摘要：印染行业加大产业升级采用更先进的自动化设备和系统，注重节能减排，提高生产过程的智能化、连续化、数字化和各个单个设备，各个单元生产和各工段的生产，从源头控制和末端治理并重的综合自动化控制系统成为迫切的需要，可以大大提高整体运行的综合效率。

    关键词：印染  自动化  综合自动化  智能化

0 前言

2015年1月1日新的《环保法》开始实施。1月20日，中国纺织工业联合会传出消息称，《纺织印染工业大气污染物排放标准》（简称《排放标准》）目前仍在制定中，将在2015年内出台。2014年国家科学技术奖励大会上，“筒子纱数字化自动染色成套

技术与装备”获得国家科学技术进步奖一等奖，该技术与德国工业4.0标准相吻合，意味着印染行业将加速工业4.0的推进速度。2014年开始江苏、浙江等多地对印染企业的污染排放更加严格。

    2014年上半年，印染行业面临国内外市场需求不足，国内染化料价格暴涨、废水排

放新标准执行困难等问题，行业运行面临较大压力。为了有更好的发展，印染行业加大

转型升级力度，采用更加先进的自动化设备和自动化系统，进行产业升级，注重在提高

节能减排效果的同时提升产品附加值。

    在我国“十一五”规划的暮础上，以及我国在“十二五”规划提出的“对数字化技

术、信息技术和生物技术的充分应用是“十二五” 印染技术进步的主要方向”，2015 年是我国“十二五”规划的最后一年，我国在印染企业数字化和信息化方面已作出了一

些初步的成绩，结合相关部门对印染行业“十三五”初步规划，创建更加节能减排环境

友好和智能化的印染企业。我们推出了印染企业的综合自动化解决方案。

1 印染企业的“综合自动化”

印染企业的“综合自动化”是指结合广义的自动化的在线监测、在线控制和在线保

护等为实现经营管理、计划调度、成本核算、生产监控、故障诊断、自动控制、过程工

艺在线学习和在线优化。

    综合自动化可以优化ERP系统和生产管理系统相对独立的不兼容性，工艺过程的在线自动优化和工艺过程的自动滚动不间断优化。可以充分发挥系统功能的最大化。

    综合自动化控制系统将集成企业管理决策层(EHP)、生产执行系统层(MES)、过程控制系统层(PCS)功能，通过企业信息门户(EIP：Enterprise Information Portal)和知识资源管理(KRM，Knowledge&Resource Management)系统综合集成的系统。基于数据平台、系统集成平台和硬件的物理平台的基础上，实现综合自动化的综合控制，基于平台基础实现生产过程和工艺过程的优化实现先进控制(APC)，并在此基础上实现在线优化(OTC)。

    综合自动化系统还集成了生产过程的在线监控技术和图像抓取和处理技术、色彩对比和分析技术。采用物联网射频技术提高了各工段的智能型并进一步实现了连续化生产和全流程的智能化。实现生产的高效化化和低碳化，有助于印染行业升级为集约化、规模化生产和低耗、低排放的绿色产业。促进高速、高效，实现关键工艺参数的在线监控、远程诊断技术，符合个性化、功能化发展潮流，实现全过程的连续化、智能化。并和电子商务更完美的结合。印染企业综合自动化系统的功能。

1.1 印染企业综合自动化系统具备最基本在线数据采集功能模块

设备在线监测子系统主要完成如下功能： 完成对设备的运行状态、压力等参数和生产设备的运行状态和工艺参数（车速、温度、浓度、流量等）的实时监测，并保存历史数据。在线数据采集包括速度、长度、温度、液位、含水率、压力、张力、碱浓度、PH值、码数、缝头、水、电、汽、含潮仪等，保证产品工艺在生产装备上的准确执行。为了全面提高印染行业生产中工艺重复性和稳定性，必须对工艺参数进行在线采集和实时控制，重要的工艺参数主要有：

