单染色过程中的能源和水资源消耗量，可大幅降低能源和水资源消耗量，实现纺织印染企业的节能降耗；项目产品可快速制定科学的染色工艺路线和工艺配方，精确控制染色过程中化学品的投放量，大大降低残液、残浆等废水排放量，促进纺织印染企业清洁生产。

    (2) 提高纺织印染企业的信息化水平，实现企业精细化管理。用户使用后可明显提高染色过程的生产效率、产品品质和附加值，降低生产过程返修率、原材料消耗量，提高成品一等品率，并大大降低了企业对员工的依赖程度。项目产品的开发应用为实现纺织印染企业的信息化改造、提高企业的精细化管理水平提供了技术支撑。

    (3) 提高纺织印染行业的绿色化水平，实现纺织印染行业的可持续发展。项目产品的开发应用可明显提高国内纺织印染行业的绿色化和信息化水平，对印染行业调整结构和转型升级具有重要的促进作用，实现行业的可持续发展。

    3.4 技术应用和产业化前景

    据中国纺织工业协会统计中心发布的统计数据显示，2010年我国规模以上纺织印染企业2363家，浙江省内规模以上印染企业约800家，其中针织染色企业400余家，共拥有间隙式染色机7000台以上，主要分布在宁波、嘉兴、绍兴等地区，项目产品在浙江省内的市场容量在400套以上。由于项目产品完全符合国内企业的使用习惯，目前国内，特别是浙江省内印染企业对隹化改造的需求非常迫切，  因此项目产品具有十分广阔的市场前景，推广应用潜力巨大。

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[4] 管琳，白艳萍．用分支定界算法求解旅行商问题[J]．中北大学学报(自然科学版)． 2007(02)

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