紡紗廠自動化紡機網絡信息集成工程綜述

摘 要：本文主要介紹工業控制網絡在棉紡廠的綜合應用及其在工廠設備運行管理中的優勢，同時介紹臺達全系列網絡產品。

關鍵詞：紡紗 紡機信息集成 以太網 GSM無線通訊

我國是紡織工業大國，在世界紡織工業市場扮演了重要腳色。紡織工業是我國最早產生的民族工業，在工業生產中占有舉足輕重的地位，同時紡織機械自動化也是我國工業自動化發展的重要領域。在20世紀早期以傳統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，稱為電子工業時代，到了20世紀末，隨著生產規模的不斷擴大和復雜程度的提高，實際應用對控制系統的要求越來越高，同時計算機信息技術有了突飛猛進的發展及應用，紡紗廠自動化系統也迎來了信息工業時代，在這一時期各種紡機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效率，也使紡織機械自動化控制翻開了新的篇章，本文主要介紹工業控制網絡和產品在紡織廠的具體應用。

目前在我國紡織機械工業中，單體設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、人機界面、自動化儀表等產品已被廣泛應用，能夠滿足獨立工藝設備的控制需求，如以細紗機為例，由于這些產品的應用，操作工人可以通過人機界面對設備工藝參數進行設置，可編程控制器根據預設的參數以及外部傳感器信號控制變頻器、伺服電機完成細紗工藝過程，包括了實現需要的錠速曲線以及自動集體落紗等等工藝要求。

但是單機自動化這對于紡織廠的生產及管理是遠遠不夠的。中國的紡織產業處于勞動密集型向設備與資本密集型的產業轉型階段。要提高生產效率，必須協調好各種設備及人員，而目前的狀況是雖然單機設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，各個工序之間、設備之間包括操作員之間不能相互協調，成為信息孤島，造成資源的浪費和生產管理的缺失。還是以細紗機為例，一個紡織企業中，根據產量情況一般細紗機的臺數可達幾十臺甚至更多，為了應對市場需求的變化，要求調整設備紡紗支數，涉及到相關的工藝參數需要變動，過去通過人工的方式對設備逐臺進行調整，而現在完全可以通過網絡快速的更換其工藝需求，減少錯誤，提高效率和可靠性。隨著我國紡織工業持續快速的發展，紡織機械工業將以信息技術為主導，以智能化生產為主要特征進入網絡化控制，帶來人力成本的節約，生產管理效率和產品品質的提高，通過對設備運行狀況的監控和統計也可大大提高設備的開機率，從而提高企業的競爭力。

串行通訊：串行通訊是現場總線的物理子集。一條信息的各位數據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，其技術簡單成熟，性能可靠，價格低廉，所要求的軟硬件環境或條件都很低，廣泛應用于計算機及自動化控制相關領域。低成本是串行通訊方式的優勢，但他也存在數據傳輸效率低，較易受外部干擾影響等問題，多用于通訊數據量不大，實時控制要求較低的場合。

現場總線：現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、多結點的數字通信技術?，F場總線技術是控制、計算機、通訊技術的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續、離散工業領域，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。它的出現和快速發展體現了控制領域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據采集的智能化要求。

目前市場中主流現場總線包括DeviceNet、F.F、CANopen、ControlNet、Profibus等等，現場總線具有快速響應及高可靠性，支持主/從式、多主式及對等式多種通訊架構，易于連接各分布式控制器。雖然現場總線還沒有一種統一的標準，但如CANopen、DeviceNet這樣的完全開放式總線標準受到大家的青睞，越來越多的應用于各種控制場合。

工業以太網是商用信息網絡領域衍生的工業網絡協議，慣指IEEE 802.3協議。如果進一步采用TCP/IP協議族，則采用“以太網+TCP/IP”來表示，其技術特點主要適合信息管理、信息處理系統。以太網支持的傳輸介質為粗同軸電纜、細同軸電纜、雙絞線、光纖等，其最大優點是簡單，經濟實用，易為人們所掌握。與現場總線相比，以太網具有以下幾個方面的特點:

（1） 兼容性好，有廣泛的技術支。基于TCP/IP的以太網是一種標準的開放式網絡，適合于解決控制系統中不同廠商設備的兼容和互操作的問題，不同廠商的設備很容易互聯，能實現辦公自動化網絡與工業控制網絡的信息無縫集成。

（2） 易于與Internet連接。以太網支持幾乎所有流行的網絡協議，能夠在任何地方通過Internet對企業進行監控，能便捷地訪問遠程系統，共享/訪問多數據庫。