    (1) 碱浓度在线检测与控制系统

    碱浓度在线检测与控制系统，在很多企业应用已非常成熟且相关的报道己很多在此就不在赘述。

    (2) 染色浓度的在线监控

    染料浓度进行在线（实时）监测，可使染色工艺从经验控制转向工艺参数精细化和数字化控制，使染色实时可控和染色结果精准。通过长时间的在线记录和数据分析可以了解染料的配伍性、匀染剂的作用效果、pH值和温度的影响以及皂洗效果等。对这些基础数据的积累和分析后可以在线优化染色工艺。

    (3) 在线能源控制系统

    控制能源成本，准确核算各机台和各工段以及每批订单的水、电、汽能耗。应用系统前无法对每个订单、每个产品进行精确的能耗控制。应用系统后，通过在线采集系统的能源测控功能，可以有效控制水、电、汽消耗，科学计算生产水、电、汽消耗比率，使得能源浪费的环节彻底暴露并得到有效优化，从而据此减少能源浪费，减少水资源浪费。能源监控系统主要有如下五部分功能：

    电力系统：主要监控发电、配电室，完成对电压、电流、功率、开关状态等参数的实时监控，并保存历史数据，同时在允许的条件下还可以完成对出口开关的遥控操作。

    水处理系统：主要监控生产用水系统、污水处理系统，实现对水压、流量等参数的实时监控，并保存历史数据，同时对泵机启停的控制。

    蒸汽系统：完成对蒸汽系统中的压力、温度、流量等参数的实时监测，并保存历史数据。热油系统：完成对热油系统中的温度（出网油）、压力、油位、炉堂温度等参数的实时监测，并保存历史数据。

   碱回收系统：完成对碱回收系统中的流量、浓度等参数的实时监测，并保存历史

数据。

    产量计量系统：完成对各单元设备和连续生产各设备和总设备的产量的统计和计量，并对本班或批次生产的能源消耗进行自动计量和统计，并自动生成报表保存。

    (4) 实验室数字化和在线化

    以实验室的颜色管理系统为中心将比配色仪、滴液机和染料称重系统组网，以实现

集成控制，提高配方准确率和打样成功率。减少实验室的人员，实现综合自动化后的染

色企业里实验室的处方已经全部实现数字化，不再使用人工生成处方。以及质量检测都

实现在线化，不在需要质检人员到现场取样，并可以实时的在线优化印染生产过程的质

量。

    (5) 污水在线检测、处理和控制系统

    污水在线检测、处理和控制系统，可以实现污水处理过程的在线优化和精确控制，

并提供具有专家经验的优化调度与管理策略，达到节能降耗及减排的目的。随着2015 年1月1日新的《环保法》开始实施，污水在线监测和控制对于印染企业拥有很大帮助。本系统可以和综合自动化系统集成后可以在线统计进水和污水排出的在线情况，可

有效控制印染废水及其CODcr、氨氮、总氮、总磷的年排放总量，预防印染企业超排、漏排的可能，降低污水厂运行成本并提高污水厂的管理能力，具有良好的环境和经济效益。于综合自动化集成后还可提前预测和平均分配污水处理的能力并通过在线OTC和专家数据库实现工艺过程的在线优化。可实现以下控制：排放总量、水量水质、水量平衡、水质在线调节和监控、总排口排放水水质、加药量、用电量、水泵、曝气等的控制。并自动生成污水排污费用与回用的经济效益表格，以供企业高层决策排污及回用的比例，最大程度实现污水治理赢利的目的。

    (6) 色差在线监测系统

    色差在线监测系统，是基于机器视觉的在线监测技术，能快速高效的检测出布的颜色是否合格和存在的瑕疵以及瑕疵的数量。并实施记录布匹的颜色，可以在线测量布匹中心和边缘的颜色控制和测量，记录布匹开始到结束颜色的差别。可以在线监测和对比样品和布匹的色差并自动调节，并记录和保存颜色的在线记录和变化趋势，并实施优化布匹颜色和样品颜色的色差。并自动执行颜色滚动分类，色差超过允许色差自动报警。

