我国印染行业自动化起步于上世纪80年代初，经过20多年的发展，印染企业的自动化应用取得了显著的成效。印染自动化建设主要有两个目的：一是机械化代替人工化，提高生产效率，节约人工成本；二是加强印染工艺流程的自动精确控制，减少人为误差，提升产品品质，并减少染化料、能源等的不合理消耗，实现低投入高产出。目前，我国印染行业自动化发展正在经历从成长期向成熟期过渡，印染企业逐步由大规模扩张式的发展向精细化过渡，企业的自动化投资将从以往的大规模购置印染生产主设备向综合利用信息化手段、引进印染辅助自动化设备转变，从而达到节能增效、提升印染布品质和生产效率的目的。

    目前国内印染企业大多采用人工制定工艺参数和助剂配方、人工秤量和配送，只有少数企业在前处理工艺的部分环节采用自动或半自动的控制方式，导致前处理织物的白度、PH值、毛效、强力、丝光钡值、退浆率等内在质量的不一致，且前处理工序能耗大，几乎占染整加工总能耗的70%。手工染液助剂的配制、输送对印染生产过程造成成本，质量，效率，管理和环保等一系列问题。

    2.集中配送概述

    助剂配送系统是一种新型的工业自动化解决方案，该系统的应用能使企业减少浪费、节约成本、削减劳动力、提高产品的一致性，同时有利于环保，有利于提高产品的竞争力等。但其推广应用还未受到普遍的关注。目前市场上较成熟的国外系统主要有：意大利拉沃公司的Dos-Chem全自动配液系统;韩国的TADS-LS2001染/助剂供给自动化系统;瑞士贝宁格的染助剂称量系统;香港立信代理的德产CHD-distribution system;另外还有最近进入中国市场的UPSON公司的助剂自动移送系统等。根据本司长期的市场调研与用户使用情况反馈，国外设备总体具以下特点：a、功能强大;b、生产效率高;c、自动化程度高等。但是还不能完全满足国内印染企业的要求。其一，文化上的差异。其二，售后服务无法满足中国印染企业的要求。例如，零配件的供应、售后的技术服务、系统的升级、与其它设备的衔接等都存在一定的问题。其三，操作工艺及流程的不同。与国内习惯工艺不同的新设备，无法使企业的操作人员快速适应，更谈不上灵活运用，从而不仅发挥不出国外设备的优势，甚至造成巨大的浪费。其四，引进设备成本高。这一方面抑制了国内印染企业的购买欲望，另一方面使国外纺设备放低了进入中国市场的脚步。总体来说，由于国外设备存在的种种弊端，该系统在国内的市场占有额还相当小。据此，杭州开源电脑技术有限公司根据目前状况开发了适合于国内印染企业工艺的助剂自动配送系统。同时该系统完全国内开发、国内生产，所以在文化、售后服务、价格上占尽了优势，因此国内印染企业可放下种种顾虑，安全使用该产品。

    助剂自动配送系统包括从助剂的化料、上料、称量、自动输送、助剂浓度的在线检测等，也包括染料的自动称量、输送与检测，同时附带有与染料化料配套的自动或半自动称粉系统，还包括其他特殊化工原料的检测系统（如片碱浓度、双氧水浓度检测、PH值检测等），另外可与企业的ERP管理系统无缝连接。该系统主要适用于印染前处理、染色、后整理等各个工序，同时也适用于食品、化工、医药、饮料等行业的整体控制，是一套多元化产品。

    该系统在技术上，主要应用当前流行的集散控制技术、计算机网络技术、高性能数据处理技术、在线采集控制技术、工厂自动化技术、可编程控制器多层网络架构技术等，综合运用以上各项技术实现了印染前处理、染色、后整理等整个车间染、助剂的自动化称量、配送、实时检测与控制、生产数据的实时记录与在线管理等各项功能，是一套较完整的国产技术的工厂自动化解决系统。

    本系统软件功能主要有原始配方管理、原始数据录入、参数自初使化、物料管理、染助剂配方计量、报表统计、打印管理、系统报警、语音提示、机台发料队列管理、历史记录、优先级请求、系统监控、工程调试、其他数据管理等功能。

    3.实现技术原理

    系统自动化流程图如下(图2-1所示)：

图2-1 系统自动化流程图

    该系统以20种助剂作为基本配置，具体配置可按要求扩展。分配系统可根据网络提供的信息实时检测机台高位用液量情况，输送方便。在出现多个机台同时请求加料时，系统自动采取优先加料机制。