（3） 成本低廉。由于以太網的大量應用，因此其硬件成本相對低廉。

（4）可持續發展潛力大。以太網的廣泛應用，使它的發展一直受到廣泛的重視和吸引大量的技術投入。并且，在信息瞬息萬變的時代，企業的生存與發展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網絡，信息技術與通信技術的發展將更加迅速，也更加成熟，保證了以太網技術的持續發展。

（5） 通信速率高。目前以太網的通信速率為10M或100M，其速率比目前的現場總線為高，可以滿足大數據量通訊要求。

為提高紡織廠生產管理效率，降低成本，提高產品品質，增強行業內競爭能力，國內一部分紡機設備廠家已率先采用網絡產品應用于設備中，整合生產過程各部分控制機能，實現了紡織廠設備運行的綜合管理。下面以河北一間紡織廠實際控制方案為例，說明網絡產品的自動化控制中的綜合應用。

本方案設計首先是考慮設備運行的穩定性和可靠性，以此保證設備的正常無故障運行。其次是保證自控系統的先進性、可維護性以及可擴展性，這是保障系統在將來技術的領先和設備易于維護、擴展。

（1）紡機設備。方案是根據紡織廠生產的具體要求，按國家相關規定而設計的開放式集散控制系統，體現了現代控制系統的集中管理、分散控制、信息共享的思想。方案采用臺達DVP系列產品配置網絡自控系統。該紡織廠網絡自控工程包括從梳棉到絡筒的各種設備，具體如下：6臺梳棉機；2套并條機（分為頭并、二并）；3臺懸錠式粗紗機；20臺細紗機；2臺絡筒機。

（2）紡機信息項目。工程控制系統內容。各設備的系統工藝參數的監測及設置，各運行數據的采集、處理及管理。具體內容包括：

·設備監測：對梳棉機、并條機、粗紗機、細紗機、絡筒機設備的各種工藝參數進行檢測和設置。

·設備控制：對各設備控制回路按工藝流程實施優化閉環控制，根據設備當前的運行狀況調整相關其他設備。

·聯鎖報警：對每臺設備的各種故障進行分級處理，根據不同級別進行本體報警，關聯設備報警處理，并可建立設備運行檔案，提高設備開機率。

·歷史數據：對生產過程關鍵參數、每班生產狀況進行歷史數據存儲，為生產管理提供現場數據。

·品質追溯：通過生產全過程的監控以及歷史數據存儲查詢，當成品或后工序產品出現品質問題時，可通過追溯的方式查找出現故障的工藝環節，從而快速排除和調整，避免更大的損失。

（3）臺達FCS主控制系統。該方案配置為臺達FCS系統作為主控制系統，對設備進行全面控制和監視，以實現生產管理的智能化。臺達長期以來一直致力于自動化控制系統的研發與應用，在各行業中有廣泛應用，提供客戶完善的綜合解決方案，取得了良好的實際應用效果。通過多年的實踐和大量項目的實際應用，DVP系列產品具有可靠性高，實用性強，系統穩定，運算速度快，操作界面友好等優點，是自動化控制優選方案，并且由于產品運用的廣泛性，所以維護、備品、備件都十分容易。FCS（Fieldbus Control System）系統是具有數字化的通信方式、全分散的系統結構、開放的互聯網絡、多種傳輸媒介和拓撲結構、高度的環境適應性等特點的現場總線（Fieldbus）技術，從根本上突破了傳統的“點對點”式的模擬信號或數字—模擬信號控制的局限性，構成一種全分散、全數字化、智能化、雙向、互連、多變量、多接點的通信與控制系統。相應的控制網絡結構也發生了較大的變化。FCS的典型結構分為設備層、控制層和信息層。DVP系列FCS系統的基本組成包括上位機監控管理站、設備操作站和三層通訊網絡架構，如圖1所示。

圖1 臺達FCS系統控制結構示意圖

信息層由上位計算機、網絡交換機和組態軟件構成，采用EtherNet網絡通訊，一方面實現與現場系統的數據采集和交換，另一方面實現數據存儲、分析、管理。甚至可實現遠程IE監控和MODEM撥號監控，如圖2所示。

圖2 信息層畫面

控制層由DVP系列網絡產品構成，包括主機、以太網模塊、總線模塊等，針對各類設備共配置5套，主要實現對每類設備的管理和控制，并且將數據上傳至上位機，同時將上位機的控制命令和數據下達到每臺設備。