    在综合自动化控制系统下对可能产生色差的工艺阶段还可以实现在线优化(OTC)，在传统工艺中产生色差的原因会有多方面的原因连续自动化生产消除了人为因素和人员素质对色差的影响，设备张力的自动调节和水泵恒压供水设计等可以消除设备不稳定导致的色差，门幅和经纬密度的在线检测和调节，坯布质量的在线质量检测和控制系统可以有效消除坯布批次之间的色差，颜色在线监测控制系统和自动配料和化料系统可以有效的消除不同批次坯布的批差。温度在线控制、浓度在线控制、压力自动调节、煮练时间的自动控制可以有效的消除前处理中可能产生的色差。轧车压力的在线控制和调节烘箱温度的在线控制可以有效消除染色和后整理过程对颜色，特别是浅色造成的色差。染料自动称重系统和助剂配送系统、碱浓度在线测量和调节配送系统，可以有效消除助剂、染料和碱浓度批次不同造成的染色色差。

    (7) 物料平衡在线分析和自动控制

    印染企业物料平衡分析和自动控制系统可以大大消除人工生产时因物料不平衡造成的工艺不稳定因素和批次偏差，可以极大的提高工艺稳定性。辅助物料衡算和辅助算法功能后还可以节约生产过程相关的物料和能耗，并可以减少物料排放提高物料利用率节约生产成本。

    (8) 其他在线数据采集模块

    其他在线数据采集模块还有很多，主要的还有pH值在线监控系统、张力控制系统、

湿度、速度、预缩率、门幅、轧余率、含水率、双氧水浓度等在线检测控制系统。这些系统是我国印染行业在“十二五”规划中重点需要解决的在线采集系统，在此就不一一列举。

1.2 大量在线采集系统的应用

大量在线采集系统的应用有利于建立印染企业流程的“黑匣子”对于印染企业生产非常必要。在2011年广东佛山对于印染企业的用水和排污已经实行了在线监控，并与环保部门联网，还有现在日本企业对于印染企业化学品应用还有污水处理等大量在线数据采集应用对于建立存进印染企业节能减排和节约原料以及减少隐形浪费，对于建设环境友好型绿色低碳型可持续发展的印染行业非常的有利。

    2 数字化的辅助控制系统

    数字化的辅助控制系统主要是针对印染企业在生产中需要控制：原材料、配方和工艺。对于原材料的数字化控制主要是针对原材料的检验和准备，对于配方主要是对印染的比配色、染色、配方和工艺的生成、染料一致性、修正染液的制备，以及配方系统的在线优化和配方管理；对于工艺，主要是新工艺生产的转化、工艺生成、工艺控制和工艺的在线优化。综合自动化的过程控制综合自动化控制系统下的架构不仅能有效和可靠的完成各种控制任务，覆盖常规的DCS/PLC的所有功能以外，它还能实现“任意地点的控制”，即用户能把控制功能下装到现场设备或系统中执行。任意地点的控制是工厂网络结构与FF现场总线技术相结合的产物。对于一些基本的控制回路籴说，把控制功能下装到现场变送器或阀门中执行，既能加快回路信号响应，改善调节品质，又能减轻控制系统的负担，使其完成较为复杂的优化控制任务，同时，增加了系统的分散度，提高了系统可靠性。

2.1 控制系统的部分功能描述

目前，对于印染企业在物料采购、库存、销售、样品、设计、制网、生产排产、调度、工艺管理、质量管理、配方管理、过程数据采集、设备管理、染化料管理、人员管理等环节的信息都实现信息化的在线优化；自动实现在生产加工管理和成本核算方面的预算和核算，实现精细化生产和精确的成本核算，以达到信息化高度集成和高效运营。