    总体操作流程

    化料搅拌——>上料——>储存——>发料——>检测——>反馈控制——>加料

    本系统主要分化料搅拌、上料、储存、发料等操作，其他在线检测控制为辅操作。

    化料搅拌

    将高浓度或粉末状助剂与水按一定比例混合，搅拌，使其配置或稀释成生产用助剂。

    上料

    将搅拌好的助剂通过上料泵输送到储罐，上料过程可通过上料指示报警装置反馈是否继续上料，上料过多，报警装置进行高位报警，储罐液位过低，报警装置进行低位报警。

    储存

    储存即将化料好的助剂，通过上料装置，将助剂储存到储罐，储罐上装有液位传感器，储存过程通过该传感器指示液位的高低以及是否报警。

    发料

    该操作实现助剂的自动秤量与配送，各机台在确认发料请求时，中央控制中心将发料请求按照各机台的请求顺序排列后依次发料。对于急需发料的机台，可通过优先请求方式进行优先发料。比如，A、B、C、D、E、F、G为七个机台请求的初使队列，A是当前正在分配的机台，如果这时有其它机台（如E）请求最高优先级，那么队列变为：A、E、B、C、D、F、G，E自动插入到A与B之间，待A发料完毕，E开始发料，此时队列变为E、B、C、D、F、G。若某机台F欲对队列进行取消操作，亦即该机台不运行或无需添加助剂，那么F将从队列中移除，队列变为：E、B、C、D、G，若F又发来请求要求入队，则排在队列最后，队列变为：E、B、C、D、G、F。具体的发料动作由中央控制中心处理，完成机台配方（各助剂与水或烧碱等的混合物）的自动秤量及远程输送。

    检测

    检测指对高位槽液位的检测，当高位槽达到低液位时，报警装置开启，提示工作人员补充该高位槽的助剂配方。

    反馈控制

    指对浸渍槽各助剂浓度的反馈控制。如对退浆工艺的生物酶、渗透剂、NAOH等元素浓度的控制，煮练工艺NaOH、Na2SO3、精练剂等元素浓度的控制，氧漂工艺NaOH(50-55g/L)、H2O2(16-18g/L)、稳定剂、鳌合剂等元素浓度的控制，丝光工艺NaOH浓度和酸碱平衡值的控制等等。

    加料过程

    加料过程是反馈控制的后继动作，反馈控制装置检测到浸渍槽溶液浓度偏离标准液浓度时，会自动调整加料速度（或流量），使浸渍槽溶液浓度趋于标准液浓度。

    化料搅拌系统、指示报警系统、助剂上料系统结构图如图2-2所示

    在线合成分配秤量系统

    为保证计量的准确性和耐用性，采用耐酸碱、耐腐蚀的高扬程动力泵作为远

    程输送装置，助剂计量采用高精度流量计和合成分配器以变频方式控制计量。结构如左(图2-3)所示。

    智能储料系统

    每个储罐均安装有液位计，罐内的助剂液位可通过液位计检测并反馈给化料员，并在液位指示报警装置中指示。储罐采用一吨或二吨的耐腐蚀、耐酸碱塑料桶，对于个别助剂可在桶内安装搅拌装置，示意图如右(图2-4所示)。

    碱浓度在线控制系统

    说明：

    利用比重法间接测量工艺液中较高浓度的碱溶液,自动实现在线闭环控制，无需人工干预；对于低浓度的碱溶液则采用自动滴定方式实现。利用间接法测量碱浓度性能稳定，维护简单，持久耐用，检测探头不易损坏，为较理想的浓度检测法。如图2-6所示：

    总线式管路系统

    系统采用总线式管路设计，即用一条管路实现对各种助剂的配送。所有管路均采用不锈钢材料制成，管道内部经过抛光工艺处理，采用高流速泵输送，管道布置讲究，管道内部不易残留各种液相助剂，冲洗容易，效果好。同时，助剂分配装置和管路到各机台的分流装置采用本公司自行研发的合成分配器和二位三通阀，气控部件采用进口元件。本管路系统安装、维护方便，成本低廉。

    对于机台较多或助剂用量较大的用户，可考虑多加一路水管，利用流量计计量，实现对助剂和水的同步秤量，提高分配效率。

    实现原理：

    对于某配方，先利用水管管路加1/3水。

    加助剂A+冲洗水+加助剂B+冲洗水+……，冲洗水同时为配方组成

    加剩余水，完成配送过程。

    以上3个步骤都由软件进行严格控制，能按次序、按要求完成对某一配方的自动秤量及输送。清洗时先用定量水冲洗，再用压缩空气吹洗。

    两位三通阀与合成分配器实物图如下（图2-8、图2-9所示）：

    终端监控系统，如图2-10所示（部分截屏）

    数据管理及实时统计软件

    软件名称

    PRE-TREATMENT即前处理软件，安装于服务器，该软件的作用是实时记录客户实际的生产数据，具有监控、统计、报错等功能。PRE-TREATMENT软件简单的说是三种功能的综合：监控、统计功能和报错功能，其基本工作原理如下：服务器端通过该软件的实时监控功能与所有操作终端运行的触摸屏软件进行数据的在线交互，进而实现数据的实时采集与统计。当某终端发生故障，该服务器利用软件的报错功能将故障终端的故障信息及时快速的反映出来。该软件从具体功能上可分为染助剂管理、设备管理、配方管理、数据统计、报表、辅助操作和用户管理等。以下为主要功能模块的软件截屏（主要功能模块如图2-11所示）：

