染整设备自动化分解

染整设备自动化分解第1页/共42页目录染整生产过程自动化概论和发展趋势国内外常见的染整设备控制器及其特点实例：基于嵌入式技术的间歇式染色机控制器及染厂自动化第2页/共42页◆教学基本要求●掌握染整生产过程自动化的基本要求；●掌握染整生产过程自动化的主要内容；第3页/共42页1染整生产过程自动化的基本要求染整生产过程自动化是指采用各种自动化装置，对染整生产过程进行自动地检测、变送、控制，替代操作者的部分劳动，使生产在不同程度上自动地进行。不仅能迅速、准确地监视生产过程的工艺变量(如温度、湿度、速度、张力、浓度、液位、色泽、时间、克重、门幅、导布、含氧量、pH值、预缩率及化学药剂的施加量等)，而且能迅速地进行工况分析、判断，做出工艺优化的操作决策。染整生产过程自动化的目的是确保产品质量的稳定性、再现性，达到节能、降耗、低成本，安全、可靠、少污染的清洁生产，提高染整企业综合技术实力和市场竞争能力。第4页/共42页1.1染整生产过程自动化的层次包括单台设备自动化、染整生产过程自动化和染整生产系统管理自动化三个层次。涉及到自动化技术、计算机技术、通信技术、先进制造技术和管理学等诸多学科，体现了多专业知识与技术集成的现代工业自动化发展思路。染整生产过程属于流程工业，整体看属于过程自动化领域，但局部又包含机械自动化（机电一体化）、电气自动化、企业信息化等多方面的自动化。染整生产过程自动化是染整企业信息化建设的基础，是染整企业可持续发展的重大举措。在染整工业自动化领域中，自动测量系统和自动控制系统作为其核心部分。第5页/共42页1.2国外染整工业自动化状况德国、瑞士、意大利等欧洲国家及日本的新型染整装备自动化水平相当高。机械手、机器人进人了染整生产操作自动化的实用阶段。交流变频多单元协调调速系统，PLC可编程序逻辑控制，人机界面操作或工业计算机控制，步进电动机或交流伺服系统的应用，速度闭环比例控制的应用。单元间速(布)差调节：在多单元协调传动中，单元间采用气动摆式松紧架，经速差角度变送，调节跟随单元的速度；多导辊一般采用分组集体交流变频调速传动，参加联合机协调第6页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：烧毛工艺德国ostaff计算机程序化操作装置，采用seng-matic工艺自控单元与表面绒毛检测器组合使用。退煮漂工艺日本东海染工在线测量与控制碱液及双氧水溶液浓度。NaOHMETERⅥ型采用电磁浓度计，通过连续测定工艺溶液的电导率，得出碱液的浓度比例关系。C．C．C．METER系统用于漂白溶液的浓度自动测量、控制，应用自动连续ORP方式(氧化还原电位差法)，使用连续的计量表与数据测试浓度显示器，并可同时测定酸、碱、氧化剂、还原剂混合液的浓度。第7页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：丝光工艺浓烧碱的在线测控，直辊丝光织物纵向张力自动控制等。瑞士LKRSTL型碱浓控制属比重法，可由称重气压传感器测量浓碱浓度。美国普林顿公司PRINCODENSlTROLTM远传信号密度计，是一台采用质量平衡技术对工艺液体密度测量、控制的在线液体密度计。瑞士贝宁格公司直辊丝光机应用湿布热碱丝光系统制。该机中采用浮筒密度变送传感器。第8页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：连续轧染工艺生产过程的工艺变量控制点繁多。德国门富士公司MATFX-COLOR轧车采用Macbctn公司的鹰眼光谱光电仪比色系统、AF310型微波高湿度传感系统及液位控制组成均匀轧车出布处监控矫正色差系统。