    一套综合的条码与射频技术( RFID)相结合的采集系统和MES以及ERP系统相结合，通过系统采集的生产数据和设备状态数据，结合各工序设定的工艺特点和相关的工序的在线监测和分析，从而做到对生产操作进行自动实时跟踪，可有效地对各生产岗位、产品质量的稳定性和工艺参数的执行率进行监督并实施的优化。本系统代替原来工艺的工艺卡和各机台数据及工艺过程数据，并有效和自动调节并自动优化生产过程，通过对设备和生产过程管理实现对产品的品质和质量在线优化和品质自动在线检测，通过门户信息系统为各部门提供及时精确的相关数据，通过Intemet将有关数据信息告知客户，并具有很好的扩展性和其他系统的兼容性。

    综合自动化系统对于生产的物流提供相关数据，建立智能物流必须的基础，并可以优化生产过程的物料流。条码系统包括物品的位置、加工情况、工艺情况、已经完成的加工及其相关信息、整个加工流程和未完成的加工、加工中的意外情况、操作的信息、产品质量等相关信息。生产现场要求每辆小车（周转车、白卷、花卷车等）都带有一张可读写的RFID识别卡，在每道工序由操作人员拿卡到平板电脑前刷卡，并完成该工序的开工和完工汇报，录入关键检测数据（温度、压力、PH值和各项化学检验指标等），并自动流转下道工序。通过RFID条码卡扫描和关联，、实现公司各类坯布、染化料、设备、人员信息的关联，形成完整的人员、设备、性能、物料、批次、检验结果等信息的关联关系，便于后期根据该条形成整套产品的质量追溯和召回，通过印染工艺参数设定、工艺要求跟踪，对于生产过程不按照工艺要求生产的情况，进行报警，从而达到提高的产品质量的目的。在线检验系统详细记录每一码成品布检验的疵点记录，根据百码评分标准，自动计算每一匹布合理的开剪位置，从而避免了人工开剪的盲目性，提高了企业A级布交货率，有效的减少了零码、次布出现数量，使企业的效益达到最大化；同时可以给客户提供每一卷成品的疵点分布情况，提升客户服务水平。质量控制系统包括原材料质量管理、半成品质量管理、产成品质量管理等全面质量管理活动，  对受检物品进行严格质量检查和指标统计并及时反馈到相关部门。利用此系统可以进行定量的统计分析，企业公司产品质量水平的主要因素，跟踪、分析产品在生产过程中的质量问题，实现产品问题的逐级溯源。

2.2 综合自动化系统集

    为企业提供一套对市场、销售、服务的企业前端应用系统。针对印染企业的生产加工特点和功能需求，基于MES系统，解决了底层信息不能及时反馈到上层计划和调度部门的问题，基本消除了生产加工过程中出现的扰动现象，从而达到了印染企业生产加工过程和管理的一体化，最终提高了企业的生产加工管理能力，为企业带来了良好的社会效益和经济效益。

    综合自动化控制系统实现企业的“私人订制”，印染企业生产加工的主要特点如下：

    （1) 印染产品生产由客户需求驱动。印染企业的经营管理模式、生产管理运作机制等会随客户要求不同而进行适当调整，具有柔性制造特点；

    （2) 印染企业对用户需求的产品、服务驱动的市场需要作出快速反应。需要在整个印染企业内，强调人、组织、管理、技术等方面的高度集成，而且具有敏捷制造特点；

    （3) 印染生产企业处于整个轻纺行业供应链的中间环节，其上游为坯布生产商，下游为布匹加工业。

     综合自动化控制系统为未来企业不仅仅进行硬件的销售，而是通过提供售后服务和其他后续服务，来获取更多的附加价值，这就是柔性制造。而带有“信息”功能的系统成为硬件产品新的核心，意味着个性化需求、批量定制制造将成为潮流。制造业的企业家们要在制造过程中尽可能多的增加产品附加价值，拓展更多、更丰富的服务，提出更好、更完善的解决方案，满足消费者的个性化需求，走软性制造十个性化定制道路。真正实现基于工业4.0时代，未来印染行业的商业模式，实现印染行业真正智能化，使印染企业的客户实现“私人订制”。