    软件说明

    操作系统：win2000平台。人机界面友好，开发周期短、稳定性好。突然掉电对系统不会有任何影响，适合比较恶劣的工业环境。

    配方管理：配方库管理模块是本公司专门为印染企业开发的一套数据库管理软件。它通过计算机和网络将企业销售订单，工艺，小样制作，生产数据等进行全面的记录和跟踪，并进行统计分析，使企业能够对助剂的使用情况清楚了解，大大方便企业改进生产管理，提高生产效率机台信息互连功能：能在任意一个机台查看其它机台的助剂发送请求状况及当前机台某控制点的发料信息。

    动画功能：人机界面采用图形和文字，实现形象的动态显示，易于理解和操作。对初学者来说，上手快，操作错率低。

    先入先出功能：在输入配方申请发料时，以排队等候先请求先发的方式来满足各控制点的发料要求，可通过该功能对各控制点作预先请求，可大大提高自动化程度及无人化操作。

    监控功能：在中央控制中心的监控电脑是用来监控各机台的用料情况，并实现对各控制点的处方集中管理，为上层管理者提供现场数据，以便进行成本统计。

    配方存储功能：每一个控制点都能存50种配方（可无限扩展），方便操作工随时调用、检查。

    4.网络拓扑解析

    网络拓朴如图2-12所示

    信息管理层

    信息管理层主要指由工艺主管室、生产主管室、信息部门及高层领导等部门组成的网络信息层，本层实现了现场数据、生产状况、成本计算与统计等功能，结合本企业ERP系统更能实现其它功能如销售分销，生产计划，车间作业，质量管理，查询决策等等，真正实现数据信息的共享（但不同部门有不同的权限）同时能使企业的管理机制得到发展和完善。

    车间管理层

    车间办公室配有一台服务器，用于实时记录设备运行情况及各种生产数据，如每班产量，总产量，原材料消耗，温度趋势，储料仓料位，机台情况，指示报警参数等。通过PRE-TREATMENT软件、SQL SERVER数据库系统与中央控制层实现实时的数据交互，进行原材料的仓储管理、消耗统计、生产统计等操作。

    中央控制层

    由上位计算机或中央处理终端、中央控制PLC、电气控制系统、条码读取仪、打印机等组成，通过高数数据链接网络（CONTROLLER LINK网）实现与各从站的信息通讯，完成对各从站点数据的实时采集与监控。监控软件，以动态图形方式显示整个设备的平面图，工艺配方，工艺流程,分配信息等，并配有各种参数值的设置和多种数据趋势曲线显示，如发料时间，历史趋势，阀门开度，瞬时流量和累计重量等。有故障报警和报警信息记录，计算机在线检测和诊断报警事件，采用报警窗口直接显示故障部位和故障类型来准确通知维修人员，采用报警声音来提醒操作人员，通过RS-232C和主站PLC的RS232端口连接。

    主站

    主站是一个设在中控室的按钮站，负责与现场控制层之间交换和采集数据。通过按钮控制可以开、停现场的所有设备，选择按钮开停远程设备。是因为按钮比计算机控制更为直观，方便，简单，更加有效的避免了因为计算机死机、重起动、瘫痪等故障造成的停机事故和误操作等各种可能。

    现场控制层(即从站)

    主站通过 controller link网络与现场控制层的多个从站相连，并且各从站PLC可以与主站实现高速的数据传送与共享。各从站PLC负责按工艺要求实现对现场各设备的调节和控制，采集现场仪表、传感器等数据。

    5.技术优势

    1. 节能增效 提升品质

    处方用料准确计量、最大误差10g，计量一致、稳定，减少疵病，提升品质；

    实时统计染化料消耗，提供成本控制依据，减少10%染化料及助剂使用量；

    实现多机台、多点同时化料，多个处方同时录入，及时送达机台，提高配料效率；

    开源公司根据企业情况提供业务流程简化方案，减少人员依赖性，并降低人工成本。

    2. 技术先进 过程可控

    系统关键技术指标达到国际先进、国内领先水平；

    先进的过程控制与监控功能，保证工艺配方在生产过程中稳定，减少人为误差。

    3. 解放劳动 清洁生产

    全天24小时按计算机设定的要求自动配送各种浓度染液、助剂，告别繁重的体力劳动；

    智能储罐系统代替了传统的助剂堆放场地，总线式管路系统代替了料桶及人工搬运，车间环境整洁有序，实现清洁生产。

    6.小结

    大量实验和实际生产实践证明使用该产品可有效提高染色一等品率1%-3%，降低返工率5%-20%，节省水电汽消耗5%-10%。

    该产品已在佛山市顺德金纺集团有限公司投入使用，根据目前运行状况，该系统将染化料及助剂的用量减少5%，水的用量比以往的生产减少10%，有效减少化料岗位20余个（额外新增加机台不加人），生产劳动强度大大降低，员工满意度提高，染色返工率降低7%，一等品率提高1%，客户使用反映良好。

    作者：杭州开源电脑技术有限公司 张朝峰 许昌元