门富土公司的均匀轧车设有轧液槽翻转装置和喷水自动快速清洗装置。德国玛诺公司CMS型匹(轧)染色差控制系统，通过直接测试轧车后湿状的织物所带染液，从而监控染色过程和染液吸收。横向往复移动在整个布面广的分光光度计无接触、连续地测量染液的均匀度。第9页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：间歇式染色工艺间歇式染色的技术进步着重在清洁生产、小批量的质量再现性。意大利伊特斯（INTES）公司的多功能高速卷／轧染联合机，采用矢量变频电动机(交流伺服电动机)传动，微机全自动控制工艺程序及各项工艺参数，卷绕过程织物恒线速度、恒张力工况。德国第斯(Thies)高温高压染色机的浓泵、提布辊均为交流变频调速传动。该机设有多产品模拟量全自动加料系统(M)、缝头测量系统，自控加水、进汽、液温，全生产过程的工艺参数和操作程序均可控制。间歇式染色机应用DCS系统实施群控。第10页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：印花印花技术进步之一是应用高精度位置控制传动及花位自动定位。斯托克公司的Pegasus型圆网印花机；布赛公司的Rotamac5型圆网印花机；Zimmer公司的R92及RSDM圆网印花机等，皆配套了ACR计算机自动对花系统。该系统由选择开关进行花位预调定的选择，花位的精调由电动机执行；该系统具有控制、监测和储存所有花型数据的功能。印花技术进步之二是采用数码喷射印花技术。它是系统工程，涉及CAD技术、网络通信技术、精密机械加工技术及精细化工技术等前沿科技，是信息技术与机械、纺织和化工等传统技术融合的产物。第11页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：织物后整理后整理装备广泛应用计算机系统，对烘房含湿量、拉幅宽度、超喂量、非接触布身温度测量、成品纬密、单位面积重量等进行控制。意大利RELAXA公司的松式供燥机速度、超喂百分比没定控制，每节烘房温度自控“收缩和定形”装置，空气脉动频率设定控制，废气湿度测控。德国玛诺公司提供OptrpacVMC-10定型机测控系统。设有玛诺全幅螺旋扩幅居中装置、EVAC新型真空吸水系统、高湿度测控HMF、欧特玛自动纬纱调整器RFMC(光电整纬器)、废气湿度测控AML、定形时间控制器VNT、纬密检测装置PMC、落布回潮率测控RMS、威可喷盘式均匀给湿机RFT、织物米克重测量FMI。第12页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：化验室的自动化在工业先进的国家，计算机测配色系统已是纺织印染行业的基本生产工具。为了适应小批量、多品种、多色号、颜色质量高指标、交货期短等市场竞争生产方式，印染厂化验室装备的自动试样系统，包括计算机测配色系统、自动称料配液系统、自动滴料(染液配制)系统和自动小样染色机。DATACOLORX-RITE第13页/共42页

国外染整工业自动化状况举例：印染ERP系统ERP是一个面向供需链管理的管理信息集成，有效地整合了企业内外部的各种可利用资源，能满足印染企业实现多元化、跨地区、多供应和销售渠道的全球化经营管理模式的要求，并对电子商务的开展提供基础平台。ERP除了传统的制造、供销、财务功能外，在功能上还增加了支持物料流通体系的运输管理、仓库管理；支持在线分析处理、售后服务及质量反馈，及时准确地掌握市场需求脉搏i支持生产保障体系的质量管理、实验室管理、设备维修和备品备件管理；支持多种生产类型或混合型制造企业，汇合了离散型生产、流水作业生产和流程型生产的特点；支持远程通信、电子商务、电子数据交换；支持工作流(业务流程)动态模型变化与信息处理程序命令的集成。第14页/共42页速度、张力的控制在织物进行染整加工的过程中，在机运行的速度、张力控制是保证工艺过程可靠、平稳进行的先决条件。染整装备多数采用多单元线速度协调控制系统。模糊智能张力控制技术温度、湿度的控制温度控制大多数还是针对工艺介质的检测，目前真正布身的温度检测很少；烘房温度检测——间接法红外辐射测量布温智能温度传感器+现场总线传输信号湿度控制在工艺反应中极为重要，但目前染整加工过程中，湿度在线控制的应用极少。浓度、液位的控制染化料的配液浓度、浴槽的液位高低，都会直接影响到工艺液对织物浸渍的稳定性、均匀性，织物上的带液量、化学品及染料总量。电导率法测量小于8％的烧碱溶液浓度；（退煮漂）丝光工艺浓烧碱浓度测量采用比重法；氧化还原电位差法(ORP)测量双氧水溶液浓度‘激光检测染液中染料的浓度，是通过检测激光透过染液后的衰减程度来获知浓度大小。由于激光具有波长一定、密度极高的特性，即便是在浓度较高的领域，也能获得与浓度成线性关系的数据。染整工艺过程中的液位控制，可按不同工艺溶液及不同工况下，选用电导式、电容式、超声波式等智能型液位控制装置。智能型控制装置具有现场总线兼容模块。2

染整工业自动化的主要内容

第15页/共42页pH值自动控制不同的纤维织物所采用的不同染料，在染色过程中有自己的pH值要求。光电整纬装置在染整生产过程中，由于多种原因，会使织机上下来的机织物平直的纬纱产生斜纬、弓纬或波形纬斜等斜纬歪曲现象；圆筒针织物剖幅展开后，亦会出现类似纬斜一样的情况，同样需对线圈横列进行矫正。整纬装置常和丝光机、拉幅机和热定形设置配套使用。纬密及针织物线圈横列数的测控连续、精确地测量纬密和针织物的线圈横列数，检测织物的纬密／线圈横列数可以及时控制织物的质量(旧称“重量”)、伸长量和收缩率，对于生产优等纺织品来说是一个重要的环节。这种监视和测定装置常用于拉幅、丝光、预缩(包括阻尼式预缩机)等设备上。第16页/共42页织物单位面积的质量测控单位面积的质量是纺织品的重要特性之一，它直接影响着成本和产品的品质。根据机织物的涂层整理、上浆、浸轧液的均匀度，使施加的涂料等控制在给定值附近，符合差值要求，以便改善产品的品质，降低成本。针织物弹性大，加工过程为了真正达到所要求的成品质量，连续、无损地进行单位面积的质量测定就显得更为重要。织物测长装置在市场经济的今天，产品销售中由于织物交货长度的不确定性，经常由此发生纠纷，甚者影响交易，不少生产企业只好采用“宁多勿少”的供货方法，从而严重影响了自身的经济效益。选用织物测长装置时，应严格区分测长精度和计长精度，企业需要的是稳定、可靠、恒张力的高精度测长装置。第17页/共42页3染整生产过程的检测系统在染整工业自动化领域中．自动测量系统和自动控制系统作为其核心部分。在染整生产过程中，检测任务是正确及时地掌握各种工艺变量的信息（温度、湿度、速度、张力、浓度、液位、色泽、浊度、纬密、门幅、含氧量、化学品剂的施加量）。一般情况是获取被测对象信息的大小。检测系统应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等功能，是传感器、变送器(变换器)和其它变换装置等的有机组合。第18页/共42页染整生产过程测量系统需要具有符合染整工艺的被测对象和环境，而且要具有在结构上、性能上可靠的传感器。常用传感器包括速度传感器染整生产的设备，尤其是多单元的联合机，若无对速度的测量、控制，将无法运行。如：码盘式转速传感器、磁电式测速传感器、旋转变压器速度传感器张力传感器染整工艺过程织物超喂与牵伸，皆需要联合机中的各单元机按一定的比率布速运行；卷染及收卷堆置落布，皆需要随卷径变化，实施恒线速度协调运行。从自动调节原理的角度，不管两单元间保持多大的速差，或者卷径变化多大，都将引起织物张力的波动，它们都是对张力的扰动量。因此，生产过程还须监测织物在机的张力变量差值，并加以控制，以利工艺正常，防止皱条及缩水率偏大。如：在测定织物张力时，可采用电阻应变式传感器。3.1染整生产过程的常用传感器第19页/共42页染整生产过程的常用传感器温度传感器接触式测温和非接触式测温热电阻温度传感器pt热敏电阻温度传感器红外辐射布面温度传感器湿度传感器检测控制蒸箱、烘房内的湿度或排气湿度；氧化锆湿度传感器；静电电容式湿度传感器音速测湿传感器高温测湿的传感器高含湿量测定传感器：微波传感器落布回潮率测量传感器电阻式回潮率测定传感器第20页/共42页染整生产过程的常用传感器压力传感器染整工艺过程前处理中的汽蒸箱、染色的还原蒸箱、印花的蒸化机、各种热机的导热油加热系统以及蒸汽锅炉的气压测定。液位传感器染整生产过程中工艺溶液的浸渍时间与溶液量及织物在溶液中的进给途径有关，而溶液容器的液位精确控制就特别重要。恒浮力式液位传感器变浮力式液位传感器静压式液位传感器电容液位传感器第21页/共42页碱浓度传感器烧碱在染整过程中应用颇广，烧碱的浓度将直接影响到工艺变量的控制差值，对其有效的测量、控制，将有利于提高印染纺织品质量。第22页/共42页pH值和ORP传感器染整过程不同的纤维织物所采用的不同染料，在染色时有自己的pH值的要求。前处理漂白溶液中的H2O2采用自动连续ORP方式（氧化还原电差法）检测。浊度检测传感器检测洗涤水的浊度，控制水量、温度、车速，以期达到质量稳定、节能的目的；检测烘燥机排气的浊度，对于调整排气量起一定作用。用光度计检测浊度；用测定红外线吸收量的排气浊度测定；颜色测定传感器织物纬密、纬斜传感器光栅传感器第23页/共42页织物单位面积重量传感器伸缩、门幅测量传感器在染整工艺过程，对纤维进行改性时，织物的牵伸、收缩、低张力松弛加工以及超喂进布，皆会影响织物的伸缩及门幅的变化。连续在线测量织物的伸缩及门幅值，且加以控制，才能保证纺织品服装面料的加工精度要求。第24页/共42页边缘、缝头、金属异物检测传感器染整生产过程居中导布，印花贴布，拉幅定形上针铗、布铗，齐边收卷皆需对织物布边探测；圆网印花缝头消磁防止缝头痕，轧光、拷花工艺的缝头抬辊亦需要在线检测缝头；织物剪毛，轧光、拷花等过程，需要检测金属异物。织物长度传感器检测机织物或针织物长度是非常困难的，因为这类织物按其所放置的情况会有所伸缩。流量传感器第25页/共42页4染整生产过程的自动控制系统染整生产过程大多数由多台单元机组成的联合机完成一工艺加工过程。在生产过程中某一工艺条件发生变动时，皆可能涉及到其它变量的波动，偏离正常的工艺条件。需要用一些自动控制装置，对生产中某些关键性变量进行自动控制，施加影响，使偏离工艺设定值的变量，回复到规定的数值范围内，或者按某种规律变化，保证生产过程正常地进行。第26页/共42页常用控制器工业过程计算机简称工控机，是指在满足工业环境使用要求，与工业过程相连并可自由编程的数字计算机，工业生产中既用它测量过程参数并进行数据处理，又用它计算并影响过程的输出。可编程控制器(PLC)是一种数字逻辑运算操作系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令．并通过数字式或模拟式输入和输出，控制各种类型的工业生产过程。单片机是在一块芯片上集成了一台计算机所需的基本部件。具有体积小、价格低、小而全、面向控制等独特优点。第27页/共42页基于嵌入式技术的间歇式染色机控制系统间歇式染色机是印染行业的主要染色设备，大、中型印染厂都拥有多台间歇式染色机。通常多台设备染制一个品种的布匹时，消除机台之间的色差是普遍关心的问题，而各台设备运行生产工艺的差异是造成色差的因素之一。染缸控制技术是实现染色生产过程自动化的基础。常用控制技术有：PLC和低位单片机控制功能单一控制算法简单联网不足，难以集成人机界面不友好32位嵌入式技术对比传统：功能强对比IPC：价格低，可靠性好发展趋势PC化；网络化；功能多样化；大屏幕，触摸屏；Linux第28页/共42页

溢流染色机O型缸图约16路开关量输入，27路开关量输出，2路模拟量输入。第29页/共42页间歇式染色工艺简介整个染机的控制功能可以分为以下13个部分：⑴入水；⑵入布；⑶备料；⑷加料及备料桶水洗；⑸压力控制；⑹升温；⑺保温；⑻降温；⑼检查酸碱度；⑽取样；⑾水洗；⑿出布；⒀排水。间歇式染色过程基本上是一个顺序控制过程，可以看作是由很多工艺步组成。1—染槽

2—带布辊

3—溢流槽

4—循环泵5—导布管

6—热交换器

第30页/共42页间歇式染色机控制系统的总体架构第31页/共42页硬件方案I/O点多，组合式：主控制器+I/O控制器主控制器：ARM9，运行嵌入式操作系统和控制功能软件；I/O控制器采用ARM7，处理I/O。高速串口：115200bps嵌入式间歇式染色机控制器的硬件设计第32页/共42页嵌入式间歇式染色机控制器的硬件设计

硬件配置主控制器液晶屏：8英寸宽屏，分辨率：800*480，256